DE10019779A1 - Meßfühler - Google Patents

Abstract

Es wird ein Meßfühler für ein Versuchsfahrzeug beschrieben, welches entlang einer vorgegebenen Bahn bewegbar ist, die mit einer Reihe von Markierungsmagneten ausgestattet ist. Der Meßfühler weist eine Antennen-Einrichtung auf, von welcher beim Passieren eines Markierungsmagneten ein Signal erzeugt wird. Die Antennen-Einrichtung ist aus drei Induktionsspulen gebildet, die im wesentlichen Z-förmig angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler für ein Versuchsfahrzeug, welches entlang einer vorgegebenen Bahn bewegbar ist, die mit einer Reihe von Markierungsmagneten ausgestattet ist, wobei der Meßfühler wenigstens eine magnetische Antennen- Einrichtung aufweist, von welcher jeweils beim Passieren eines Markierungsmagneten ein Signal erzeugt und zur Auswertung an eine Meßeinrichtung übertragen wird.

Ein derartiger Meßfühler ist aus der US-Patentschrift 5,347,456 bekannt. Dieser bekannte Meßfühler weist eine magnetische Antennen-Einrichtung auf, die aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Magnetometern gebildet ist. Der Meßfühler ist im vorderen Bereich des Versuchsfahrzeuges angebracht. Der bekannte Meßfühler arbeitet mit Permanentmagneten zusammen, welche in die Fahrbahn versenkt sind.

Vorzugsweise ist eine Reihe von Permanentmagneten entlang einer vorgegebenen Bahn und auf vorgegebenen Abständen voneinander angeordnet. Die Permanentmagneten sind abwechselnd mit ihrem Nordpol und ihrem Südpol nach oben angeordnet. Dadurch ergibt sich eine gewisse Kodierung der Markierungsmagneten.

Allgemein bekannt ist ein Verfahren zur Erfassung von Fahrgeschwindigkeit, Querabweichung vom Soll-Kurs, Distanz bis zu einem vorgegebenen Ziel und weiterer Parameter, bei dem Leitkabel in der Fahrbahn verlegt werden. Dabei werden konzentrische Feldlinien mit einer Anordnung aus gekreuzten Ringspulen abgetastet, um eine Null-Lage über dem Leitkabel zu finden. Dabei können nur winzige Signale empfangen werden, die eine große Verstärkung erfordern. Außerdem besteht bei diesem bekannten Verfahren ein Offset-Problem, welches einen erheblichen Justier-Aufwand erfordert. Dazu ist Fachpersonal notwendig. Außerdem ergeben sich lange Versuchszeiten. Schließlich ist es auch sehr schwierig, mit diesem bekannten Verfahren andere Parameter als eine Querabweichung zu erfassen. Wenn der gerätetechnische Aufwand erträglich bleiben soll, müssen Geschwindigkeit und Distanz anders gemessen werden.

