DE3250014C2 - Navigation system e.g. for tank - Google Patents

Abstract

The navigation system for vehicles esp. track vehicles has a facility to provide suppression of gyroscope drift leading to an angular error in course. The system has a course gyroscope (1) operating with an incremental position generator that provides a pulse for every 1m of movement. The difference between the north direction and the gyroscope is determined (alpha K) based upon the output of a comparator (3).The distance monitoring stage (2) output is coupled to a timing stage (5) and logic circuitry (6,7) to identify a halt in motion.Other stages (9,10,11) allow a correction to be made to the indicated angular course. The comparators (9,10) generate an output when successive time sampled signals differ by a valve that exceeds a predetermined threshold value

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Ausrichtung eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to an arrangement for determining the orientation of a Vehicle according to the features of the preamble of patent claim 1.

Fahrzeug-Navigationsanlagen, 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 Winkel α _K 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 α aus dem Meßwert a _F der Fahrzeugachse gegen die Ausrichtung des Kurskreisels und dem Winkel α _K nach der Beziehung ergibt:Vehicle navigation systems have, for example as a gyro arrangement, at least one course gyro or an operating mode "course keeping", by means of which the current alignment of the vehicle axis with respect to a reference direction, for. B. North, is determined. For this purpose, the course gyro axis points either towards the north itself or in any direction that deviates from north by a known angle α _K. In the former case, the measured orientation of the vehicle axis relative to the reference value (north) is directly the course of the vehicle, while in the case of any orientation of the course gyro, the course α is derived from the measured value a _{F of} the vehicle axis against the alignment of the course gyro and the angle α _K according to the relationship:

α = α _K + α _F . α = α _K + α _F.

Aus dem Kurswinkel α und den Signalen des Weggebers läßt sich in einer Auswerteschaltung jeweils der augenblickliche Standort des Fahrzeugs berechnen. The instantaneous location of the vehicle can be calculated in an evaluation circuit from the course angle α and the signals from the displacement sensor.

Bekanntlich hat jeder Kurskreisel auch einen Driftanteil, 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.As is well known, every course gyro also has a drift component, which neither follows Size is still known by direction, however one depends on the quality of the gyroscope dependent maximum value. The falsification that this creates Various methods are known to keep the market value low; so the additional use of a north-facing gyro with which the course gyro alignment is redetermined from time to time, or the starting of known locations and a calculation of the deviation from the detected location errors.

Aus der DE-OS 19 15 477 ist bekannt, die Drift eines ein Winkelsignal abgebenden Kurskreisels während der Haltezeit des Fahrzeugs dadurch zu unterdrücken, daß bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen, der Kreisel verriegelt wird, d. h., daß seine Drallachse während des Halts in Übereinstimmung mit der bei Beginn des Fahrzeughalts eingenommenen Stellung gehalten wird.DE-OS 19 15 477 discloses the drift of an angle signal Suppress course gyro during the stopping time of the vehicle, that in the absence of signals indicating vehicle movement, the gyro is locked, d. that is, its swirl axis during the stop in accordance with the one taken at the start of the vehicle stop Position is held.

Drehungen des Fahrzeugs auf der Stelle oder Anfahren mit großem Lenkradeinschlag werden dadurch berücksichtigt, daß das in diesem Fall große Kreiselausgangssignal auf einen Stellmotor geschaltet wird, der die Kursanzeige entsprechend der Winkeländerung nachstellt.The vehicle turns on the spot or starts off with a large steering wheel lock are taken into account in that the large gyro output signal in this case is switched to a servomotor that shows the course adjusts according to the change in angle.

Kleine Änderungen, wie sie durch eine Drift hervorgerufen werden können, verändern die Kursanzeige nicht.Small changes that can be caused by a drift do not change the course display.

Weiter ist aus der DE-OS 26 59 094 ein Fahrzeugnavigationsgerät bekannt, bei dem die von einem Kursreferenzgerät gelieferten Kurswinkel mit zur Positionsbestimmung herangezogen werden.Furthermore, a vehicle navigation device is known from DE-OS 26 59 094, where the course angles supplied by a course reference device be used to determine the position.

