ITRM20090059A1

ITRM20090059A1 - CIRCUIT FOR AUTO-ALIGNMENT OF THE RADIATED BEAM FROM AN ANTI-COLLISION RADAR

Info

Publication number: ITRM20090059A1
Application number: IT000059A
Authority: IT
Inventors: Motta Francesco La
Original assignee: Motta Francesco La
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2009-05-13

Description

DESCRIZIONE DELL’ INVENZIONE AVENTE PER TITOLO: “Circuito per l’ Auto-Allineamento del fascio irradiato da un Radar Anti-Collisione“, DESCRIZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION WITH THE TITLE: "Circuit for the Self-Alignment of the beam radiated by an Anti-Collision Radar", DESCRIPTION

Lo scopo del Circuito per l’ Auto-Allineamento è la determinazione della posizione relativa degli assi dell’ antenna del Radar Anti-Collisione (RAC), rispetto alla direzione della velocità del veicolo, a bordo del quale è posizionato il RAC stesso. Ciò si traduce nel calcolo da parte del Circuito per l’ Auto-Allineamento di 2 angoli: Ȗ e δ (figura 3). The purpose of the Circuit for Self-Alignment is to determine the relative position of the axes of the Anti-Collision Radar (RAC) antenna, with respect to the direction of the speed of the vehicle, on board which the RAC itself is positioned. This translates into the calculation by the Circuit for the Self-Alignment of 2 angles: Ȗ and δ (Figure 3).

Per ottenere tale risultato, il Circuito per l’ Auto-Allineamento deve essere montato opportunamente sul RAC. To achieve this, the Self-Alignment Circuit must be properly mounted on the RAC.

La figura 1 rappresenta una sezione nel piano orizzontale del Circuito per l’ Auto-Allineamento e dell’ antenna del RAC, mentre la figura 2 ne rappresenta una sezione nel piano verticale. Il blocco 2 è l’ accelerometro, con i 3 assi, ortogonali fra loro, A2t,A2n,A2z che formano una terna destra; il blocco 4 è l’antenna del RAC con i 3 assi, ortogonali fra loro, A4,A5,A6 che formano una terna destra. Gli assi A4, A5, A6 dell’ antenna del RAC possono essere scelti con una certa arbitrarietà, è importante però che, una volta fissato tale sistema di riferimento sull’ antenna, si conosca la direzione di massimo del diagramma di radiazione rispetto a tale sistema di riferimento. Come si vede, l’ asse A2t dell’ accelerometro è parallelo e concorde all’ asse A4 dell’ antenna, l’asse A2n è parallelo e concorde all’ asse A5, e l’ asse A2z è parallelo e concorde all’ asse A6. Figure 1 represents a section in the horizontal plane of the Circuit for Self-Alignment and of the RAC antenna, while Figure 2 represents a section in the vertical plane. Block 2 is the accelerometer, with the 3 axes, orthogonal to each other, A2t, A2n, A2z forming a right triad; block 4 is the RAC antenna with the 3 axes, orthogonal to each other, A4, A5, A6 forming a right triad. The axes A4, A5, A6 of the RAC antenna can be chosen with a certain arbitrariness, but it is important that, once this reference system has been fixed on the antenna, the maximum direction of the radiation pattern with respect to this system is known. of reference. As you can see, the A2t axis of the accelerometer is parallel and concordant with the A4 axis of the antenna, the A2n axis is parallel and concordant with the A5 axis, and the A2z axis is parallel and concordant with the A6 axis.

In figura 1, è inoltre rappresentato il blocco 3, costituito da un sensore per la rilevazione della direzione del campo magnetico terrestre (bussola elettronica), che fornisce l’ angolo ȕ formato dal suo asse di riferimento A3 con il Nord Magnetico (vedere figura 5). Tale asse A3 è parallelo all’ asse A2t dell’ accelerometro. In figure 1, block 3 is also represented, consisting of a sensor for detecting the direction of the earth's magnetic field (electronic compass), which provides the angle ȕ formed by its reference axis A3 with the magnetic north (see figure 5 ). This A3 axis is parallel to the A2t axis of the accelerometer.