Weiterhin ist auch allgemein ein Verfahren bekannt, bei dem eine Leitspur optisch markiert wird. Dazu kann beispielsweise ein kontrastreicher Aufkleber-Streifen verwendet werden, der auf die Fahrbahn aufgebracht wird. Eine solche Leitspur kann mit einer Zeilenkamera abgetastet werden. Durch vorteilhafte Ausgestaltung der Leitspur mit Mustern können Querabweichung, Geschwindigkeit und Distanz ermittelt werden. Bei diesem bekannten Verfahren sind eine geringe Dauerhaftigkeit des Aufklebers, ein Störeinfluß durch Fremdlicht, Meßfehler durch Erschütterungen, Wankbewegungen und Neigebewegungen sowie Abstandsschwankungen nachteilige Erscheinungen. Außerdem ist dieses bekannte Verfahren stark von der Witterung abhängig. Wenn die Fahrbahn nicht sauber und trocken ist, kann die Zeilenkamera keine einwandfreien Bilder liefern, weil Wassertropfen oder Schmutz auf der Linse der Zeilenkamera dazu führen können, daß keine brauchbaren Meßwerte geliefert werden. Ein weiterer Nachteil bei diesem bekannten Verfahren besteht darin, daß mit der Zeilenkamera ein verhältnismäßig teures technisches Gerät verwendet wird, welches unter Umständen bei einem Crash-Test geopfert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, der außerordentlich preiswert ist, dabei zugleich robust aufgebaut ist und ohne nennenswerte Gefahr einer schädlichen Auswirkung von Störeinflüssen über lange Betriebszeiten zuverlässig Meßsignale liefert, die über Geschwindigkeit, Kursabweichung und Distanz Informationen beinhalten, welche einer Kodierung gut zugänglich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die magnetische Antennen- Einrichtung aus Induktionsspulen aufgebaut ist, daß wenigstens drei Induktionsspulen vorhanden sind und daß die Induktionsspulen im wesentlichen Z-förmig angeordnet sind.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist also vorgesehen, daß kleine, kräftige Permanentmagneten in eine Fahrbahn eingelassen werden, und zwar entweder dauerhaft in Bohrungen versenkt werden oder nur temporär auf einem ausrollbaren Teppich befestigt sind. Diese Permanentmagnete können in Abständen von etwa 30 cm bis etwa 1 m angebracht sein. Sie müssen keineswegs äquidistant montiert sein.

Wenn das Versuchsfahrzeug die Permanentmagnete überfährt, werden in den Induktionsspulen Impulse induziert, welche anschließend verstärkt, aufbereitet und einer Meßeinrichtung zugeführt werden. Da nach dem Grundgedanken der Erfindung die Induktionsspulen Z-förmig angeordnet sind, kann mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung allein aus den Zeitunterschieden der Impulse die Fahrgeschwindigkeit, die Querabweichung oder Seitenabweichung und die durchfahrene Distanz ermittelt werden. Weiterhin besteht gemäß der Erfindung die Möglichkeit, bestimmte Kodierungen zu erfassen, indem die Polarität der Magnete als Bit-Kennzeichnung aufgefaßt wird. Alternativ wäre auch denkbar, durch Impulse, die kurzzeitig aufeinander folgen, eine Kodierung vorzunehmen. Solche Kodierungen können vorteilhaft dazu verwendet werden, um bei einem Rendezvous-Manöver mit mehreren beteiligten Fahrzeugen die noch verbleibende Distanz bis zum Crash-Punkt zu signalisieren. Es könnten beispielsweise etwa 20 m vor dem Crash-Punkt mehrere Permanentmagnete benachbart zueinander so angeordnet sein, daß beim Vorüberfahren des Versuchsfahrzeuges ein kodiertes Signal geliefert wird, an welchem zu erkennen ist, daß gerade eine Stelle auf der Fahrbahn passiert wurde, welche 20 m vom Crashpunkt entfernt angeordnet ist.

Auf die oben geschilderte Weise kann durch eine Kodierung im Rahmen der Erfindung zusätzliche Sicherheit zur Positionsbestimmung gegenüber einer Zähl-Methode erreicht werden.

Gemäß der Erfindung sind zahlreiche Vorteile erreichbar.

Der erfindungsgemäße Meßfühler ist nicht gegen Fremdlichteinfluß empfindlich. Es können somit auch Versuche bei greller Sonne, bei Filmscheinwerfern oder aber auch in tiefer Nacht durchgeführt werden.

Da die Markierungsmagnete dauerhaft in den Belag einer Fahrbahn für eine Teststrecke eingebaut werden können, steht auch über lange Zeiten eine markierte Fahrbahn ohne jegliche Vorbereitung zur Verfügung. Dabei erweist es sich auch als vorteilhaft, daß die Oberfläche der Fahrbahn nicht nennenswert verändert wird. Dies bedeutet, daß der Reibungskoeffizient der Fahrbahn nicht nennenswert verändert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßfühler lassen sich Versuche völlig unabhängig von der Witterung durchführen. Auch bei Nebel, Tau, Regen oder Sandsturm können Versuche gefahren werden.

