Croydon Priniinfl Company Ltd

(1)

J

Europäisches Patentamt

European Patent Office ©Veröffentlichungsnummer: 0 1 2 9 7 4 2

Office european des brevets A 2

©Anmeldenummer: 84106323.3 ©lnt.CI.4:G 01 C 19/38

_ G 01 C 21/18

(22) Anmeldetag: 02.06.84

Wilhelmshavener Strasse 10 D-2300Kiel(DE)

@ Veroffentlichungstag der Anmeldung:

02.01.85 Patentblatt 85/1 © Erfinder: Weidel, Rolf-Dieter, Ing. grad.

AmWohld40a

FR GB SE

~- Seelandweg 12

Anmeider: Anschutz & Co. G.m.b.H. D-2300 KiellDE) Mecklenburger Strasse 32-36

D-2300 Kiel-Wik(DE) © Erfinder: Rix, Rudolf

Buschberg 9 D-2300 Attenholz(DE)

Postfaeh 1201 Sattlerstrasse 1 D-8011 H6henkirchen/Munchen(DE)

@ Die Erfindung bezieht sich auf ein nordermittelndes Kurs- und Lage-Referenz-gerät für Fahrzeuge mit drei Drehgesc- hwindigkeitssensoren für drei zueinander senkrecht stehende Fahrzeugachsen.

Um auf einen Lotfühler oder Beschleunigungsmesser verzichten zu können, und um eine Reduzierung des erforder- lichen Dynamikbereiches zu erreichen, sind die drei Drehges- chwindigkeitssensoren ( 1 ;2,3;4) an einem gemeinsamen, das.

Lot darstellenden Pendel (5) angeordnet, das um beliebige Achsen innerhalb der Horizontebene pendeln kann, wobei

^ eine der drei Meßachsen der drei Drehgeschwindigkeitssen-

^ soren mit der Längssachse des Pendeis (51 zusammenfällt und parallel zu dieser liegt, und wobei die beiden Messachsen

^ (2,3) der beiden übrigen Drehgeschwindigkeitssensoren sen-

^ krecht zur ersten Messachse (5) und senkrecht zueinander tS liegen.

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Croydon Priniinfl Company Ltd D i e Erfindung bezieht sich auf ein nordermittelndes Kurs-

und Lage-Referenz-gerät für Fahrzeuge mit drei Drehgesc- hwindigkeitssensoren für drei zueinander senkrecht stehende Fahrzeugachsen.

Um auf einen Lotfühler oder Beschleunigungsmesser verzichten zu können, und um eine Reduzierung des erforder- lichen Dynamikbereiches zu erreichen, sind die drei Drehges- chwindigkeitssensoren (1;2,3;4) an einem gemeinsamen, das.

Lot darstellenden Pendel (5) angeordnet, das um beliebige Achsen innerhalb der Horizontebene pendeln kann, wobei eine der drei Meßachsen der drei Drehgeschwindigkeitssen- soren mit der Längssachse des Pendels (5) zusammenfällt und parallel zu dieser liegt, und wobei die beiden Messachsen (2,3) der beiden übrigen Drehgeschwindigkeitssensoren senkrecht zur ersten Messachse (5) und senkrecht zueinander liegen.

(2)

Die E r f i n d u n g bezieht sich auf e i n n o r d e r m i t t e l n d e s Kurs- u n d L a g e - R e f e r e n z g e r ä t für F a h r z e u g e gemäß dem O b e r b e g r i f f d e s A n s p r u c h e s 1.

«

Derartige Geräte werden in Luft-, Land- und i n s b e s o n d e r e W a s s e r f a h r z e u g e n , d.h. im w e s e n t l i c h e n Schiffen, e i n g e s e t z t , häufig in Z u s a m m e n h a n g mit einem K r e i s e l k o m p a ß . Sie d i e n e n der F e s t s t e l l u n g der N o r d r i c h t u n g und der Lage des F a h r z e u g e s . Ein ä h n l i c h e s R e f e r e n z g e r ä t , das nur die Nordrichtung e r m i t t e l t , ist in der d e u t s c h e n P a t e n t s c h r i f t 2922412 b e s c h r i e b e n . Hier i s t ein z w e i a c h s i g e r Wendekreisel um eine E i n g a n g s a c h s e d r e h b a r a n g e o r d n e t . Z u s ä t z l i c h ist w e n i g s t e n s ein B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r v o r g e s e h e n . Der Meßbereich der v e r w e n d e t e n D r e h g e s c h w i n d i g - k e i t s s e n s o r e n muß im gesamten Dynamikbereich eine a u s r e i c h e n d hohe G e n a u i g k e i t haben, oder das Gerät darf nur bei s t e h e n d e m F a h r z e u g b e n u t z t werden. Sämtliche a u f t r e t e n d e n F r e q u e n z e n müssen a b g e d e c k t werden, sowohl h o c h f r e q u e n t e S t ö r f r e q u e n z e n als auch n i e d e r f r e q u e n t e , von F a h r z e u g b e w e g u n g e n um u n t e r - s c h i e d l i c h e Achsen h e r r ü h r e n d e Frequenzen müssen e l e m i n i e r t werden k ö n n e n , um eine genaue Anzeige zu b e w i r k e n .