Avendo stabilito come deve essere montato il Circuito sul RAC, veniamo al principio di funzionamento. Il RAC, dotato di Circuito per l’ Auto-Allineamento, senza alcun uso di strumentazione, viene fissato al veicolo, in maniera anche non definitiva (mediante ventose, adesivi..), in modo tale comunque che non si abbia moto relativo fra veicolo e RAC. Poiché non si è utilizzata alcuna strumentazione, gli assi dell’ accelerometro saranno orientati più o meno casualmente rispetto a quelli del veicolo, ed in particolare rispetto all’ asse longitudinale del veicolo, che, in assenza di curve della traiettoria, coincide con la direzione della velocità del veicolo. Ora, in generale, durante il moto, il veicolo è sottoposto all’ accelerazione di gravità bilanciata in parte o in tutto dalle reazioni vincolari, ad un’ accelerazione tangenziale aTdovuta al motore e che ne fa aumentare la velocità o alla frenata che la fa diminuire, e ad un’ accelerazione normale aNquando il veicolo affronta una curva. Having established how the Circuit must be mounted on the RAC, we come to the principle of operation. The RAC, equipped with a Circuit for Self-Alignment, without any use of instrumentation, is fixed to the vehicle, even if not definitively (by means of suction cups, adhesives ...), in such a way, however, that there is no relative motion between the vehicle. and RAC. Since no instrumentation has been used, the axes of the accelerometer will be oriented more or less randomly with respect to those of the vehicle, and in particular with respect to the longitudinal axis of the vehicle, which, in the absence of trajectory curves, coincides with the direction of the vehicle speed. Now, in general, during motion, the vehicle is subjected to the acceleration of gravity balanced in part or in whole by the constraint reactions, to a tangential acceleration due to the engine and which increases its speed or braking which decreases it. , and at normal acceleration when the vehicle is cornering.

Innanzitutto, se l’ angolo ȕ, formato dall’ asse A3 con il Nord Magnetico, è costante ciò implica che il veicolo si sta muovendo su una traiettoria rettilinea e quindi l’ accelerazione normale è nulla. Quindi: First of all, if the angle ȕ, formed by the A3 axis with the Magnetic North, is constant this implies that the vehicle is moving on a straight path and therefore the normal acceleration is zero. Therefore:

β =costante⇒aN= 0 (1). β = constant⇒aN = 0 (1).

Supponiamo ora che, con ȕ costante, sia presente un’ accelerazione tangenziale aT, che per definizione è parallela al vettore velocità, e trascuriamo inizialmente l’ accelerazione di gravità. Con riferimento alla figura 3, indicando le misure di accelerazione con lo stesso nome dell’ asse cui si riferiscono, valgono le seguenti relazioni: Now suppose that, with constant ȕ, there is a tangential acceleration aT, which by definition is parallel to the velocity vector, and we initially neglect the acceleration of gravity. With reference to Figure 3, indicating the acceleration measurements with the same name as the axis to which they refer, the following relations apply:

Da cui si ricava: . From which we obtain:.

Pertanto, nell’ ipotesi finora fatta di assenza di accelerazione di gravità, siamo in grado, mediante le misure dell’ accelerometro, della bussola elettronica e delle relazioni di sopra, di calcolare gli angoli Ȗ e δ che individuano la direzione della velocità del veicolo nel sistema di riferimento dell’ accelerometro. Tale sistema di riferimento (vedere figura 1 e 2) ha gli assi paralleli ad uno ad uno al sistema di riferimento dell’ antenna, come descritto sopra, quindi tali misurazioni degli angoli Ȗ e δ valgono anche nel sistema di riferimento dell’ antenna. A questo punto, conoscendo la direzione di massimo del diagramma di radiazione nel sistema di riferimento dell’ antenna, se questa può essere modificata elettronicamente, come ad esempio in un phased array, si può far coincidere tale direzione di massimo con la direzione della velocità. Pertanto, il fascio dell’ antenna, ovvero la direzione di massimo, può essere irradiato nella direzione della velocità del veicolo a bordo del quale il Radar Anti-Collisione è posizionato, condizione essenziale per il corretto funzionamento del RAC. Therefore, in the hypothesis made up to now of the absence of acceleration due to gravity, we are able, by means of the measurements of the accelerometer, the electronic compass and the above relations, to calculate the angles Ȗ and δ which identify the direction of the vehicle speed in the accelerometer reference system. This reference system (see Figures 1 and 2) has its axes parallel one by one to the reference system of the antenna, as described above, so these measurements of the angles Ȗ and δ also apply in the reference system of the antenna. At this point, knowing the maximum direction of the radiation pattern in the reference system of the antenna, if this can be changed electronically, such as in a phased array, this maximum direction can be made to coincide with the direction of the speed. Therefore, the antenna beam, or the direction of maximum, can be radiated in the direction of the speed of the vehicle on board which the Anti-Collision Radar is positioned, an essential condition for the correct operation of the RAC.

