DE3207551A1 - Betriebsverfahren fuer eine fahrzeugnavigationseinrichtung und anordnungen zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Betriebsverfahren für eine Fahrzeugnavigations-
• einrichtung und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Fahrzeug-Navigationsanordnung, die einen Weggeber, der der Fahrzeugbewegung entsprechende Signale erzeugt, eine Kreiselanordnung, die fortlaufend die Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber einer Bezugsrichtung erfaßt und eine Auswerteschaltung enthält, die die vom Weggeber und der Kreiselanordnung erhaltenen Signale verawbeitet und beim Ausbleiben von die Fahrzeugbewegungen anzeigenden Signalen des Weggebers eine Einrichtung wirksam macht, die die bei Stillstand des Fahrzeugs auftretende Drift der Kreiselanordnung wenigstens weitgehend unberücksichtigt läßt.
• Weiterhin sind Anordnungen zur Durchführuno dieses Verfahrens Gegenstand der Erfindung.
• Fahrzeug-Navigationsanlagen der hier angesprochenen Art weisen beispielsweise als Kreiselanordnung zumindest einen Kurskreisel oder eine Betriebsart "Kurshalten" auf, mittels dem die augenblickliche Ausrichtung der Fahrzeugachse gegenüber einer Bezugsrichtung, z. B. Nord, bestimmt wird. Hierzu zeigt die Kurskreiselachse entweder selbst nach Nord oder aber in eine beliebige, aber um einen bekannten Winkeln von Nord abweichende Richtung. Im erstgenannten Fall ist die gemessene Ausrichtung der Fahrzeugachse gegenüber dem Bezugswert (Nord) direkt der Kurs des Fahrzeugs, während im Fall der beliebigen Ausrichtung des Kurskreisels sich der Kurs « aus dem MeßwertoLF der Fahrzeugachse gegen die Ausrichtung des Kurskreisels und dem Winkel 0tK nach der Beziehung ergibt OLK +OLF.
• Aus dem Kurswinkel i und den Signalen des Weggebers läßt sich in der Auswerteschaltung jeweils der augenblickliche Standort des Fahrzeugs berechnen.
• Bekanntlich weist jedoch jeder Kurskreisel auch einen Driftanteil auf, der weder nach Größe noch nach Richtung bekannt ist, jedoch einen von der Güte des Kreisels abhängigen maximalen Wert aufweist. Um die'hierdurch auflaufende Verfälschung des Kurswerts klein zu halten sind verschiedene Verfahren bekannt; so die zusätzliche Verwendung eines nordweisenden Kreisels, mit dem die Kurskreiselausrichtung von Zeit zu Zeit neu bestimmt wird, oder das Anfahren von bekannten Orten und einer Errechnung der Abweichung aus dem festgestellten Standortfehler.
• Navigationsanlagen mitführende Fahrzeuge, z.B. militärische Fahrzeuge, insbesondere Panzer, stehen innerhalb eines Einsatzes einen Großteil der Einsatzzeit still. Auch in dieser Stillstandzeit driftet der Kurskreisel. Es ist bekannt, (DE-OS 19 15 477), die Drift während des Stands dadurch zu unterdrücken, daß man bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen, den Kreisel verriegelt, d.h., seine Drallachse während des Halts in bereinstimmung mit der bei Beginn des Fahrzeughalts eingenommenen Stellung hält.
• Bei dieser Driftunterdrückung bei Fahrzeughalt kann es beim Wiederanfahren zu erheblichen Winkelfehlern kommen, da bis zum Eintreffen von -die Fahrzeugbewegungen anzeigenden Signalen, die die Verriegelung wieder aufheben, bereits erhebliche Änderungen der Ausrichtung der Fahrzeugachse und wegen der Verriegelung damit auch der Kurskreiselausrichtung zustande kommen können. Dieser Fehler kann bei Anfahren eines Radfahrzeugs mit großem Lenkradeinschlag, insbesondere jedoch bei Kettenfahrzeugen, die Drehbewegungrauf der Stelle ausführen können, auftreten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Kreiseldriftunterdrückung bei Fahrzeugh2lt das Auftreten dieses Winkel fehlers zu vermeiden.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Gegenstand der Erfindung sind auch verschiedene Anordnungen zur Durchführung dieses Betriebs verfahrens.
• Um ein Stillstand des Fahrzeugs zu erkennen, genügt es, die Änderungsrate des Kurskreiselsignals zu überwachen und falls diese einen bestimmten Wert unterschreitet, der durch die max. Drift bei Stillstand des Fahrzeugs gekennzeichnet ist, ein Signal zu erzeugen, welches als Fahrzeugstillstand bewertet wird. In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen' ein Ausbleiben der Signale des Weggebers als Fahrzeugstillstand zu werten und damit die Einrichtung zum unberücksichtigtlassen der Drift wirksam werden zu lassen.