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Der Erfindung liegt die Aufgabe z u g r u n d e , ein R e f e r e n z g e r a t g e m ä ß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so a u s z u b i l d e n , daß die N a c h t e i l e des Standes der Technik v e r m i e d e n werden, daß auf Lotfühler o d e r B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r v e r z i c h t e t werden k a n n , und daß e i n e R e d u z i e r u n g des e r f o r d e r l i c h e n D y n a m i k b e r e i c h e s möglich i s t .

Die Aufgabe wird e r f i n d u n g s g e m ä ß durch die Merkmale des K e n n - z e i c h e n s des A n s p r u c h e s 1 g e l ö s t . Weitere A u s b i l d u n g e n d e r E r f i n d u n g sind in den U n t e r a n s p r ü c h e n d a r g e s t e l l t .

Die G r u n d i d e e besteht d a r i n , daß als Sensoren für die E r m i t t l u n g der N o r d r i c h t u n g u n d des Horizontes bei einem b e v o r z u g t e n A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l ein mit zwei Meßachsen a u s g e s t a t t e t e r f r e i e r Kreisel und ein weiterer D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r bzw. i n t e - g r i e r e n d e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r , v o r z u g s w e i s e in Form e i n e s W e n d e k r e i s e l s oder eines i n t e g r i e r e n d e n W e n d e k r e i s e l s v o r g e s e h e n sind, die beide an einem g e m e i n s a m e n Pendel so a n g e o r d n e t s i n d , daß sie einen i n t e g r i e r t e n B e s t a n d t e i l d e s s e l b e n d a r s t e l l e n . Das Pendel ist so g e l a g e r t , daß es um alle Achsen p a r a l l e l z u r H o r i z o n t e b e n e Winkelbewegungen a u s f ü h r e n k a n n .

In einer s t a t i o n ä r e n Anwendung eines d e r a r t i g e n R e f e r e n z g e r ä t e s s t e l l t die P e n d e l l ä n g s a c h s e bis auf u n v e r m e i d l i c h e S t ö r e i n f l ü s s e , die durch L a g e r r e i b u n g und d e r g l e i c h e n h e r v o r g e r u f e n werden, d i e wahre L o t r i c h t u n g dar, w ä h r e n d die P e n d e l l ä n g s a c h s e in einem s i c h b e w e g e n d e n F a h r z e u g o s z i l l i e r e n d e W i n k e l b e w e g u n g e n e n t s p r e c h e n d der F a h r z e u g d y n a m i k d u r c h f ü h r t . D i e s e W i n k e l b e w e g u n g e n k ö n n e n durch eine geeignete Dämpfung minimiert w e r d e n .

Im z e i t l i c h e n Mittel sind diese Bewegungen null und stellen somit keine B e e i n t r ä c h t i g u n g der e r f i n d u n g s g e m ä ß v o r g e s c h l a g e n e n L ö s u n g d a r .

Nach einem A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l wird das Pendel k a r d a n i s c h a u f g e h ä n g t . Ordnet man in den K a r d a n a c h s e n der P e n d e l a u f h ä n g u n g Winkelmeßelemente an, so läßt sich die' Lage eines F a h r z e u g e s zum Horizont e r m i t t e l n .

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V e r k n ü p f t man die so gewonnenen Signale in g e e i g n e t e r Weise mit den vom freien Kreisel h e r r ü h r e n d e n Signalen, so läßt sich auch bei einem bewegten Fahrzeug seine Lage zum Horizont e r m i t t e l n .

Die R e a l i s i e r u n g einer Kompaßfunktion durch ein d e r a r t i g e s N o r d - e r m i t t e l n d e s Kurs- und L a g e - R e f e r e n z g e r ä t für F a h r z e u g e läßt s i c h d u r c h drei u n t e r s c h i e d l i c h e Maßnahmen e r r e i c h e n :

A Durch eine Anordnung (nach Fig. 1), bei der man die z u r F e s s e l u n g des freien Kreisels benötigten Momente in e l e k t r i s c h e Signale umformt und durch deren Vergleich die N o r d r i c h t u n g bestimmt (Gerät f e s t ) .