Consideriamo ora l’ accelerazione di gravità: data la casualità dell’ orientamento degli assi dell’ accelerometro e, dato che negli istanti di misura delle accelerazioni non si conosce la pendenza della strada che il veicolo sta percorrendo, dobbiamo supporre che il vettore g accelerazione di gravità sia orientato casualmente nel sistema di riferimento dell’ accelerometro. Tuttavia, sappiamo che il vettore g ha modulo costante (e pari a 9.81 m/s2). Allora, sempre con ȕ costante, se il veicolo è fermo o si muove con velocità costante, l’ unica accelerazione presente è quella gravitazionale, quindi valgono le seguenti relazioni: Let us now consider the acceleration due to gravity: given the randomness of the orientation of the accelerometer axes and, given that in the moments of measurement of the accelerations the slope of the road the vehicle is traveling on is not known, we must assume that the vector g acceleration of gravity is randomly oriented in the accelerometer frame of reference. However, we know that the vector g has a constant modulus (e equal to 9.81 m / s2). Then, always with a constant ȕ, if the vehicle is stationary or moving at a constant speed, the only acceleration present is the gravitational one, so the following relations apply:

Mentre, se il veicolo accelera o frena su un tratto a pendenza costante, saranno valide: While, if the vehicle accelerates or brakes on a constant slope, the following will be valid:

Dalle quali possiamo calcolare gli angoli di nostro interesse Ȗ e δ come: From which we can calculate the angles of our interest Ȗ and δ as:

Pel le relazioni (6) e (7), l’ ipotesi che la pendenza sia costante è fondamentale: se la pendenza non è costante, le componenti di g sui tre assi A2t, A2n, A2z non sono più delle costanti, ma variano nel tempo. Pertanto, rimane il problema di stabilire quando il veicolo sta percorrendo un tratto a pendenza costante. For relations (6) and (7), the hypothesis that the slope is constant is fundamental: if the slope is not constant, the components of g on the three axes A2t, A2n, A2z are no longer constants, but vary in the time. Therefore, there remains the problem of determining when the vehicle is traveling on a constant slope.

Bene, se in un certo istante valgono la (1), le (4), e la (5) contemporaneamente, il veicolo ha accelerazione normale nulla e accelerazione tangenziale nulla; successivamente valgono la (1) e le (6), e poi nuovamente la (1), le (4), e la (5) con gli stessi valori per le componenti di g, allora si può affermare che il veicolo ha accelerato o frenato su un tratto a pendenza costante, ed è pertanto lecito applicare le formule (7) per il calcolo di Ȗ e δ. Well, if at a certain instant (1), (4), and (5) hold together, the vehicle has zero normal acceleration and zero tangential acceleration; subsequently (1) and (6) hold, and then again (1), (4), and (5) with the same values for the components of g, then we can say that the vehicle has accelerated or braked on a section with a constant slope, and it is therefore permissible to apply formulas (7) for the calculation of Ȗ and δ.

In realtà, anche così facendo rimane una certa probabilità di errore: l’accelerazione tangenziale, che è necessaria al calcolo dei due angoli, maschera in maniera incognita le eventuali variazioni delle componenti dell’ accelerazione di gravità. Ad esempio, il veicolo può passare da un tratto con una certa pendenza e soggetto alla sola accelerazione g, cambiare pendenza con accelerazione tangenziale non nulla, e poi tornare alla pendenza iniziale soggetto alla sola accelerazione g: in tal caso, il Circuito non si accorgerebbe del cambio di pendenza. D’ altronde, in generale per il veicolo vale il sistema di equazioni (6), che è un sistema di 3 equazioni in 6 incognite con le informazioni in nostro possesso, ed è quindi impossibile determinare istante per istante tutte le 6 incognite. In reality, even in doing so there remains a certain probability of error: the tangential acceleration, which is necessary for the calculation of the two angles, masks in an unknown way any variations in the components of the acceleration of gravity. For example, the vehicle can pass through a section with a certain slope and subject to acceleration g only, change slope with tangential acceleration that is not zero, and then return to the initial slope subject to acceleration g only: in this case, the Circuit would not notice of the change of slope. On the other hand, in general the system of equations (6) applies to the vehicle, which is a system of 3 equations in 6 unknowns with the information in our possession, and it is therefore impossible to determine all the 6 unknowns instant by instant.