Zur Korrektur der Positionsangabe wird eine Stützung an Geländepunkten vorgenommen, deren Koordinaten genau bekannt sind. Aus der Korrektur werden dann für die weitere Fahrt Korrekturfaktoren für das Kurssignal (Driftunterdrückung) und das Wegsignal gewonnen.To correct the position information, a support at terrain points made whose coordinates are known exactly. From the correction are then correction factors for the course signal for the further journey (Drift suppression) and the path signal obtained.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus der Kreiseldrift ergebende Winkeländerungen bei Fahrzeugstillstand unberücksichtigt zu lassen, wenn ein bestimmter Wert des Kreiselausgangssignals pro Zeiteinheit unterschritten wird.The invention is based on the problem arising from the gyro drift resulting changes in angle when the vehicle is at a standstill leave if a certain value of the gyro output signal per unit time is undercut.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1.

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 beim Stillstand des Fahrzeugs plus einem Sicherheitszuschlag gekennzeichnet ist, ein Signal zu erzeugen, welches als Fahrzeugstillstand bewertet wird. The change rate is sufficient to detect a standstill of the vehicle of the heading gyro signal and if this has a certain value falls below that by the max. Drift plus when the vehicle is at a standstill is marked with a security surcharge to generate a signal which is assessed as a vehicle standstill.  

Wird z. B. bei einer Navigationsanlage der Winkel α _F 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 α _F (oder der davon abhängige Winkel a ) 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. Über Sperrmittel wird dann verhindert, daß diese Winkeländerungen aufgrund der Drift in die Kursberechnung eingehen und damit einen Fehler bewirken. 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 Δα verdreht hat, muß noch der Winkel α _K um Δα vorzeichenrichtig korrigiert werden.Is z. B. in a navigation system, the angle α _F between the vehicle orientation and the orientation of the heading gyro as a signal corresponding to this angle from the tapping of the gyro, comparative means are provided in which the consecutively transmitted angle α _F (or the dependent thereof) Angle a ) are compared with each other. As long as the change in the angle does not exceed a predetermined value A , which corresponds to the sum of the maximum possible drift of this gyro plus a safety margin, it is assumed that the vehicle is still standing. Blocking means then prevent these changes in angle due to the drift from being included in the course calculation and thus causing an error. However, if it is determined that the amount A is exceeded, the blocking means are unlocked immediately since a vehicle movement must now be present. However, since the orientation of the course gyro has rotated by Δα in relation to the gyro housing and thus also in relation to the reference direction, the angle α _K has to be corrected by Δα with the correct sign.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Abgriff des Kurskreisels ein dem Winkel a _F zwischen der Kreiselausrichtung und der Fahrzeuglängsachse entsprechendes Signal abgibt.The single figure shows an embodiment in which the tapping of the course gyro emits a signal corresponding to the angle a _F between the gyro alignment and the longitudinal axis of the vehicle.

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.In Fig. 1, 1 is a course gyroscope, with 2 a travel sensor, which after certain sections of the route, for. B. 1 m emits a pulse and designated 3 an evaluation circuit.

Bei der Anordnung wird die während des Fahrzeughalts aufgrund der Drift auflaufende Kreiselverdrehung bestimmt, um damit den neuen Winkel α _K zu bestimmen. Diese Kreiselverdrehung ist damit ein Maß der Drift des Kreisels. 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. In the arrangement, the gyro rotation occurring during the vehicle stop due to the drift is determined in order to determine the new angle α _K. This gyro rotation is therefore a measure of the drift of the gyro. It can then be used to correct the falsification of the course - either directly or after the evaluation with a factor <1 - by means of the gyro drift.

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 Pendelvorgangs bestimmt, die sich entsprechenden Zeiten zu Werten T₁ und T₂ aufsummiert.The determination of the drift is also possible in the example explained above with oscillation of the gyroscope, in that the duty cycle of a pendulum process is determined in the holding time, and the corresponding times sum up to values T ₁ and T ₂.

Aus der GleichungFrom the equation

( und 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.(and are the rotational speeds due to drift and oscillation, and T ₂ is the greater time), the drift can be calculated, which can then be taken into account again as above.