B Durch eine Anordnung (nach Fig. 3), bei der das gesamte G e r ä t oder nur der freie Kreisel d r e h b a r gelagert ist. Wird bei d i e s e r Anordnung das Gerät oder der Kreisel solange g e d r e h t , bis i n einer der Meßachsen das zur Fesselung benötigte Moment e i n Maximum und das Fesselmoment i n d e r zweiten Meßachse e i n Minimum e r r e i c h t , so e n t s p r i c h t die Lage der zuerst g e n a n n t e n Meßachse der N o r d - S ü d r i c h t u n g (Gerät auf bestimmte S t e l l e n g e d r e h t ) .

C Durch eine Anordnung (nach Fig. 3), bei der das gesamte G e r ä t oder nur der freie Kreisel k o n t i n u i e r l i c h mit k o n s t a n t e r G e s c h w i n d i g k e i t gedreht w i r d .

Der Verlauf der zur Fesselung des freien Kreisels benötigten Momente e n t s p r i c h t einer S i n u s f u n k t i o n , wobei die aus diesen Momenten gewonnenen Signale aus den beiden Messachsen um 90° p h a s e n v e r - schoben sind u n d zur Ermittlung der Nordrichtung h e r a n g e z o g e n werden k ö n n e n .

Die Anordnung nach A e n t s p r i c h t im w e s e n t l i c h e n s t r a p - d o w n P l a t t f o r m e n , wie sie in L a n d - , Luft- und W a s s e r f a h r z e u g e n a n g e w e n d e t werden. Als Sensoren werden bei diesen Systemen d r e i D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n und drei B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r b e - n ö t i g t .

Der Meßbereich dieser Sensoren muß im gesamten D y n a m i k b e r e i c h eine a u s r e i c h e n d hohe Genauigkeit b i e t e n .

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Aufgrund der g e w ä h l t e n P e n d e l a n o r d n u n g des v o r g e s c h l a g e n e n Systemes kann auf alle drei B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r v e r z i c h t e t werden. Die P e n d e l a u f h ä n g u n g in V e r b i n d u n g mit einer g e e i g n e t e n Dämpfung führt zu einer R e d u z i e r u n g des D y n a m i k b e r e i c h e s d e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n .

Dies führt zu einer k o s t e n g ü n s t i g e n L ö s u n g .

A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l e der E r f i n d u n g sind in der Z e i c h n u n g d a r g e - s t e l l t . Es z e i g t :

Figur 1 in p e r s p e k t i v i s c h e r D a r s t e l l u n g ein erstes A u s f ü h r u n g s b e i - spiel der E r f i n d u n g ,

Figur 2 ein w e i t e r e s A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l der E r f i n d u n g , wobei a u f W i n k e l m e ß e l e m e n t e in den K a r d a n a c h s e n v e r z i c h t e t w u r d e ,

Figur 3 ein d r i t t e s A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l mit d r e h b a r e r L a g e r u n g d e s g e s a m t e n R e f e r e n z g e r ä t e s ,

Figur 4 die D a r s t e l l u n g der Meßachsen der Kreisel zum N a v i - g a t i o n s r a h m e n durch sog. E u l e r w i n k e l ,

Figur 5 die s c h e m a t i s c h e S c h a l t u n g s a n o r d n u n g zur E r m i t t l u n g d e s K u r s w i n k e l s nach einem A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l ,

Figur 6 die F r e q u e n z g ä n g e des R e f e r e n z g e r ä t e s ,

Figur 7 u n d

Figur 8 stellen eine V e r k n ü p f u n g der aus dem gefesselten K r e i s e l g e w o n n e n e n D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s i g n a l e und den S i g n a l e n der W i n k e l m e s s e l e m e n t e in den K a r d a n a c h s e n für d i e E r m i t t l u n g der Roll- und S t a m p f w i n k e l d a r .

Figur 9 zeigt die T a n g e n s - und C o t a n g e n s f u n k t i o n e n von 0 bis 2 , d.h. i n n e r h a l b eines Vollkreises, mit den acht zwischen +1 und -1 g e b i l d e t e n A c h t e l s e g m e n t e n ,

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F i g u r 10 z e i g t d i e E i n t e i l u n g des V o l l k r e i s e s in a c h t A c h t e l - s e g m e n t e s o w i e d i e f ü r j e d e s d i e s e r A c h t e l s e g m e n t e g e l t e n d e n A u s w e r t e b e d i n g u n g e n h i n s i c h t l i c h d e r

F e s s e l s i g n a l e ω und ω

ys z s

F i g u r 11 zeigt die s c h e m a t i s c h e S c h a l t u n g s a n o r d n u n g zur E r m i t t l u n g der H u b g e s c h w i n d i g k e i t und des H u b w e g e s .