Il Circuito per l’ Auto-Allineamento realizza comunque esattamente il principio appena esposto, provvedendo a minimizzare la probabilità di errore. Esso è quindi costituito da 3 parti principali (vedere figura 1 e 2): un accelerometro a 3 assi (blocco 2 di figura 1e 2), un sensore in grado di rilevare il campo magnetico terrestre (blocco 3 di figura 1), ovvero una bussola elettronica, e un microcontrollore (blocco 1 di figura 1) . Naturalmente, ci saranno inoltre i necessari circuiti di alimentazione e eventuali circuiti di interfaccia fra i vari componenti principali (non mostrati nelle figure) . The Self-Alignment Circuit, however, realizes exactly the principle just outlined, ensuring that the probability of error is minimized. It is therefore made up of 3 main parts (see figures 1 and 2): a 3-axis accelerometer (block 2 in figure 1 and 2), a sensor capable of detecting the earth's magnetic field (block 3 in figure 1), or a electronic compass, and a microcontroller (block 1 of figure 1). Naturally, there will also be the necessary power supply circuits and any interface circuits between the various main components (not shown in the figures).

L’ accelerometro a 3 assi, indipendentemente dal fenomeno fisico su cui si basa, è in grado di misurare l’accelerazione lungo questi 3 assi: fornirà quindi 3 segnali, le cui caratteristiche dipendono dal tipo di accelerometro scelto, indicanti le 3 accelerazioni misurate, lungo gli assi A2t, A2n e A2z, e che saranno inviate in ingresso al microcontrollore. The 3-axis accelerometer, regardless of the physical phenomenon on which it is based, is able to measure the acceleration along these 3 axes: it will therefore provide 3 signals, the characteristics of which depend on the type of accelerometer chosen, indicating the 3 measured accelerations, along the axes A2t, A2n and A2z, and which will be sent in input to the microcontroller.

La bussola elettronica, indipendentemente dal fenomeno fisico su cui si basa, misura l’angolo formato da un suo asse di riferimento (asse A3 di figura 1) e la direzione del Nord Magnetico. Poiché, ai fini del funzionamento del Circuito per l’ Auto-Allineamento, interessa che si annulli la variazione della direzione della velocità del veicolo, non è necessaria né la correzione dell’ angolo di declinazione magnetica, né la correzione dell’ angolo di inclinazione magnetica, né quella dell’angolo di deviazione magnetica. Tuttavia, poiché i circuiti del RAC, ed in particolare la sua antenna, possono costituire fonte di interferenza per il sensore, è preferibile montare la bussola elettronica il più lontano possibile da questi. Avremo pertanto un segnale, le cui caratteristiche dipendono dal tipo di sensore, indicante l’ angolo ȕ (vedi figura 5), che viene inviato al microcontrollore (come in figura 1). The electronic compass, regardless of the physical phenomenon on which it is based, measures the angle formed by its reference axis (axis A3 in Figure 1) and the direction of the Magnetic North. Since, for the purpose of the operation of the Self-Alignment Circuit, it is important that the variation of the direction of the vehicle speed is canceled, neither the correction of the magnetic declination angle, nor the correction of the magnetic inclination angle is necessary. , nor that of the magnetic deflection angle. However, since the circuits of the RAC, and in particular its antenna, can be a source of interference for the sensor, it is preferable to mount the electronic compass as far as possible from these. We will therefore have a signal, the characteristics of which depend on the type of sensor, indicating the angle ȕ (see figure 5), which is sent to the microcontroller (as in figure 1).