• Wird z. B. bei einer Navigationsanlage der Winkel in zwischen Fahrzeugausrichtung und der Ausrichtung des Kurskreisels als ein diesem Winkel entsprechendes Signal vom Abgriff des Kreisels ausgegeben, so werden gemäß einer Ausführungsform Vergleichsmittel vorgesehen, in denen die fortlaufend nacheinander übermittelten Winkel GF (oder der davon abhängige Winkel «) miteinander verglichen werden. Solange die Änderung des Winkels einen vorgegebenen Wert A, der der Summe der maximal möglichen Drift dieses Kreisels plus einem Sicherheitszuschlag entspricht, nicht überschreitet, wird unterstellt, daß das Fahrzeug noch steht. Ober Sperrmittel wird dann verhindert, daß diese Winkel änderungen aufgrund der Drift in die Kursberechnung eingehen und damit einen Fehler hewirken.
• Wird jedoch festgestellt, daß der Betrag A überschritten wird, so werden die Sperrmittel sofort entsperrt, da nun eine Fahrzeugbewegung vorliegen muß. Da sich jedoch die Ausrichtung des Kurskreisels in der Haltezeit gegenüber dem Kreiselgehäuse und damit auch gegenüber der Ausrichtung gegen die Bezugsrichtung um au verdreht hat, muß noch der Winkeil in um aivorzeichenrichtig korrigiert werden.
• Es gibt auch Kreisel, bei denen der Abgriff zwischen dem fahrzeugfesten Kreisel gehäuse und dem äußeren Kreiselrahmen nach Verdrehung um jeweils einen sehr kleinen Winkel von z.B. sechs Winkelminuten einen Änderungsimpuls abgibt.
• Die Drehrichtung ergibt sich hier durch Impulse unterschiedlicher Polarität. Auch hier wird bei Ausbleiben von Wegimpulsen die weitere Berücksichtigung dieser Impulse in der Auswerteschaltung zunächst unterbrochen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird in vorgegebenen kleinen Zeitabständen von z.B. 10 sec. kontrolliert, ob die Summe der Änderungsimpulse, die vorzeichengerecht addiert wurden, eine obere oder untere Schwelle, die der maximalen Drift des Kreisels plus einem Sicherheitszuschlao entspricht, über- bzw. unterschreiten. Ist dies der Fall, so wird Fahrt unterstellt und die aufaddierten Änderungsimpulse werden zur Korrektur des Winkel iF benutzt. Wird dagegen keine der Schwellen überschritten, so erfolgt keine Korrektur des Winkels KFs da dann nur ein Driften des Kreisels unterstellt wird. Der bei Fahrzeughalt aufgelaufene Driftwert braucht hier im Gegensatz zu dem obigen Ausführungsbeispiel nicht bei den WinkelnotF und du berücksichtigt werden.
• Man kann anstelle des Auftretens einer bestimmten Impulszahl in einer vorgegebenen Zeitspanne auch den Abstand aufeinander folgender Änderungsimpulse gleicher Polarität messen. Liegt der Abstand unter einer durch die maximale Drift plus Sicherheitszuschlag gegebenen Schwelle, so wird Fahrt angenommen und die durch das Ausbleiben von Wegimpulsen bewirkte Sperrung aufgehoben. Man kann hierbei auch ein mehrmaliges Unterschreiten der Schwelle abwarten. Auch hier braucht die bei Fahrzeughalt durch die Drift zustandegekommene Änderung der Ausrichtung der Kreiselachse in den Winkeln zF und ik nicht berücksichtigt werden.
• Die innerhalb der Schwelle liegenden Änderungsimpulse können auch einen Impuls, der durch Driften des Kreisels entstanden ist, enthalten. Um diesen zu kompensieren wird in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Bewertungsfaktor gebildet, der aufgrund einer Wahrscheinlichkeitsrechnung ermittelt wird.
• Diese Wahrscheinlichkeit ergibt einen Anteil eines Änderungsimpulses bzw. eines Winkel inkrements um den der resultierende Winkel kompensiert werden muß.
• Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch mit einer Anordnung durchführen, bei der bei Ausbleiben von Wegimpulsen ein an der Präzessionsachse angebrachter Drehmomentenerzeuger mit einem solchen Strom beaufschlagt wird, daß eine Präzessionsbewegung um die Azimutachse zustandekommt, die etwas größer als die Auswanderungsgeschwindi gkeit bei maximaler Drift ist. Außerdem sind Schaltmittel vorgesehen, die dann bei einer vorgegebenen geringen Änderung der Kreiselausrichtung - und zwar in beiden Drehrichtungen - ein Signal erzeugen, das zur Umpolung des Stroms des Drehmomentengebers herangezogen wird und damit eine Präzessionsbewegung in Gegenrichtung bewirkt. Damit pendelt die Kreiselausrichtung in einem kleinen Bereich um die bei Beginn des Fahrzeughalts vorhandene Ausrichtung. Die Drift kann die Kreisel ausri chtun gni cht aus diesem Bereich heraus bringen, da der Driftbewegung die auf jeden Fall größere Prazessionsbewegung überlagert ist. Tritt dagegen eine Änderung der Kreisel ausrichtung mit einer Drehgeschwindigkeit auf, die größer als die Präzessionsbewegung durch den Momentenerzeuger ist, so kann die Präzessionsbewegung die überschreitung des Bereichs nicht verhindern; die Änderungen der Ausrichtung des Kreisels gehen, da eine Sperrung hier nicht erfolgte, sofort in die Bestimmung des Winkels au ein. Zwar wird die Änderung durch die gegenläufige Präzessionsbewegung etwas verfälscht; da die Präzessionsgeschwindigkeit jedoch gering ist, außerdem die Drehrichtung weiter geändert wird, und schon in kur- zer Zeit (wenige Sekunden) ein Wegimpuls erwartet werden kann, der den Drehmomentengeber abschaltet, ist der hierdurch bedingte Fehler vernachlässigbar. Da durch die Drift bei Halt keine Fehlausrichtung des Kreisels aufläuft, braucht hier auch keine Korrektur der Winkel XF und K erfolgen.