1.) B e s c h r e i b u n g d e r F i g . p - 3

Ein f r e i e r K r e i s e l 1, a u s g e s t a t t e t mit zwei M e ß a c h s e n 2 u n d 3, i s t z u s a m m e n m i t e i n e m D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r 4 s o a n g e o r d n e t , daß b e i d e B e s t a n d t e i l e i n e r m e c h a n i s c h e n B a u - g r u p p e s i n d , d i e i n n e r h a l b e i n e s K a r d a n r a h m e n s 15 um e i n e e r s t e K a r d a n a c h s e 10 und zusammen mit d i e s e n um e i n e z w e i - te K a r d a n a c h s e 1 1 W i n k e l b e w e g u n g e n a u s ü b e n k a n n .

Da der S c h w e r p u n k t d i e s e r B a u g r u p p e u n t e r h a l b d e s S c h n i t t - p u n k t e s d e r b e i d e n K a r d a n a c h s e n 10 und 11 l i e g t , s t e l l t d i e - se ein P e n d e l d a r , d e s s e n L ä n g s a c h s e 5 in e i n e r s t a t i o n ä r e n Umgebung das Lot d a r s t e l l t .

Die A n o r d n u n g des f r e i e n K r e i s e l s 1 i s t so g e w ä h l t , d a ß s e i n e D r a l l a c h s e i d e n t i s c h mit d e r P e n d e l l ä n g s a c h s e 5 i s t und s e i n e M e ß a c h s e n 2 und 3 s o m i t s e n k r e c h t in e i n e r E b e n e auf d i e s e r s t e h e n .

Die b e i d e n M e ß a c h s e n w e r d e n d a r g e s t e l l t d u r c h je e i n A b g r i f f - e l e m e n t 6 und 7. Sie s t e h e n , in e i n e r Ebene l i e g e n d e , s e n k - r e c h t a u f e i n a n d e r und s i n d in d e r Lage, d i e S t e l l u n g d e s K r e i s e l r o t o r s , b e z o g e n auf s e i n e D r a l l a c h s e , a b z u t a s t e n . Über e b e n f a l l s in den M e ß a c h s e n a n g e o r d n e t e F ü h r m o t o r e n 6 ' und 7' i s t es m ö g l i c h , Momente auf den K r e i s e l r o t o r a u s z u - ü b e n und ihn z. B. in s e i n e r N u l l a g e zu f e s s e l n .

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Wobei d i e N u l l a g e dann g e g e b e n i s t , wenn d i e F i g u r e n a c h s e des K r e i s e l s mit der D r a l l a c h s e ü b e r e i n s t i m m t .

Der D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r 4 , z . B. e i n W e n d e k r e i s e l b e - k a n n t e r B a u a r t , i s t am u n t e r e n Ende des P e n d e l s a n g e o r d n e t . S e i n e M e ß a c h s e f ä l l t mit d e r P e n d e l l ä n g s a c h s e zusammen o d e r i s t p a r a l l e l zu d i e s e r . Er i s t s o m i t in der Lage, D r e h b e w e g u n - gen um d i e P e n d e l l ä n g s a c h s e zu s e n s i e r e n .

E b e n f a l l s am u n t e r e n E n d e d e s P e n d e l s i s t , ü b e r d r e i S p e i c h e n 8, 8' und 8" b e f e s t i g t , e i n e K u g e l s c h a l e 9 a n g e o r d n e t , d e r e n g e o m e t r i s c h e r M i t t e l p u n k t m i t dem S c h n i t t p u n k t d e r b e i d e n K a r d a n a c h s e n 10 und 11 z u s a m m e n f ä l l t .

Zusammen m i t e i n e m auf dem f a h r z e u g f e s t e n - T e i l - 1 2 des G e r ä t e s - - a n g e o r d n e t e n Magnet 13 e r g i b t d i e K u g e l s c h a l e e i n e W i r b e l s t r o m -

d ä m p f u n g , d i e d i e B e w e g u n g e n des P e n d e l s um d i e K a r d a n a c h s e n 10 und 11 d ä m p f t .

In den K a r d a n a c h s e n s i n d W i n k e l m e ß e l e m e n t e 17 und 18 a n g e o r d - n e t , d i e e i n e V e r d r e h u n g der i n n e r e n K a r d a n a c h s e 10 g e g e n ü b e r dem K a r d a n r a h m e n und e i n e V e r d r e h u n g des K a r d a n r a h m e n s 15 g e - g e n ü b e r dem f a h r z e u g f e s t e n T e i l 12 m e s s e n .

Wird das G e r ä t auf einem F a h r z e u g so a n g e o r d n e t , daß d i e F a h r - z e u g l ä n g s a c h s e 14 zur ä u ß e r e n o d e r i n n e r e n K a r d a n a c h s e 11 p a - r a l l e l l i e g t , so kann mit d i e s e n W i n k e l m e ß e l e m e n t e n e i n e N e i - gung des F a h r z e u g e s u m s e i n e L ä n g s - und Q u e r a c h s e im S t i l l - s t a n d e r m i t t e l t w e r d e n .