Il microcontrollore è in grado di ottenere i valori campionati di ȕ, A2t, A2n, A2z, mediante convertitori analogico-digitale interni ad esso, o eventualmente esterni, associandovi il relativo istante di misura. Esegue quindi in un ciclo infinito, il seguente algoritmo: The microcontroller is able to obtain the sampled values of ȕ, A2t, A2n, A2z, by means of analogue-digital converters internal to it, or possibly external, by associating the relative instant of measurement. It then performs the following algorithm in an infinite loop:

Parametri: N, len_Beta, Ris1_acc, Soglia_acc, Ris2_acc, ERR_ang, len_Gamma, len_Delta Parameters: N, len_Beta, Ris1_acc, Threshold_acc, Ris2_acc, ERR_ang, len_Gamma, len_Delta

1. Memorizza N valori di ȕ, A2t, e A2n e A2z; 1. Stores N values of ȕ, A2t, and A2n and A2z;

2. Inizializza due variabili: Inizio=1, Fine=1; 2. Initialize two variables: Start = 1, End = 1;

3. Partendo da k=1, fino a k=N, trova la Sequenza più lunga per cui ȕ=costante; 3. Starting from k = 1, up to k = N, find the longest Sequence for which ȕ = constant;

4. Se tale Sequenza ha una lunghezza inferiore a len_Beta, cancella tutti i valori memorizzati, e ritorna al punto 1; 4. If this Sequence has a length less than len_Beta, it deletes all the stored values, and returns to point 1;

5. (Esiste:) Memorizza gli indici di inizio sequenza (Inizio) e fine sequenza (Fine); 5. (Exists :) It stores the indexes of the beginning of the sequence (Start) and the end of the sequence (End);

6. Partendo da k=Inizio, fino a k=Fine, trova k1 tale che: 6. Starting from k = Beginning, up to k = End, find k1 such that:

|(A2t[k1])2+ (A2n[k1])2 (A2z[k1])2 - g2| < Ris1_acc | (A2t [k1]) 2+ (A2n [k1]) 2 (A2z [k1]) 2 - g2 | <Ris1_acc

7. Se NON esiste k1, ritorna al punto 1; 7. If k1 does NOT exist, return to point 1;

8. Partendo da k=k1, fino a k=Fine, trova k2 tale che: 8. Starting from k = k1, up to k = End, find k2 such that:

|(A2t[k2])2+ (A2n[k2])2 (A2z[k2])2 - g2| > Soglia_acc | (A2t [k2]) 2+ (A2n [k2]) 2 (A2z [k2]) 2 - g2 | > Threshold_acc

9. Se NON esiste k2, ritorna al punto 1; 9. If there is NO k2, go back to point 1;

10. Partendo da k=k2, fino a k=Fine, trova k3 tale che: 10. Starting from k = k2, up to k = End, find k3 such that:

|(A2t[k3])2+ (A2n[k3])2 (A2z[k3])2 - g2| < Ris1_acc | (A2t [k3]) 2+ (A2n [k3]) 2 (A2z [k3]) 2 - g2 | <Ris1_acc

11. Se NON esiste k3, ritorna al punto 1; 11. If k3 does NOT exist, return to point 1;

12. (Esistono k1,k2,k3:) Verifica se è valida la relazione: 12. (There are k1, k2, k3 :) Check if the relation is valid:

|A2t[k3]-A2t[k1]|< Ris2_acc | A2t [k3] -A2t [k1] | <Ris2_acc

AND |A2n[k3]-A2n[k1]|< Ris2_acc AND | A2n [k3] -A2n [k1] | <Ris2_acc

AND |A2z[k3]-A2z[k1]|< Ris2_acc; AND | A2z [k3] -A2z [k1] | <Ris2_acc;

13. Se NON è valida, ritorna al punto 1; 13. If it is NOT valid, go back to point 1;

14. Pone gt0= A2t[k1], gn0= A2n[k1], gz0=A2z[k1]; 14. Sets gt0 = A2t [k1], gn0 = A2n [k1], gz0 = A2z [k1];

15. Partendo da k=k2, fino a k=k3-1, applica su A2t[k],A2n[k],A2z[k] la formula (7), ottenendo (k3-k2) valori per Ȗ e δ, che chiamiamo gamma_mis e delta_mis; 15. Starting from k = k2, up to k = k3-1, apply formula (7) on A2t [k], A2n [k], A2z [k], obtaining (k3-k2) values for Ȗ and δ, which we call gamma_mis and delta_mis;