Gemäß der Erfindung können mit einem einzigen Sensor, Geschwindigkeit, Seitenabweichung, Distanz und Kodierungen erfaßt werden.

Es werden Versuchsergebnisse bei dem erfindungsgemäßen Meßfühler nicht durch Wank- oder Neigebewegungen des Versuchsfahrzeuges beeinträchtigt.

Es treten auch keine Probleme mit der Tiefenschärfe auf, wie sie bei der Verwendung einer Kamera zu befürchten sind.

Der erfindungsgemäße Meßfühler ist auch außerordentlich preiswert herstellbar, so daß eine Ausführung als Wegwerfteil denkbar ist.

Da der erfindungsgemäße Meßfühler außerordentlich preiswert ist, kann man es sich leisten, ihn in dem regelungstechnisch optimalen vorderen Bereich eines Versuchsfahrzeuges anzubringen, in dem Bewußtsein, daß der Meßfühler bei einem Crash-Test zerstört wird.

Es treten schließlich auch keine Offset-Probleme auf, da die Meßwerte nur durch Geometrie-Daten und eine Zeitmessung bestimmt werden, wodurch gewährleistet ist, daß nur Meßwerte verwendet werden, die auch über lange Zeit stabil sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden parallelen Schenkel der Z-Form quer zur Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges gerichtet sind. Mit dieser Anordnung können gemäß den oben niedergelegten Erläuterungen optimale Versuchsergebnisse erzielt werden.

In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß der Diagonalschenkel der Z-Form geradlinig ausgebildet ist, während unter bestimmten Voraussetzungen auch eine geschwungene Form zweckmäßig sein kann. Für bestimmte Versuchsaufgaben könnte für die Form des Diagonalschenkels der Z-Form eine Kreisbogenform günstig sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen den beiden freien Enden der Z-Form eine weitere Induktionsspule angeordnet ist, die mit der entlang dem Diagonalschenkel der Z-Form angeordneten Induktionsspule eine X-Form bildet. Eine solche Anordnung weist besondere Vorteile im Hinblick darauf auf, daß die Seitenabweichung oder Querabweichung des Versuchsfahrzeuges von einem vorgegebenen Kurs besondere Aufmerksamkeit verdient.

Für die Anbringung des erfindungsgemäßen Meßfühlers an einem Versuchsfahrzeug kann es zweckmäßig sein, daß die Magnetspulen jeweils auf ein Stück Flachmaterial gewickelt sind.

Eine besonders robuste Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Magnetspulen in einen Kunststoffblock eingegossen sind. Ein solcher Meßfühler ist kaum zu zerstören und dürfte unter Umständen sogar einen Crash-Test überstehen.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Induktionsspulen aus Kupferdraht gewickelt sind. Mit einer solchen Anordnung werden einerseits verhältnismäßig starke Impulse erreicht, und es wird andererseits eine preiswerte gerätetechnische Einrichtung bereitgestellt.