• Gibt der Abgriff des Kreisels Änderungsimpulse bei Verdrehung der Azimuthachse ab, so bewirken diese Änderungsimpulse die Stromumpol ung.
• Ein besonderer Vorteil dieses Driftermittlungsverfahrens liegt darin, daß man nicht - wie sonst üblich - eine bestimmte Zeit den Kreisel beobachtet, sondern praktisch die ganze vorher nicht bekannte Standzeit eines Fahrzeuges als Zeitbasis verwenden kann, was zu einer hohen Genauigkeit führt.
• Zur sicheren Erkennung bzw. Unterscheidung von Kreiseldrift und Fahrzeugfahrt ist in einer weiteren Ausgestaltung eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, die eine Differenz aus der aktuellen Zeit bei der die letzte Driftberechnung beendet war, bildet und mit einer festen Zeitkonstanten vergleicht.
• Dieser Vergleich findet nur dann statt, wenn eine Driftberechnung nicht durch das Einlaufen einer hohen Impul srate ausgelöst wurde. übersteigt die Differenzzeit die Zeitkonstante, dann wird eine Überprüfung veranlaßt, die feststellt ob das Fahrzeug eine Bewegung ausführt.
• Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 - ein Ausführungsbeispiel , bei dem der Abgriff des Kurskreisels ein dem Winkel entsprechendes Signal abgibt, Fig. 2 u. 3 - Ausführungsbeispiele, bei denen der Abgriff Änderungsimpulse -Inkremente- liefert, Fig. 4 - ein Ausführungsbeispiel, bei dem während des Fahrzeughalts der äußere Rahmen des Kreisels in einer Pendelbewegung um seine Ausrichtung bei Beginn des Fahrzeughalts gehalten wird.
• Fig. 5 - In Flußdiagrammdarstellung ein Ausführungsbeispiel , bei welchem ohne Weggebersignale ein Fahrzeugstillstand oder Fahrzeugfahrt erkannt wird.
• In der Fig. 1 ist mit 1 ein Kurskreisel, mit 2 ein Weggeber, der nach bestimmten Wegabschnitten von z.B. 1 m einen Impuls abgibt und mit 3 eine Auswerteschaltung bezeichnet.
• Bei der ersten der oben beschriebenen Anordnungen wird die während des Fahrzeughalts aufgrund der Drift auflaufende Kreiselverdrehung bestimmt, um damit den neuen Winkel« zu bestimmten. Diese Kreiselverdrehur.g ist damit ein Maß der Drift des Kreisels. Diese wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unter Berücksichtigung der Haltezeit in Winkelgrad pro Zeiteinheit bestimmt. Sie kann in der Folgezeit zur Korrektur der Verfälschung des Kurses - und zwar direkt oder nach der Bewertung mit einem Faktor< 1 - durch die Kreiseldrift herangezogen werden. Auch bei den anderen angegebenen Lösungen ist durch Aufaddieren tier Inkremente bei Fahrzeughalt eine Driftbestimmung möglich.
• Die Bestimmung der Drift ist auch bei dem oben erläuterten Beispiel mit Pendelung des Kreisels möglich und zwar dadurch, daß man in der Haltezeit jeweils das Tastverhältnis eines Pendel vorgangs bestimmt, die sich entsprechenden Zeiten zu Werten T1 und T2 aufsummiert.
• Aus der Gleichung T2 - T1 wo O = 4? p T2 + T1 und OC p sind die Drehgeschwindigkeiten durch Drift und Pendeln, und T2 ist die größere Zeit) läßt sich die Drift berechnen, die dann wieder wie oben berücksichtigt werden kann.
• Bei Fahrt liefert der Kurskreisel ein dem Winkel in zwischen Fahrzeugachse und der zufälligen Kurskreiselausrichtung entsprechendes Signal, z.B. als Digitalwert an die Auswerteschal tung 3. Dieser wird außerdem noch der Winkel « K von einem Block 4 zugeführt; dieser Winkel entspricht dem Winkel zwischen der zufälligen Ausrichtung des Kurskreisels und der Nordrichtung. In welcher Form dieser Winkel iK von Zeit zu Zeit ermittelt wird, kann hier dahingestellt bleiben. Bei Fahrt werden im Auswertegerät der Kurs oC des Fahrzeugs aus der Beziehung α = αK + αF sowie die Standortkoordinaten durch Bewertung der Wegimpulse mit dem Sinus bzw. Kosinus des jeweiligen Kurswinkels i und Addition dieser bewerteten Größen gewonnen.