F i g . 2 z e i g t e i n e A n o r d n u n g , b e i d e r auf d i e W i n k e l m e ß e l e m e n - te in den K a r d a n a c h s e n 10 und 11 v e r z i c h t e t w u r d e . Dies i s t dann m ö g l i c h , wenn das G e r ä t nur a l s Kompaß v e r w e n d e t w i r d . Der ü b r i g e G e r ä t e a u f b a u i s t i d e n t i s c h mit dem in F i g . 1 b e - s c h r i e b e n e n , wobei g l e i c h e T e i l e m i t g l e i c h e n B e z u g s z e i c h e n v e r s e h e n s i n d .

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F i g . 3 z e i g t e i n e A n o r d n u n g , b e i d e r das G e r ä t d u r c h e i n e n Motor 19 und e i n L a g e r 20 um e i n e zur A u f s t e l l f l ä c h e 21 s e n k r e c h t e A c h s e v e r d r e h t w e r d e n k a n n . Dies i s t dann n ö t i g , wenn e i n e s d e r b e i d e n u n t e r B) o d e r C) b e s c h r i e b e n e n V e r f a h - r e n zur N o r d s u c h e , o d e r e i n e s d e r im f o l g e n d e n b e s c h r i e b e n - en V e r f a h r e n z u r K o m p e n s a t i o n d e r D r i f t des f r e i e n K r e i s e l s a n g e w e n d e t w i r d . Auch h i e r s i n d g l e i c h e T e i l e mit g l e i c h e n B e z u g s z e i c h e n v e r s e h e n .

I s t e i n e s d e r u n t e r B) o d e r C) b e s c h r i e b e n e n V e r f a h r e n z u r N o r d s u c h e in V e r b i n d u n g mit e i n e r H o r i z o n t r e f e r e n z nach dem b e s c h r i e b e n e n V e r f a h r e n v o r g e s e h e n , so i s t es s i n n v o l l , n u r den f r e i e n K r e i s e l d r e h b a r zu l a g e r n , d a m i t die Z u o r d n u n g d e r K a r d a n a c h s e n zur F a h r z e u g l ä n g s - b z w . - q u e r a c h s e e r h a l t e n b l e i b t .

2 . ) F u n k t i o n s b e s c h r e i b u n g a n h a n d d e r F i g . 4 - 10

Auf einem b e w e g t e n F a h r z e u g k ö n n e n d i e M e ß a c h s e n der K r e i - s e l zum N a v i g a t i o n s r a h m e n ( L o t , Ost, Nord) d u r c h d i e E u l e r - w i n k e l b e s c h r i e b e n w e r d e n ( F i g . 4 ) .

Die in den K r e i s e l a c h s e n g e m e s s e n e n W i n k e l d r e h g e s c h w i n d i g - k e i t e n e n t h a l t e n d i e K o m p o n e n t e n d e r E r d d r e h g e s c h w i n d i g k e i t ω E , der D r e h g e s c h w i n d i g k e i t e r z e u g t d u r c h d i e F a h r z e u g b e - wegung auf d e r E r d o b e r f l ä c h e V, und d e r F a h r z e u g d r e d g e -

R s c h w i n d i g k e i t ω F .

Durch d i e g e w ä h l t e P e n d e l a n o r d n u n g s i n d d i e Winkel @ u n d γ k l e i n und k ö n n e n s o m i t v e r n a c h l ä s s i g t w e r d e n . Wenn s i c h

das F a h r z e u g n i c h t b e w e g t , k ö n n e n d i e in den b e i d e n M e ß - a c h s e n des f r e i e n K r e i s e l s g e m e s s e n e n W i n k e l d r e h g e s c h w i n - d i g k e i t e n wie f o l g t b e s c h r i e b e n w e r d e n :

(9)

Woraus d e r W i n k e l z w i s c h e n Nord und der F a h z e u g l ä n g s a c h s e ( K u r s ) e r r e c h n e t w e r d e n k a n n .

Für e i n s i c h mit der G e s c h w i n d i g k e i t V b e w e g e n d e s F a h r z e u g w e r d e n von dem f r e i e n K r e i s e l f o l g e n d e W i n k e l d r e h g e s c h w i n -

d i g k e i t e n g e m e s s e n :

Die in den G l e i c h u n g e n (4) und (5) a u f t r e t e n d e n T e r m e n V R cos (2@) und V R sin (2@) b e i n h a l t e n den a u g e n b l i c k l i c h e n Wert v o n @ , d e r j e d o c h n i c h t b e k a n n t i s t .