Es versteht sich, daß die geometrischen Abmessungen eines erfindungsgemäßen Meßfühlers den jeweiligen Versuchs-Bedingungen angepaßt werden können. Erfahrungsgemäß kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß der Meßfühler in der Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges Abmessungen in der Größenordnung von etwa 20 cm und in der Querrichtung von etwa 30 cm aufweist. Eine solche Anordnung hat sich in der Praxis für vielfältige Versuchsaufgaben gut bewährt.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, alternativ zu den Induktionsspulen Hall-Effekt- Sensoren zu verwenden. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäß ausgebildete Antennen-Einrichtung kann zur Lösung der Erfindungsaufgabe als Hall-Effekt-Sensor ausgebildet sein. Solche Sensoren können auch als Hall-Effekt-Sonden bezeichnet werden. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß im Rahmen der Erfindung der Induktions-Effekt oder aber als alternative Lösung der Hall-Effekt genutzt werden kann. Es bleibt vorbehalten, auch Patentansprüche auf die Hall-Effekt-Alternative zu richten.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine rein schematische Darstellung der wesentlichsten Teile eines Versuchsfahrzeuges auf einer vorgegebenen Bahn;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein allgemein mit 10 bezeichnetes Versuchsfahrzeug auf einer Fahrbahn 12 angeordnet ist. In der Mitte der Fahrbahn 12 sind eine Reihe von Markierungsmagneten 14 dargestellt, welche in die Fahrbahn 12 eingelassen sind. Die Abstände zwischen den Markierungsmagneten 14 können konstant sein, d. h. die Markierungsmagnete können äquidistant angeordnet sein. Alternativ kann die Anordnung im Rahmen der Erfindung auch so getroffen sein, daß die Abstände zwischen den einzelnen Markierungsmagneten 14 unterschiedlich sind.

Um das Versuchsfahrzeug 10 entlang der Fahrbahn 12 bewegen zu können, ist dieses Versuchsfahrzeug 10 mit zwei Hinterrädern 16 und zwei Vorderrädern 18 sowie mit einer Lenkung 20 ausgestattet. Im vorderen Bereich des Versuchsfahrzeuges 10 ist ein Sensorgehäuse 22 dargestellt, in welchem der erfindungsgemäße Meßfühler angeordnet ist. Das Sensorgehäuse könnte auch als Antennengehäuse bezeichnet werden, da der erfindungsgemäße Meßfühler, der auch als Sensor zu bezeichnen ist, wie eine Antenne wirkt.

Das Sensorgehäuse 22 ist im vorderen Bereich des Versuchsfahrzeuges 10 angebracht, um Querabweichungen oder Seitenabweichungen des Versuchsfahrzeuges 10 von einem vorgegebenen Kurs so frühzeitig wie möglich zu erfassen.

Für bestimmte Versuchsaufgaben kann es unter Umständen zweckmäßig sein, einen Zusatz-Sensor 23 zu verwenden, der im mittleren Bereich des Versuchsfahrzeuges angebracht ist. Es versteht sich, daß mit dem Zusatz-Sensor 23 bestimmte Eigenbewegungen oder Störbewegungen des Versuchsfahrzeuges 10 erfaßt werden können.

In der Fig. 2 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers dargestellt. Wie aus der Fig. 2 anschaulich hervorgeht, ist der erfindungsgemäße Meßfühler als Z-Sensor 21 ausgebildet, der aus drei Induktionsspulen 21a, 21b und 21c gebildet ist. Die Induktionsspulen 21a und 21c sind entlang den beiden parallelen Schenkeln der Z-Form angeordnet. Wie aus der Fig. 2 weiterhin ersichtlich ist, verlaufen diese beiden parallelen Schenkel der Z-Form quer zur Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges 10. Es sind nämlich in der Fig. 2 einige Markierungsmagnete 14 dargestellt, welche die Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges 10 auf der Fahrbahn 12 markieren.

Die Induktionsspule 21b ist entlang dem Diagonalschenkel der Z-Form angeordnet.

Die Induktionsspulen 21a, 21b und 21c sind jeweils über eine Leitung 15 mit einer Meßeinrichtung 25 verbunden. Die Leitung 15 weist mehrere Leitungskanäle auf. In der Meßeinrichtung 25 können die Signale, welche von dem Z-Sensor 21 aufgenommen werden, zunächst verstärkt, dann aufbereitet und schließlich ausgewertet werden. Es versteht sich, daß die zur Aufbereitung und Auswertung erforderlichen Maßnahmen von der jeweiligen Versuchsanordnung abhängen. Am Ausgang 24 der Meßeinrichtung stehen jedenfalls die gemäß einer bestimmten Versuchsaufgabe verlangten Meßdaten und Informationen in geeigneter Form zur Verfügung. Die Meßeinrichtung 25 kann auch einen Sender umfassen, welcher die mit dem Z-Sensor erfaßten Meßwerte, die in der Meßeinrichtung 25 teilweise oder vollständig aufbereitet werden können, auf dem Funkwege an eine stationäre Einrichtung übermittelt. Alternativ kann auch eine Speicherung in der Meßeinrichtung 21 vorgesehen sein.