Bei Fahrt liefert der Kurskreisel ein dem Winkel α _F zwischen Fahrzeugachse und der zufälligen Kurskreiselausrichtung entsprechendes Signal, z. B. als Digitalwert an die Auswerteschaltung 3. Dieser wird außerdem noch der Winkel α _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 α _K von Zeit zu Zeit ermittelt wird, kann hier dahingestellt bleiben. Bei Fahrt werden im Auswertegerät der Kurs α des Fahrzeugs aus der Beziehung α = α _K + α _F sowie die Standortkoordinaten durch Bewertung der Wegimpulse mit dem Sinus bzw. Kosinus des jeweiligen Kurswinkels α und Addition dieser bewerteten Größe gewonnen.When driving, the course gyro delivers a signal corresponding to the angle α _F between the vehicle axis and the random course gyro alignment, e.g. B. as a digital value to the evaluation circuit 3 . This is also fed the angle α _K from a block 4 ; this angle corresponds to the angle between the random orientation of the course gyro and the north direction. The form in which this angle α _{K is determined} from time to time can be left open here. When driving, the course α of the vehicle is obtained in the evaluation device from the relationship α = α _K + α _F as well as the location coordinates by evaluating the path impulses with the sine or cosine of the respective course angle α and adding this evaluated quantity.

An den Ausgang des Weggebers 2 ist ein Zeitglied 5 angeschaltet, das bei Ausbleiben von Ausgangsimpulsen des Weggebers 2 nach einer vorgegebenen Zeit von z. B. 10 sec. (Definition: 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 3; vielmehr bleibt dort der vor dem Kriterium "Fahrzeughalt" vorhandene Winkel α _F erhalten.At the output of the travel sensor 2 , a timing element 5 is switched on, which in the absence of output pulses from the travel sensor 2 after a predetermined time of, for. B. 10 sec. (Definition: vehicle is stationary) generates a control signal. This control signal causes an AND gate 6 that a gate 7 blocks the line (connection) 8 . During the subsequent stopping time, changes in the course gyro alignment, which can arise due to gyro random drift, do not reach the evaluation circuit 3 ; rather, the angle α _F existing before the criterion "vehicle stop" is retained.

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 Winkelwert a _{F 1} und vergleicht diesen mit dem bei der nächstfolgenden Messung ermittelten Winkelwert α _{F 2}. Der Differenzwert Δα₁ 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 Wert a _{F 2} gespeichert und es wird bei der nächsten Messung der neue Meßwert α _{F 3} mit dem gespeicherten Wert verglichen usw. Die Summe der Differenzen ΣΔα _n aller Messungen wird im Summierglied 11 vorzeichenrichtig gebildet.Furthermore, the output signal of the timing element 5 puts a comparator 9 into operation; the latter stores the first angle value a _{F 1} that occurs after the output signal of the timing element 5 appears and compares it with the angle value α _{F 2} determined in the next measurement. The difference value Δα ₁ is supplied to a threshold level 10 and a summing element 11 . The threshold value of level 10 is selected so that threshold value A cannot be exceeded by the gyro drift (corresponding to the maximum drift plus safety margin). Thus, no output signal of threshold level 10 appears during the actual vehicle stop. After the comparison, the last measured value a _{F 2 is} stored and the new measurement value α _{F 3 is} compared with the stored value during the next measurement, etc. The sum of the differences Σ Δα _{n of} all measurements is formed in the summing element 11 with the correct sign.

Entsteht nun wieder ein Impuls am Ausgang des Weggebers 2 oder wird der Schwellwert der Schwellwertstufe 10 überschritten, - was gemäß 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 α _F gelangen wieder zur Auswerteschaltung.If a pulse now arises at the output of the displacement sensor 2 or the threshold value of the threshold value stage 10 is exceeded, which means "vehicle is driving" according to the definition, then the AND gate 6 is blocked and the line 8 is again permeable. The changes in the angle α _F caused by the journey return to the evaluation circuit.

Nach längerem Fahrzeughalt ist der Winkel zwischen der Ausrichtung des Kurskreisels und Nord wegen der Kreiseldrift nicht mehr gleich dem zuletzt vorhandenen Winkel α _K , sondern gleich α _K + ΣΔα, d. h., der im Block 4 vorhandene Winkel α _K 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 ΣΔα zur vorzeichengerechten Korrektur der Werte a _K dem Block 4 zugeführt.After a longer vehicle stop, the angle between the direction of the course gyro and north is no longer equal to the last available angle α _K due to the gyro drift, but equal to α _K + Σ Δα , ie the angle α _K in block 4 must be corrected accordingly. A gate 12 and therefore the line 15 are therefore made transparent by means of the vanishing output signal of the AND gate 6 with the aid of an inverter 13 , and the value Σ Δα is thus supplied to the block 4 for correcting the values a _{K in} accordance with the sign.