Bei e i n e r e n t s p r e c h e n d h o h e n T a k t r a t e kann man d e s h a l b s t a t t des a u g e n b l i c k l i c h e n W e r t e s @ i den W e r t @ i - 1 mit a u s r e i - c h e n d e r G e n a u i g k e i t v e r w e n d e n .

S o m i t e r g i b t s i c h :

d a r a u s l ä ß t s i c h @ i e r r e c h n e n .

(10)

Damit kann @ i k o n t i n u i e r l i c h e r r e c h n e t w e r d e n . Die W i n k e l - d r e h g e s c h w i n d i g k e i t e n g e m e s s e n in den M e ß a c h s e n des f r e i e n

K r e i s e l s k ö n n e n nur ü b e r e i n e e n t s p r e c h e n d l a n g e M i t t e i l u n g s - z e i t e r m i t t e l t w e r d e n . Dies g i l t auch für @ i .

Für h ö h e r e W i n k e l d r e h g e s c h w i n d i g k e i t e n i s t d i e s n i c h t a k z e p t a - b e l , so daß e i n w e i t e r e s S e n s o r s i g n a l b e n ö t i g t w i r d , das i n

d e r Lage i s t , in d i e s e m Z e i t r a u m e i n e a u s r e i c h e n d g e n a u e Ä n d e - r u n g des K u r s e s Δ @ zu e r m i t t e l n .

H i e r f ü r i s t e i n w e i t e r e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r , w i e z. B.

e i n W e n d e k r e i s e l e r f o r d e r l i c h .

Das i n t e g r i e r t e S i g n a l d i e s e s S e n s o r s w i r d g e n u t z t , um d i e K u r s ä n d e r u n g im Z e i t i n t e r v a l l Δ t zu e r m i t t e l n .

Der D r e h r a t e n s e n s o r m i ß t a u ß e » dem g e w ü n s c h t e n ω F d i e v e r t i k a l e K o m p o n e n e t e der E r d r a t e und d i e F a h r t k o m p o n e n t e des F a h r z e u g e s . D i e s e G r ö ß e n s i n d m a t h e m a t i s c h d a r s t e l l b a r und s o m i t k o m p e n s i e r - b a r .

@ i e r g i b t s o m i t den j e w e i l s a u g e n b l i c k l i c h e n K u r s w e r t des F a h r z e u g e s .

F i g . 5 z e i g t s c h e m a t i s c h e i n e M ö g l i c h k e i t , aus den b e i d e n K r e i - s e l s i g n a l e n den K u r s w i n k e l i z u e r m i t t e l n .

(11)

Ein f r e i e r K r e i s e l , z. B. e i n d y n a m i s c h a b g e s t i m m t e r K r e i s e l (DAK), d e s s e n D r a l l a c h s e v e r t i k a l a n g e o r d n e t i s t , w i r d ü b e r e i n e F e s s e l e l e k t r o n i k 23 in b e i d e n M e ß a c h s e n in der N u l l p o s i - t i o n g e h a l t e n . Der K r e i s e l w i r d s o m i t g e z w u n g e n , der H o r i z o n - t a l - K o m p o n e n t e d e r E r d r o t a t i o n zu f o l g e n .

Die h i e r z u b e n ö t i g t e n Momente s i n d p r o p o r t i o n a l zu ω q s u n d ω z s , Aus d i e s e n b e i d e n W e r t e n w i r d @ i d u r c h e i n e n R e c h n e r 25 e r - r e c h n e t .

D i e s e s p h y s i k a l i s c h e P r i n z i p i s t b e k a n n t und g e h ö r t zu d e n G r u n d l a g e n d e r I n e r t i a l - N a v i g a t i o n .

Die S i g n a l e ω q s u n d ω z s s i n d a u f g r u n d der F a h r z e u g b e w e g u n - gen m i t h ö h e r f r e q u e n t e n S i g n a l e n ü b e r l a g e r t , d i e s i c h f ü r d i e B e r e c h n u n g des K u r s w i n k e l s s t ö r e n d a u s w i r k e n . Aus d i e s e m G r u n - de i s t e i n F i l t e r 26 v o r g e s e h e n .

D i e s e A n o r d n u n g e i g n e t s i c h n u r f ü r s t a t i o n ä r e A n w e n d u n g e n , d a d i e s e s P r i n z i p n i c h t in der Lage i s t , D r e h g e s c h w i n d i g k e i t e n , wie s i e b e i b e w e g t e n F a h r z e u g e n a u f t r e t e n , zu s e n s i e r e n .

Um d i e s zu r e a l i s i e r e n , w i r d e i n w e i t e r e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s - s e n s o r 24 v o r g e s e h e n , d e r v e r z ö g e r u n g s f r e i d i e s e W i n k e l b e w e g u n - gen e r f a s s e n k a n n .