• An den Ausgang des Weggebers 2 ist ein Zeitglied 5 angeschaltet, das bei Ausbleiben von Ausgangsimpul sen des Weggebers 2 nach einer vorgegerenen Zeit von z.B. 10 sec. (Definitlon: Fahrzeug steht) ein Steuersignal erzeugt. Dieses Steuersignal bewirkt über ein UND-Gatter 6, daß ein Tor 7 die Leitung (Verbindung) 8 sperrt. Während der anschließenden Haltezeit gelangen somit Änderungen der Kurskreiselausrichtung, die durch Kreiselzufallsdrift entstehen können, nicht zur Auswerteschaltung; vielmehr bleibt dort der vor dem Kriterium "'Fahrzeughalt" vorhandene Winkel xF erhalten.
• Weiterhin setzt das Ausgangssignal des Zeitglieds 5 einen Vergleicher 9 in Betrieb; dieser speichert den ersten, nach dem Erscheinen des Ausgangssignals des Zeitglieds 5 auftretenden WinkelwertZ F1 und vergleicht diesen mit dem bei der nächstfolgenden Messung ermittelten Winkelwert αF2. Der Differenzwert«1 wird einer Schwellwertstufe 10 und einem Summierglied 11 zugeführt. Der Schwellwert der Stufe 10 ist so gewählt, daß durch die Kreiseldrift der Schwellwert A nicht überschritten werden kann (entsprechend der maximalen Drift plus Sicherheitszuschlag) . Somit erscheint während des tatsächlichen Fahrzeughalts kein Ausgangssignal der Schwellwertstufe 10. Nach dem Vergleich wird der zuletzt gemessene Wertc<F2 gespeichert und es wird bei der nächsten Messung der neue MeßwertF3 mit dem gespeicherten Wert verglichen usw. Die Summe der Differenzen ###n aller Messungen wird im Summierglied 11 vorzeichenrichtig gebildet.
• Entsteht nun wieder ein Impuls am Ausgang des Weggebers 2 oder wird der Schwellwert der Schwellwertstufe 10 überschritten,- was gemäB Definition "Fahrzeug fährt" bedeutet -dann wird das UND-Gatter 6 gesperrt und damit die Leitung 8 wieder durchlässig. Die durch die Fahrt bedingten Änderungen des Winkels ZF gelangen wieder zur Auswerteschaltung.
• Nach längerem Fahrzeughalt ist der Winkel zwischen der Ausrichtung des Kurskreisels und Nord wegen der Kreiseldrift nicht mehr gleich dem zuletzt vorhandenen Winkel αK, sondern gle:.chK iK + d.h., der im Block 4 vorhandene Winkel muß entsprechend korrigiert werden. Es wird deshalb ein Tor 12 und damit die Leitung 15 mittels des verschwindenden Ausgangssignals des UND-Gatters 6 unter Zuhilfenahme eines Inverters 13 durchlässig gemacht und damit der Wert Ezzur vorzeichengerechten Korrektur der WerteocK dem Block 1 zugeführt.
• Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 entspricht der Weggeber 2' und das Zeitglied 5' den entsprechenden Gliedern 2 und 5 der Fig. 1. Der Abgriff des Kurskreisels 1' gibt hier (anstelle eines Winkelwerts) bei einer Verdrehung des äußeren Kreiselrahmens zum Gehäuse von z.B. je 6 Minuten einen Änderungsimpuls ab, wobei dessen Polarität von der Drehrichtung abhängt. Die Auswerteschaltung 3' ermittel aus den über die Leitung 8' kommenden Änderungsimpulsen den Winkel oz F, was durch den Teilblock 3a' angedeutet ist.
• In die Leitung 8' ist ein UND-Gatter 20 eingeschaltet, das bei Fahrzeughalt durch das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' für die Änderungsimpulse gesperrt wird.
• Gleichzeitig öffnet das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' das UND-Gatter 21, so daß die Änderungsimpulse des Kurskreisels 7U Vorwärts-Rückwärtszählern 22 und 23 gelangen können. Die Vorwärts-Rückwärtszähler 22 und 23 haben eine Voreinstellung und zählen bei Änderungs'mpulsen der einen Polarität in eine Richtung und bei Impulsen der anderen Polarität in die andere Richtung.
• Außerdem setzt das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' einen Impulsgeber 24 in Betrieb, der nun in vorgegebenen Zeitabständen von z.B. 5 sec. einen Impuls erzeugt. Dieser Impuls setzt jeweils die Schwellwertstufe 25, die eine obere und untere Schwelle aufweist, in Betrieb. Die Schwellen S1 und S2 ergeben sich einmal aus der Voreinstellung Sv des Zählers 22 und aus der Schwellenabweichung t b 5 hiervon, wobei die- ser Wert durch den gewählten Impulsabstand des Impulsgebers 24 sowie die maximale Drift und den Sicherheitszuschlag bestimmt ist.
• Bei Fahrzeughalt entsteht kein Ausgangssignal der Schwellwertstufe 25. ilber das den Impuls aus dem Impulsgeber 24 verzögernde Zeitglied 26 wird kurz nach Auftreten des Impulses der Zähler 22 jeweils rückgestellt.