16. Partendo da k=k2, fino a k=k3-1, trova la Sequenza più lunga per cui gamma_mis si mantiene entro un intervallo di ampiezza ERR_ang, centrato su uno qualsiasi dei valori gamma_mis; 16. Starting from k = k2, up to k = k3-1, find the longest Sequence for which gamma_mis stays within a range of ERR_ang amplitude, centered on any of the gamma_mis values;

17. Se tale Sequenza ha una lunghezza inferiore a len_Gamma, cancella tutti i valori memorizzati, e ritorna al punto 1; 17. If this Sequence has a length less than len_Gamma, it deletes all the stored values, and returns to point 1;

18. Effettua una media aritmetica sui valori gamma_mis appartenenti a questa sequenza, ottenendo il valori medio Ȗm; 18. Carries out an arithmetic average on the gamma_mis values belonging to this sequence, obtaining the average value Ȗm;

19. Partendo da k=k2, fino a k=k3-1, trova la Sequenza più lunga per cui delta_mis si mantiene 19. Starting from k = k2, up to k = k3-1, find the longest Sequence for which delta_mis holds

entro un intervallo di ampiezza ERR_ang, centrato su uno qualsiasi dei valori delta_mis; within a range of ERR_ang amplitude, centered on any of the delta_mis values;

20. Se tale Sequenza ha una lunghezza inferiore a len_Delta, cancella tutti i valori memorizzati, e ritorna al punto 1; 20. If this Sequence has a length less than len_Delta, it deletes all the stored values, and returns to point 1;

21. Effettua una media aritmetica sui valori delta_mis appartenenti a questa sequenza ottenendo, il valori medio δm; 21. Carries out an arithmetic average on the delta_mis values belonging to this sequence, obtaining the average value δm;

22. Ritorna al punto 1. 22. Return to step 1.

I valori Ȗm, δmcalcolati in ogni ciclo, che eventualmente può non fornirne affatto, vengono memorizzati. Gli angoli Ȗoe δo, forniti in uscita dal microcontrollore, saranno una media pesata dei valori Ȗm, δma partire dal primo disponibile: The values Ȗm, δm calculated in each cycle, which possibly may not provide any at all, are stored. The angles Ȗand δo, supplied at the output by the microcontroller, will be a weighted average of the values Ȗm, δm starting from the first available:

Data la complessità dell’ algoritmo, facciamo alcune osservazioni utili alla comprensione del suo funzionamento. Given the complexity of the algorithm, we make some observations useful for understanding its operation.

Il passo 3 è la ricerca di un intervallo con accelerazione normale nulla (ȕ=costante): tutta l’ elaborazione successiva avverrà solo all’ interno di intervalli di questo tipo. Il passo 4 assicura che l’ elaborazione avvenga su una sequenza sufficientemente lunga. Il passo 6 è la ricerca del primo istante in cui è presente solo l’accelerazione di gravità: tale istante serve come riferimento iniziale della pendenza del tratto di strada. Il passo 8 è la ricerca del primo istante, successivo a quello del passo 6, in cui è presente un’ accelerazione tangenziale non nulla e maggiore di una certa soglia, tale da garantire una misurazione più accurata (quella normale è sicuramente nulla poiché siamo in un intervallo come definito nel passo 3). Il passo 10 è la ricerca del primo istante, successivo a quello del passo 8, in cui è presente solo l’accelerazione di gravità, mentre nel passo 12 si verifica l’ uguaglianza delle componenti dell’ accelerazione di questo istante con quelle del passo 6. Questo passaggio è delicato: sembrerebbe sufficiente effettuare solo il punto 12 e non anche il 10. Tuttavia, senza il passo 10, se il veicolo passa, sempre con la sola accelerazione di gravità, da una pendenza poi ad una diversa e poi ritorna sulla prima pendenza, l’ algoritmo non si accorgerebbe del cambio di pendenza. Nel passo 15, si applica la formula (7) per il calcolo degli angoli Ȗme δm: in particolare la formula prevede due modalità di calcolo per δm, che quindi può essere la media di questi valori. Nel passo 16 (risp.19), all’ interno dei valori di gamma (risp. delta) calcolati, si cerca la sequenza più lunga per cui gamma (risp. delta) si mantiene entro un intervallo di ampiezza ERR_ang, centrato su uno qualsiasi dei valori gamma_mis: questo per evitare che eventuali improvvise variazioni delle misure di accelerazioni, dovute a buche sulla strada, degradino la misura. Step 3 is the search for an interval with normal zero acceleration (ȕ = constant): all subsequent processing will take place only within intervals of this type. Step 4 ensures that the processing takes place on a sufficiently long sequence. Step 6 is the search for the first instant in which only the acceleration of gravity is present: this instant serves as an initial reference for the slope of the stretch of road. Step 8 is the search for the first instant, subsequent to that of step 6, in which there is a tangential acceleration that is not zero and greater than a certain threshold, such as to guarantee a more accurate measurement (the normal one is certainly zero since we are in an interval as defined in step 3). Step 10 is the search for the first instant, subsequent to that of step 8, in which only the gravity acceleration is present, while in step 12 the equality of the acceleration components of this instant with those of step 6 is verified . This step is delicate: it would seem sufficient to carry out only point 12 and not also 10. However, without step 10, if the vehicle passes, always with only the acceleration of gravity, from a slope then to a different one and then returns to the first slope, the algorithm would not notice the slope change. In step 15, formula (7) is applied to calculate the angles Ȗm and δm: in particular, the formula provides two calculation methods for δm, which can therefore be the average of these values. In step 16 (resp. 19), within the calculated gamma (resp. Delta) values, we look for the longest sequence for which gamma (resp. Delta) is kept within an amplitude interval ERR_ang, centered on any one gamma_mis values: this is to prevent any sudden changes in acceleration measurements, due to holes in the road, from degrading the measurement.