Wie in F i g . 5 d a r g e s t e l l t , w i r d d i e F a h r z e u g d r e h g e s c h w i n d i g k e i t d u r c h e i n e n D r e h r a t e n s e n s o r 24 g e m e s s e n und ein der D r e h g e s c h w i n - d i g k e i t p r o p o r t i o n a l e s S i g n a l F mit e i n e r E c k f r e q u e n z K1 z u r V e r f ü g u n g g e s t e l l t .

D i e s e s S i g n a l w i r d in d a r g e s t e l l t e r Weise dem Signalc @i z u a d d i e r t und e r g i b t m i t den a u g e n b l i c k l i c h e n K u r s w i n k e l .

H i e r b e i i s t K1 so zu wählen, daß die b e n ö t i g t e n W i n k e l w e r t e a u s - r e i c h e n d s c h n e l l a n g e b o t e n w e r d e n k ö n n e n .

(12)

F i g . 6 z e i g t d i e F r e q u e n z g ä n g e des v o r g e s c h l a g e n e n S y s t e m s

a: Z e i g t den F r e q u e n z g a n g des K u r s s i g n a l s , e r m i t t e l t a u s den F e s s e l m o m e n t e n des D A K ' s ,

b: Z e i g t den F r e q u e n z g a n g des D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s i g n a l s e r z e u g t d u r c h den D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r ,

c: Z e i g t den F r e q u e n z g a n g des K u r s s i g n a l s zur F a h r z e u g d r e h - g e s c h w i n d i g k e i t .

d: Z e i g t d i e K e n n l i n i e des K u r s s i g n a l s zur i n t e g r i e r t e n D r e h - g e s c h w i n d i g k e i t des F a h r z e u g e s ,

e: Z e i g t den F r e q u e n z g a n g d e r Summe der aus b e i d e n S e n s o r e n e r m i t t e l t e n S i g n a l e .

E r m i t t l u n g d e s H o r i z o n t e s

Das e r f i n d u n g s g e m ä ß v o r g e s c h l a g e n e S y s t e m i s t mit z u s ä t z l i - chen W i n k e l m e ß e l e m e n t e n in den K a r d a n a c h s e n der P e n d e l l a g e - rung ( F i g . 1) in der Lage, n e b e n dem K u r s w i n k e l @ auch W i n - k e l b e w e g u n g e n um d i e F a h r z e u g l ä n g s - und - q u e r a c h s e zu e r m i t -

t e l n .

D i e s e W i n k e l m e ß e l e m e n t e 17, 18 e r m i t t e l n den W i n k e l @K. u n d

@ K z w i s c h e n F a h r z e u g und P e n d e l . D i e s e r Wert, e n t s p r e c h e n d g e f i l t e r t , s t e l l t den H o r i z o n t w i n k e l in der j e w e i l i g e n F a h r - z e u g a c h s e d a r . Die Güte d i e s e r I n f o r m a t i o n i s t a b h ä n g i g v o n d e r G e n a u i g k e i t der P e n d e l l a g e r u n g e n und der W i n k e l m e ß e l e m e n -

t e .

Wegen d e r b e n ö t i g t e n Z e i t k o n s t a n t e n d e r F i l t e r n e t z w e r k e s t e l l t d i e s e s S i g n a l n i c h t den j e w e i l i g e n a u g e n b l i c k l i c h e n W i n k e l w e r t d a r . Um d i e s e n zu e r h a l t e n , i s t e i n e V e r k n ü p f u n g mit den a u s dem g e f e s s e l t e n K r e i s e l g e w o n n e n e n D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s i g n a -

l e n e r f o r d e r l i c h ( s i e h e Fig 7 und 8 ) .

(13)

Die aus den W i n k e l m e ß e l e m e n t e n 17 und 18 d e r K a r d a n m e ß a c h s e n des P e n d e l s g e w o n n e n e n S i g n a l e @K und @ K w e r d e n über e i n e

S c h l e i f e b e s t e h e n d aus K4 und 1 / S g e f i l t e r t .

W i e s c h o n b e i d e r E r m i t t l u n g des K u r s e s b e s c h r i e b e n , w i r d e i n aus den M e ß a c h s e n des DAK's ( f r e i e r K r e i s e l ) g e w o n n e n e s g e f i l t e r t e s D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s i g n a l j v und @ e i n g e s p e i s t .

Es e r g e b e n s i c h d i e g l e i c h e n F r e q u e n z g ä n g e wie b e i d e r K u r s - e r m i t t l u n g ( F i g . 6 ) .

Zur F e h l e r k o m p e n s a t i o n

Um f ü r das v o r g e s c h l a g e n e System k o s t e n g ü n s t i g e f r e i e K r e i - s e l ( z . B. DAK) a n w e n d e n zu k ö n n e n , i s t d i e K o r r e k t u r d e r K r e i s e l d r i f t e r f o r d e r l i c h .