• Verschwindet zuerst das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' wegen des Auftretens eines WegimpulsesZ so wird das UND-Gatter 20 wieder durchgeschaltet. Das verschwindende Signal des Zeitglieds 5' macht über einen Inverter 13' und ein ODER-Gatter 12a ein Tor 12' und die Leitung 28 durchlässig, sodaß nunmehr die während des Halts durch die Drift aufgelaufene und im Vorwärts-Rückwärtszähler 23 stehende Änderung der Ausrichtung der Kreiseldrallachse gegenüber Nord zur Messung der Kreiseldrift in einem Meßgerät 29 benutzt werden kann. Diese so bestimmte Kreiseldrift kann in der Folge bei der Bestimmung des Kurses X berücksichtigt werden.
• Dreht das Fahrzeug zu Fahrtbeginn stark, so kann vor Auftreten eines Wegimpulses der obere oder untere Schwellwert der Stufe 25 überschritten werden, da in der Impulspause entsprechend viele Änderungsimpulse in den Zähler 22 eingelaufen sind. Das Ausgangssignal dieser Schwellwertstufe 25 macht dann ein Tor 27 durchlässig. Damit gelangt der Inhalt des Zählers 22, der zumindest einen durch die Fahrzeugdrehung zustande gekommenen Anteil enthält, zum Block 3a' zur sofortigen Korrektur des dort gespeicherten WinkelsCF.
• Außer zur Umschaltung des Tors 27 dient das Ausgangssignal der Schwellwertstufe 25 noch zum etwas verzögerten Rücksetzen des Zählers 23 und zum Rücksetzen des Zeitglieds 5', so daß dieses erst, wenn wieder z.B. 10 sec. vergangen sind, ohne daß ein Wegimpuls erscheint, wieder ein Signal abgibt.
• Damit ist die Leitung 8' für weitere Änderungsimpulse durchlässig. Ein Signal am Ausgang der Schwellwertstufe 25 schließt auch das Tor 12', so daß auch durch dieses Signal eine Driftbestimmung eingeleitet wird und die Drift bei der Bestimmung von 0' berücksichtigt werden kann.
• Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Weggeber wieder mit 2', der Kurskreisel, der auch hier Änderungsimpulse abgeben soll, mit 1', die Auswerteschaltung mit 3' und ein Teilblock davon, in dem der Winkel xF aus den Änderungsimpulsen gebildet wird, mit 3a' und der Block über den der Winkel bk geliefert wird, mit 4' bezeichnet. Das Zeiglied, das bei Ausbleiben von Wegimpulsen nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Signal liefert, ist wieder mit 5' bezeichnet.
• Solange das Zeitglied 5' nicht angesprochen hat, ist ein bistabiles Glied 30 in einer Stellung, in der das UND-Gatter 31 für die Änderungsimpulse durchlässig gehalten wird.
• Bei Fahrzeughalt, d.h. nach einer vorgegebenen Zeit nach dem letzten Wegimpuls wird durch das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' das bistabile Glied 30 gekippt und damit die Zuführung der Änderungsimpulse zum Teilblock 3a' gesperrt. Durch das aus dem Zeitglied 32a und dem UND-Gatter 32b gebildete Glied 32 wird die Größe der Abstände der Änderungsimpulse überwacht, wobei das Zeiglied 32a den Änderungsimpuls verlängert und so bemessen ist, daß es selbst bei maximaler Drift bei Auftreten des nächsten Änderungsimpulses abgelaufen ist, also kein Signal mehr abgibt. Erscheint dagegen der nächste Änderungsimpuls so früh (früher als durch die maximale Drift plus Sicherheitszuschlag im Zeitglied berücksichtigt), daß die Zeitkonstante des Zeitglieds 32a noch nicht abgelaufen ist, dann gibt das UND-Gatter 32b ein Signal ab, das das bistabile Glied 30 rückkippt und damit die Zufuhr der Änderungsimpulse zum Teilblock 3a' wieder zuläBt. Ein Verschwinden des Ausgangssignals des Zeitglieds 5' bei Auftreten eines neuen Wegimpulses setzt über den Inverter 33 das bistabile Glied ebenfalls zurück.
• Zur Driftmessung ist hier ein Vorwärts-Rückwärtszähler 34 vorgesehen, dem, solange das bistabile Glied 30 durch das Signal des Zeitglieds 5' gekippt ist, über das UND-Gatter 35, die Änderungsimpulse zugeführt werden. Die aufgelaufene Summe der Änderungsimpulse wird bei Rückkippen des bistabilen Glieds 30 durch Öffnen eines Tores 36 mit Hilfe des Rückkippimpulses auf das Driftmeßgerät 37 zur späteren Korrektur des Driftverhaltens des Kreisels übertragen.
• Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 geht einen etwas anderen Weg zur Erzielung des gleichen Ergebnisses. Der Kurskreisel ist wieder mit 1', der Weggeber mit 2', die Auswerteschaltung mit 3', der T-eilblock zur Bildung des Winkels aus den Änderungsimpulsen mit 3a', das Glied zur Eingabe des Winkels iK K mit 4' und das Zeitglied zur Erzeugung eines Signals bei Ausbleiben von Wegimpulsen für eine vorgegebene Zeit mit 5' bezeichnet. Durch das Ausgangssignal des Zeitglieds 5' wird das Tor 40 durchlässig gemacht. Hierdurch wird die Gleichstromquelle 41 über das Glied 42 an einen Momentenerzeuger 43 gelegt. Dieser ist an der Präzessionsachse des Kurskreisels 1' angebracht, so daß ein von ihm ausgeübtes Moment eine Präzession des Kreisels um seine Hochachse, die im Schema des Blocks 1' der Zeichnung mit 44 bezeichnet ist, bewirkt. Glied 42 ist ein Polwender, d.h., ein Glied, das bei einem Ansteuersignal die an den Momentengeber 42 angelegte Spannung umpolt und damit eine Präzession in Gegenrichtung bewirkt. Dem Steuereingang dieses Polwenders werden die Änderungsimpulse des Kurskreisels zugeführt.
• Hieraus ergibt sich folgende Wirkungsweise: Bei Beginn des Fahrzeughalts soll die Fahrzeuglängsachse in Richtung des Pfeiles 45 liegen, die Drallachse des Kreisels soll in Richtung des Pfeiles 46 zeigen und Nord soll in Richtung des Pfeiles 47 liegen. Das Ausbleiben der Wegimpulse erzeugt nach einer gewissen Zeit ein Ausgangssignal des e Zeitglieds 5', wodurch der Momentnerzeuger mit der Stromquelle verbunden wird. Der Strom der dem blomentBnerzeuger 43 zugeführt wird, ist so bemessen, daß er eine Präzession des Kreisels um die Hochachse 44 mit einer Drehgeschwindigkeit auslöst, die der maximalen Drift plus einem Sicherheitszuschlag entspricht. Bei stehendem Fahrzeug wird durch diese Präzessionsbewegung in eine Richtung'überlagert durch die Drift,eine (geringe) Verdrehung des Kreisels bis zu dem Punkt, in der der Abgriff des Kurskreisels einen Anderungsimpuls abgibtobewirkt. Dieser Änderungsimpuls schaltet den Polwender 42 um, so daß nun eine wiederum von der Augenblicksdrift überlagertePräzessionsbewegung in Gegenrichtung erfolgt, bis der Polwender 42 bei dem nächsten Änderungsimpuls wieder umgeschaltet wird. Es kommt somit zu einer Pendelbewegung der Drallachse 46 des Kreisels mit kleinem Anschlag, was durch den Doppelpfeil 48 angedeutet ist. Die Drallachse wird hier, solange das Fahrzeug steht, und gleichgültig, wie groß de Drift ist, in einem Bereich gehalten, der durch die Auflösung des Kreiselabgriffs bestimmt ist.
• Bei Fahrtbeginn, angezeigt durch das Auftreten von Wegimpulsen, wird die Präzessionsbewegung sofort unterdrückt. Beginnt die Fahrt jedoch mit einer Drehung, so wird diese Drehgeschwindigkeit größer als die Präzessionsgeschwindigkeit sein. Auch die Umschaltung des Polwenders 42 kann jetzt ein Auswandern des Kreisels 1' nicht verhindern. Die auftretenden Änderungsimpulse gelangen jedoch sofort zum Blockteil 3a', werden also sofort berücksichtigt. Der nächste Wegimpuls schaltet das Pendeln ab.
• Nimmt man an, daß die Fahrt mit einer Rechtsdrehung beginnt, wenn die Pendelbewegung gerade nach links dreht, dann wird aus der gerade vorhandenen Stellung mit der Differenzgeschwindigkeit bis zum Auftreten des nächsten Änderungsimpulses gedreht. Danach addieren sich die Drehgeschwindigkeiten bis zum nächsten Änderungsimpuls usw. Hierdurch mitteln sich die schon geringen möglichen Fehler weitgehend heraus.
• Hierzu ein Beispiel. Es wird angenommen, daß die maximale Drift 10/h sei und die Präzessionsgeschwindigkeit zu 1,5°/h gewählt wurde. Dann wäre der Fehler F, wenn man unterstellt, daß der nächste Wegimpuls nach 10 sec. kommt und in der gesamten Zeit die Richtung der Präzession nicht geändert wurde: F 1,5° . 10 sec. = 0,25'.
• 3.600 sec.
• Wegen der aber laufend erfolgenden Umpolung ist der Fehler jedoch noch weit geringer; er geht gegen Null.
• Der Winkel für den Pendelbreich kann übrigens z.B. einige Winkel minuten betragen.
• Abschließend sei festgehalten, daß in den genannten Beispielen nur die nicht kompensierbare Drift berücksichtigt wurde.
• Der von der geographischen Breite abhängige, konstante Driftanteil, die sogenannte "scheinbare Drift", wurde als in anderer bekannter Weise kompensiert unterstellt. Selbstverständlich kann auch dieser Driftanteil mit dieser Methode kompensiert werden.