In der Fig. 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers dargestellt, der in dieser Darstellung als X-Sensor 31 ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung ist außer den Induktionsspulen 31a, 31b und 31c, welche der in der Fig. 2 dargestellten Z-Form entsprechen, eine weitere Induktionsspule 31d vorhanden, welche dazu führt, daß die Z-Form gemäß Fig. 2 in eine X-Form gemäß Fig. 3 umgewandelt wird. Der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 einerseits und Fig. 3 andererseits besteht also darin, daß eine weitere Induktionsspule 31d vorhanden ist, welche nicht nur die Z-Form in eine X-Form umwandelt, sondern dabei zugleich dafür sorgt, daß aus einer unsymmetrischen Anordnung eine symmetrische Anordnung wird. Für den Fachmann ist ohne weiteres verständlich, daß mit dem X-Sensor 31 gemäß Fig. 3 zusätzliche Möglichkeiten geboten werden, Meßwerte zu erhalten, die sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn eine Seitenabweichung des Versuchsfahrzeuges 10 von dem vorgegebenen Kurs besonders genau erfaßt werden soll.

Natürlich kann an den erfindungsgemäßen Meßfühler gemäß Fig. 3 eine Meßeinrichtung 25 gemäß Fig. 2 angeschlossen werden. Die Verstärkung, Aufbereitung und Auswertung der Meßdaten kann analog der oben im Zusammenhang mit der Fig. 2 geschilderten Vorgehensweise durchgeführt werden.

Claims (10)

1. Meßfühler für ein Versuchsfahrzeug (10), welches entlang einer vorgegebenen Bahn (12) bewegbar ist, die mit einer Reihe von Markierungsmagneten (14) ausgestattet ist, wobei der Meßfühler (21; 31) wenigstens eine magnetische Antennen-Einrichtung aufweist, von welcher jeweils beim Passieren eines Markierungsmagneten (14) ein Signal erzeugt und zur Auswertung an eine Meßeinrichtung (25) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Antennen = Einrichtung aus Induktionsspulen (21a, 21b, 21c; 31a, 31b, 31c, 31d) aufgebaut ist, daß wenigstens drei Induktionsspulen (21a, 21b, 21c) vorhanden sind (Fig. 2), und daß die Induktionsspulen (21a, 21b, 21c) im wesentlichen Z-förmig angeordnet sind.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Schenkel der Z-Form quer zur Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges (10) gerichtet sind.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagonalschenkel der Z-Form geradlinig ausgebildet ist.

4. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Diagonalschenkel der Z-Form eine geschwungene Form aufweist.

5. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagonalschenkel der Z-Form eine Kreisbogenform aufweist.

6. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden freien Enden der Z-Form eine weitere Induktionsspule (31d) angeordnet ist, die mit der entlang dem Diagonalschenkel der Z-Form angeordneten Induktionsspule (31b) eine X-Form bildet (Fig. 3).

7. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (21a, 21b, 21c; 31a, 31b, 31c, 31d) jeweils auf ein Stück Flachmaterial gewickelt sind.

8. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (21a, 21b, 21c; 31a, 31b, 31c, 31d) in einen Kunststoffblock eingegossen sind.

9. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (21a, 21b, 21c; 31a, 31b, 31c, 31d) aus Kupferdraht gewickelt sind.

10. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (21; 31) in der Bewegungsrichtung des Versuchsfahrzeuges (10) Abmessungen in der Größenordnung von etwa 20 cm und in der Querrichtung von etwa 30 cm aufweist.