Claims (2)

1. Anordnung zur Bestimmung der Ausrichtung eines Fahrzeugs, enthaltend eine Kreiselanordnung, die fortlaufend die Ausrichtung α _F des Fahrzeugs gegenüber der Ausrichtung des Kreisels erfaßt und eine Auswerteschaltung, die die von der Kreiselanordnung erhaltenen Signale α _F 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 und wobei die Einrichtung wieder unwirksam gemacht wird, wenn die Kreiselanordnung eine Kursänderung, die wenigstens etwas größer ist als der maximale Driftwert, signalisiert und/oder von einem Weggeber Wegsignale Fahrzeugfahrt signalisieren, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Abgriff des Kurskreisels (1) ein dem jeweiligen Winkel α _F zwischen der Kreiselausrichtung und der Fahrzeuglängsachse entsprechendes Signal abgibt,
• - daß in die Zuführung (8) dieses Signals zur Auswerteschaltung (3) des Kurskreisels (1) Sperrmittel (7) eingeschaltet sind, die bei Ausbleiben von die Fahrzeugbewegung anzeigenden Signalen den Signalfluß hemmen,
• - daß ein Vergleicher (9, 10) vorgesehen ist, der die am Kreiselabgriff erhaltenen Werte für die Winkel α _F jeweils in vorgegebenen Zeitabständen vergleicht und ein Steuersignal abgibt, wenn die Abweichung eine durch die maximale Drift des Kurskreisels (1) plus einem Sicherheitszuschlag sich ergebenden Wert A überschreitet,
• - daß Schaltmittel (6) vorgesehen sind, die bei Auftreten des Steuersignals des Vergleichers (9, 10) und/oder von Wegsignalen die Sperrung der Zuführung (8) aufheben und
• - daß Schaltmittel (12, 13) vorgesehen sind, die die während der Sperrung gemessenen und vorzeichenrichtig aufsummierten Winkeländerungen (in 11) zur Korrektur des Winkels α _K zwischen der Kurskreiselausrichtung und der Bezugsrichtung (Nord) weiterleiten.

1. Arrangement for determining the orientation of a vehicle, comprising a gyro arrangement which continuously detects the orientation α _{F of} the vehicle relative to the orientation of the gyroscope and an evaluation circuit which processes the signals α _{F received} from the gyro arrangement and in the absence of signals indicating the vehicle movement makes a device effective which at least largely ignores the drift of the gyro arrangement that occurs when the vehicle is at a standstill, in particular for vehicle navigation in connection with a position sensor, the position of the vehicle being determined from signals from the position sensor and gyro arrangement and the device being rendered ineffective again , If the gyro arrangement signals a course change that is at least somewhat greater than the maximum drift value and / or signals travel signals of vehicle travel from a displacement sensor, characterized in that

• - That the tapping of the course gyro ( 1 ) emits a signal corresponding to the respective angle α _F between the gyro alignment and the longitudinal axis of the vehicle,
• - That in the feed ( 8 ) of this signal to the evaluation circuit ( 3 ) of the course gyro ( 1 ) blocking means ( 7 ) are switched on, which inhibit the signal flow in the absence of signals indicating the vehicle movement,
• - That a comparator ( 9, 10 ) is provided, which compares the values obtained at the gyro tap for the angles α _F at predetermined time intervals and emits a control signal if the deviation is one by the maximum drift of the course gyro ( 1 ) plus a safety margin resulting value A exceeds
• - That switching means ( 6 ) are provided which, when the control signal of the comparator ( 9, 10 ) and / or path signals occur, release the blockage of the feeder ( 8 ) and
• - That switching means ( 12, 13 ) are provided, which forward the measured during the blocking and summed up correct angle changes (in 11 ) for correcting the angle α _K between the heading gyro alignment and the reference direction (north).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Rechenmittel vorgesehen sind, um aus den Driftwerten, um die der Winkel α _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.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that measuring and computing means are provided to the unknown drift fraction in degrees / per from the drift values by which the angle α _{K is} to be corrected and the holding time in which this angle change has accrued Determine the unit of time in order to take this into account when determining the course, either directly or after assessment with an assessment factor <1.