• Jn Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit zur Erkennung der Fahrzeugbewegung dargestellt. Zur besseren iibersichtlichkeit ist eine Darstellung in Flußdiagrammform gewählt. Der Ablauf dieses Verfahrens kann natürlich sowohl durch bekannte Schaltmittel, als auch mittels eines Microcomputers durchgeführt werden.
• Nach dem Start (50) des Verfahrensablaufs wird ein von dem Kurskreisel geliefertes Winkelinkrement =«n aufsummiert (51). In der Vergleichseinrichtung 52 wird vermittelt, ob die Summe der WinkelinkrementeSazn einen konstanten Wert N überschreitet. Dieser Wert N wird je nach Kreisel so festgelegt, daß die weitere Berechnung nach Einlauf eines oder einer bestimmten Summe von Winkel inkrementen durchgeführt wir. Die weitere Berechnung ermittelt einen Wert DI (53), der das Verhältnis von der Summe der LlinkelinkrementeEPg, zu der Zeit, in welcher diese Summe einlief, dargestellt. In einer weiteren Abfrage (54), in welcher mit Ds der Sollwert der Drift, der ohne Fahrzeugbewegung auftritt, bezeichnet ist, wird bei überschreiten von Ds durch den Wert DI um einen Betrag der größer als ein sogenannter Sicherheitszuschlag DM ist, ein Signal erzeugt, welches angibt, daß das Fahrzeug fährt, (55) bzw. bei Unterschreitung von Ds einschließlich des Sicherheitszuschlags DM ein Stillsta.ld des Fahrzeugs angezeigt (56). Im Anschluß daran wird die Zeit T1 mit T2 initialisiert und die SummeXa«n gelöscht (58).
• Um längeren Fahrzeugstillstand ohne Uberwachung der Fahrzeugbewegung zu vermeiden, dies könnte bei sehr geringer Kreiseldrift der Fall sein, wird, falls der WertEodn den Konstantwert N nicht überschreitet eine Abfrage (57) gestartet, die feststellt, ob die Zeit die seit der letzten Berechnung verstrichen ist - mit T ist die aktuelle Zeit dargestellt - eine bestimmte maximale Zeitspanne Tk schon erreicht hat. Ist dieses der Fall, dann wird ebenfalls die Berechnung zur Ermittlung der Fahrzeugbewegung durchgeführt.
• Dieses Programm läuft mit einer bestimmten Zyklendauer kontinuierlich ab und überwacht somit ständig die Fahrzeugbewegungen aufgrund der Kreiselsignale. Eine Änderung der Bewegungsart von Stillstand in Fahrt oder umgekehrt wird daher sofort auch ohne Zuhilfenahme von Weggebersignalen erkannt um damit eine Kreiseldrift bei Fahrzeugstillstand zu eliminieren.
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Claims (11)

1. Patentansprüche Betriebsverfahren zur Bestimmung der Ausrichtung eines Fahrzeugs, enthaltend eine Kreiselanordnung, die fortlaufend die Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber einer Bezugsrichtung erfaßt und eine Auswerteschaltung, die die von der Kreiselanordnung erhaltenen Signale verarbeitet und beim Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen eine Einrichtung wirksam macht, die die bei Stillstand des Fahrzeugs auftretende Drift der Kreiselanordnung wenigstens weitgehend unberücksichtigt läßt, insbesondere zur Fahrzeugnavigation in Verbindung mit einem Weggeber, wobei aus Signalen von Weggeber und Kreiselanordnung die Position des Fahrzeugs bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anderung der Größe des WinkelsocF zwischen der Kreiselausrichtung und der Fahrzeugausrichtung überwacht wird und daß die Winkeländerungen nur dann als Änderung der Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber der Bezugsrichtung zwecks Kursberechnung gewertet werden, wenn sie einen Wert, der etwas größer als die maximal mögliche Drift ist, übersteigt.
2. 2. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung die die bei Stillstand des Fahrzeugs auftretende Drift der Kreiselanordnung weitgehend unberücksichtigt läßt, bei einem Ausbleiben der von dem Weggeber gebildeten Signale wirksam gemacht wird.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei Verwendung eines Kurskreisels, dessen Abgriff den jeweiligen Winkel eF als ein diesem Winkel entsprechendes Signal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführung (8) der Ausgabewerte des Kurskreiselabgriffs zur Auswerteschaltung (3) Sperrmittel (7) eingeschaltet sind, die die Zuführung (8) sperren und daß ein Vergleicher (9, 10) vorgesehen ist, der die am Kreisel abgriff erhaltenen Werte für die Winkel xF jeweils in vorgegebenen Zeitabständen vergleicht und ein Signal abgibt, wenn die Abweichung eine durch die maximale Drift des Kurskreisels (1) plus einem Sicherheitszuschlag sich ergebenden Wert A überschreitet, daß dieses Signal zur Durchschaltung der Sperrmittel dient und daß Schaltmittel (12, 13) vorgesehen sind, die die während Sperrung gemessenen und vorzeichen richtig aufsummierten Winkeländerungen (in 11 ) zur Korrektur des Winkels wK zwischen der Kurskreiselausrichtung und der Bezugsrichtung (Nord) weiterleiten.