L’ algoritmo contiene diversi parametri, quali N, len_Beta, Ris1_acc, Soglia_acc, Ris2_acc, ERR_ang, len_Gamma, len_Delta, che influenzano l’ accuratezza della misura degli angoli. Inoltre, come anticipato, esiste una probabilità di errore insita nel funzionamento del Circuito, strettamente legata alla durata del ciclo di elaborazione, e quindi al numero N di valori da elaborare per ogni ciclo. Come è stato detto in precedenza, il veicolo può passare da un tratto con una certa pendenza e soggetto alla sola accelerazione g, accelerare, cambiare pendenza mentre ha un’ accelerazione tangenziale non nulla, e poi tornare alla pendenza iniziale mentre ha un’ accelerazione tangenziale non nulla, e poi tornare ad essere soggetto alla sola accelerazione g: in tal caso, il Circuito non si accorgerebbe del cambio di pendenza. Ora, se il singolo ciclo di elaborazione dura 0,25 secondi, e il veicolo procede a 90 Km/h, cioè a 25 m/s, il veicolo percorre 6,25m durante l’elaborazione del ciclo. Ora, in soli 6,25m, è difficile che il veicolo possa passare da una pendenza ad un’ altra e tornare sulla prima. Pertanto, diminuire N implica diminuire la probabilità di errore, ma diminuisce anche la probabilità di avere una sequenza di valori utile al calcolo, o, quantomeno ne degrada l’ accuratezza. The algorithm contains several parameters, such as N, len_Beta, Ris1_acc, Soglia_acc, Ris2_acc, ERR_ang, len_Gamma, len_Delta, which affect the accuracy of the angle measurement. Furthermore, as anticipated, there is a probability of error inherent in the operation of the Circuit, strictly linked to the duration of the processing cycle, and therefore to the number N of values to be processed for each cycle. As mentioned earlier, the vehicle can pass through a section with a certain slope and subject to acceleration g only, accelerate, change slope while having a non-zero tangential acceleration, and then return to the initial slope while having a tangential acceleration. not nothing, and then go back to being subject to acceleration only g: in this case, the Circuit would not notice the change in slope. Now, if the single processing cycle lasts 0.25 seconds, and the vehicle proceeds at 90 Km / h, that is, at 25 m / s, the vehicle travels 6.25m during the processing of the cycle. Now, in just 6.25m, it is difficult for the vehicle to pass from one slope to another and return to the first. Therefore, decreasing N implies decreasing the probability of error, but it also decreases the probability of having a sequence of values useful for the calculation, or at least degrades its accuracy.

Per ovviare a ciò si può pensare a due modalità di funzionamento del Circuito. To remedy this, we can think of two operating modes of the Circuit.