4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei Verwendung eines Kurskreisels, dessen Abgriff bei jeder Änderung des Winkels iF vorgegebener Größe einen Änderungsimpuls (Inkrement) abgibt, wobei die Änderungsrichtung jeweils durch unterschiedliche Polaritäten angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführung (8') dieser Impulse zur Auswerteschaltung (3') zwecks Bestimmung des augenblicklichen Winkels oLF Sperrmittel (20) eingeschaltet sind, die bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Ausgangssignalen gesperrt werden, daß ein Summierglied (22) vorgesehen ist, das die während vorgegebener Zeitabstände auftretenden Änderungsimpulse vorzeichenrichtig aufaddiert und ein Signal abgibt, wenn eine von dem gewählten Zeitabstand, der maximalen Drift des Kurskreisels (1') und einem Sicherheitszuschlag abhändige Summe von Änderungsimpulsen überschritten ist, und daß dieses Signal zur Entsperrung der Sperrmittel (20) und zur iibertragung eines dem Inhalt des Summierglieds (22) entsprechenden Werts zur Korrektur des Winkels QF F verwendet wird.
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei Verwendung eines Kurskreisels, dessen Abgriff bei jeder Änderung des Winkels xF vorgegebener Größe einen Änderungsimpuls (Inkrement) abgibt, wobei die Änderungsrichtung jeweils durch unterschiedliche Polaritäten angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuführung (8') dieser Impulse zur Auswerteschaltung (3') zwecks Bestimmung des augenblicklichen Winkelss F Sperrmittel (31) eingeschaltet sind, die bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen gesperrt werden, daß ein Glied (32) vorgesehen ist, das die Zeitabstände zwischen Änderungsimpulsen des Kurskreisels (1') kontrolliert und ein Steuersignal erzeugt, wenn die gemessenen Zeitabstände einen durch die maximale Drift des Kreisels plus einen Sicherheitszuschlao gegebenen Zeitabstand unterschreiten und daß Schaltmittel (36) vorgesehen sind, die bei Auftreten des Signals des Glieds (32) die Sperrung der Zuführung (B') aufheben.
6. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (32) mittels eines Bewertungsfaktors die, den gegebenen Zeitabstand, unterschreitenden Zeitabstände derart bewertet, daß zwei in kurzem Zeitabstand auftretende Änderungsimpulse - wobei einer dieser Änderungsimpulse aufgrund der Kreiset drift entstanden ist - nur teilweise zur Bestimmung der Fahrzeugbewegung berücksichtigt werden.
7. 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Weggeber (2') Signale erzeugt, die eine erneute Fahrzeugbewegung anzeigen, und daß bei Auftreten dieser und der Signale des Gliedes (32) die Zuführung (8') entsperrt wird.
8. 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Präzessionsachse des Kurskreisels (1') ein Drehmomentengeber (43) angebracht ist, der bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen des Weggebers (2') mit einem derart bemessenen Strom (i) beaufschlagt wird, daß dadurch eine Präzessionsgeschwindigkeit um die Azimutachse (44) etwas größer als die Auswanderungsgeschwindigkeit bei maximaler Drift erreicht wird, daß Schaltmittel (in 1') vorgesehen sind, die bei einer vorgegebenen Änderung der Ausrichtung des Kurskreisels (1') in jeder der beiden Drehrichtungen ein Steuersignal erzeugen, daß ein Polwender (42) in die Stromzuführung des Momenten gebers (43) eingeschaltet ist, der durch jedes Steuersignal umgepolt wird und dadurch jeweils Präzession in die Gegenrichtung verursacht, und daß Schaltmittel (5', 40) vorgesehen sind, die den Strom (i) bei Auftreten eines eine Fahrzeugbewegung anzeigenden Signales des Weggebers (2') wieder unterbrechen.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Rechenmittel vorgesehen sind, um aus den Driftwerten, um die der Winkelk K zu korrigieren ist und der Haltezeit, in der diese Winkeländerung aufgelaufen ist, den unbekannten Driftanteil in Winkelgrad/ pro Zeiteinheit zu bestimmen, um diesen in der Folge direkt oder nach Bewertung mit einem Bewertungsfaktor <1 bei der Kursbestimmung zu berücksichtigen.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Rechenmittel vorgesehen sind, um aus den während des Fahrzeughalts aufgetretenen Tastverhältnissen, die durch das Verhältnis der Zeiten des Pendels in die eine oder andere Drehrichtung gegeben sind, die unbekannte Kreiseldrift in Winkel graden pro Zeiteinheit zu bestimmen, um diesen in der Folge direkt oder nach Bewertung mit einem Bewertungsfaktor 41 bei der Kursbestimmung zu berücksichtigen.
11. 11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Vergleichseinrichtung vorgesehen ist die, falls die aufsummierte Drift unterhalb eines bestimmten Wertes N liegt, eine aufgelaufene Zeit seit der letzten Ermittlung der Drift mit einer vorgegebenen maximalen Zeit T vergleicht und bei Uberschreitung dieser maximalen Zeit eine weitere Driftberechnung veranlaßt.