Nella prima, Automatica, utile in tratti urbani o su strade extraurbane secondarie, il valore di N è tale che il ciclo duri all’ incirca 1 o 2 secondi, e la misurazione continua indefinitamente. L’ errore di misura in generale tenderà a diminuire, tuttavia, ciò non può essere garantito. In the first, Automatic, useful in urban sections or on secondary suburban roads, the value of N is such that the cycle lasts approximately 1 or 2 seconds, and the measurement continues indefinitely. The measurement error in general will tend to decrease, however, this cannot be guaranteed.

Nella seconda, Manuale, il valore di N è maggiore, ed è l’Utente a stabilire l’ inizio e la fine della misurazione attraverso 2 ingressi del microcontrollore. Tale modalità è utile, oltre che in autostrada o su strade extraurbane principali, quando l’ Utente sa di poter percorrere un tratto rettilineo a pendenza costante. In tal caso, è l’ Utente stesso a garantire che la misura è priva di errore (errore nel senso sopra esposto). In the second, Manual, the value of N is greater, and it is the User who establishes the start and end of the measurement through 2 inputs of the microcontroller. This mode is useful, as well as on motorways or on main suburban roads, when the user knows he can travel along a straight stretch with a constant slope. In this case, it is the User himself who ensures that the measurement is error-free (error in the sense set out above).

In entrambe le modalità, un LED indicherà che il Circuito ha ottenuto un certo numero di valori di Ȗm, e δmvalidi. In both modes, an LED will indicate that the Circuit has obtained a certain number of valid values of Ȗm, and δm.

Il microcontrollore sarà inoltre dotato di un ingresso particolare sotto il controllo dell’ utente, la cui abilitazione causa la cancellazione di tutti i valori (ȕ, A2t, A2n, A2z, Ȗm, δm…) memorizzati fino a quel momento. Tale ingresso risulterà utile quando la posizione relativa fra Circuito, ovvero il RAC, e il veicolo viene modificato (spostamento del RAC all’ interno del veicolo, spostamento del RAC in un altro veicolo…). The microcontroller will also be equipped with a particular input under the control of the user, the enabling of which causes the cancellation of all the values (ȕ, A2t, A2n, A2z, Ȗm, δm ...) stored up to that moment. This input will be useful when the relative position between the Circuit, or the RAC, and the vehicle is changed (moving the RAC inside the vehicle, moving the RAC into another vehicle ...).

Per quanto riguarda il numero di campioni al secondo forniti dai sensori per i valori di ȕ, A2t, A2n, A2z, si può ritenere che un valore compreso 1000 e 2000 campioni al secondo sia sufficiente al corretto funzionamento del Circuito. As regards the number of samples per second supplied by the sensors for the values of ȕ, A2t, A2n, A2z, it can be considered that a value between 1000 and 2000 samples per second is sufficient for the correct functioning of the Circuit.

Comunque, tutti i parametri sopra elencati e l’ accuratezza di misura ottenibile dal Circuito per l’ Auto-Allineamento dipendono principalmente dai componenti scelti e dalla precisione di misura dei sensori, e pertanto dei valori di riferimento per tali parametri possono essere forniti solo dopo una realizzazione del Circuito. However, all the parameters listed above and the measurement accuracy obtainable from the Self-Alignment Circuit mainly depend on the components chosen and the measurement accuracy of the sensors, and therefore reference values for these parameters can be provided only after a realization of the Circuit.

Si riserva quindi la facoltà di presentare ulteriore documentazione atta a definire con maggiore dettaglio il Circuito e i suoi parametri. It therefore reserves the right to submit further documentation aimed at defining the Circuit and its parameters in greater detail.

Claims

CLAIMS With this question, it is claimed: 1. the combined use of an accelerometer, a sensor for detecting the Earth's magnetic field and the algorithm described above, for the purpose of determining, in a reference system integral with any device, of the direction of the speed with which the device itself moves; 2. the combined use of an accelerometer, a sensor for detecting the Earth's magnetic field and the algorithm described above, with particular reference to the electronic alignment of the beam radiated by the antenna of an Anti-Collision Radar, for vehicles with 2 or more wheels, to the direction of the speed at which the vehicle is moving; 3. the use of the 3 elements referred to in point 1, to calculate two angles that identify the direction of the speed, with which the Anti-Collision Radar moves, in a reference system integral with it; 4. the use of the sensor for the detection of the earth's magnetic field and the above algorithm to establish when the vehicle is moving on a constant slope and is subject, in addition to the acceleration of gravity, to an acceleration which has a normal component to the null trajectory.