D i e s kann wie f o l g t d u r c h g e f ü h r t w e r d e n :

B e i M e s s u n g e n der F e s s e l m o m e n t e in zwei um 180° v e r s c h w e n k t e n A z i m u t l a g e n l ä ß t s i c h d i e K r e i s e l d r i f t e r m i t t e l n . D i e s e s V e r - f a h r e n i s t b e k a n n t und w i r d zur P r ü f u n g von K r e i s e l g e r ä t e n b e - n u t z t .

Wie in F i g . 3 d a r g e s t e l l t , i s t e i n e E i n r i c h t u n g v o r g e s e h e n , d i e es g e s t a t t e t , den Kompaß um 180° zu v e r d r e h e n , um d i e o. a . P r ü f m e t h o d e a n z u w e n d e n . D i e s e s kann m a n u e l l o d e r a u t o m a t i s c h s o w o h l s t a t i o n ä r a l s auch auf einem s i c h b e w e g e n d e n F a h r z e u g d u r c h g e f ü h r t w e r d e n .

In d i e s e m F a l l e muß d i e D r e h u n g mit e i n e r b e k a n n t e n G e s c h w i n - d i g k e i t d u r c h g e f ü h r t w e r d e n und kann s o m i t r e c h n e r i s c h k o m - p e n s i e r t w e r d e n .

(14)

Wenn das F a h r z e u g l i n e a r b e s c h l e u n i g t , so g e h t d i e p e n d e l n d a u f g e h ä n g t e A n o r d n u n g in das S c h e i n l o t .

Bei k l e i n e m W i n k e l g i l t d i e B e z i e h u n g

Die b e i K r e i s f a h r t e n a u f t r e t e n d e Z e n t r i f u g a l b e s c h l e u n i g u n g b e - w i r k t e i n e A u s l e n k u n g um d i e a n d e r e A c h s e .

Ü b e r d i e F a h r t m e ß a n l a g e w i r d d i e V o r t r i e b s g e s c h w i n d i g k e i t e r - m i t t e l t , aus der d i e l i n e a r e B e s c h l e u n i g u n g e r r e c h n e t w e r - den k a n n .

Die D r e h g e s c h w i n d i g k e i t ω F w i r d d u r c h den W e n d e k r e i s e l des v o r - g e s c h l a g e n e n S y s t e m s g e m e s s e n .

(15)

Damit k ö n n e n b e i d e Größen n a c h den G l e i c h u n g e n (12 und 1 3 ) e r r e c h n e t und d u r c h g e e i g n e t e Maßnahmen k o m p e n s i e r t w e r d e n .

Der d u r c h d i e E i g e n f a h r t des F a h r z e u g e s v e r u r s a c h t e F a h r t f e h l e r d e r b e i K r e i s e l k o m p a s s e n p h y s i k a l i s c h b e d i n g t i s t , w i r d d u r c h F a h r t g e s c h w i n d i g k e i t , d e r g e o g r a p h i s c h e n B r e i t e und dem K u r s b e s t i m m t und l ä ß t s i c h s o m i t e b e n f a l l s e r r e c h n e n und k o m p e n - s i e r e n .

Wie in F i g . 9 d a r g e s t e l l t , z e i g t d i e T a n g e n s f u n k t i o n in d e n B e r e i c h e n b e i u n d U n s t e t i g k e i t e n .

E n t s p r e c h e n d e s g i l t f ü r d i e c o t - F u n k t i o n b e i @ = 0 u n d @ = π ,

D a d i e G l e i c h u n g (8) d i e T a n g e n s - F u n k t i o n b e i n h a l t e t , t r e t e n b e i b e g r e n z t e r A u f l ö s u n g r e c h n e r i s c h e F e h l e r a u f .

Um d i e s zu v e r m e i d e n , w i r d d e r g e s a m t e B e r e i c h 0 ≤ @ ≤ 2 ≤ π in a c h t S e g m e n t e a u f g e t e i l t ( F i g . 1 0 ) ,

Die B e r e i c h s g r e n z e n l i e g e n f ü r t a n @ und c o t @ b e i ± 1 .

D a m i t b r a u c h t e n nur in den B e r e i c h e n von ± 45° aus d e m T a n g e n s bzw. C o t a n g e n s e r r e c h n e t zu w e r d e n .

Die S e g m e n t e s i n d a n g e o r d n e t wie in F i g . 1 0 g e z e i g t und d u r c h V e r g l e i c h von ω y s und ωzs d e f i n i e r t .

(16)

E r m i t t l u n g der V e r t i k a l b e w e g u n g

Bei Anwendungen auf Schiffen ist neben der Ermittlung d e r Kurs-, Roll- und S t a m p f w i n k e l e b e n f a l l s die Hubbewegung von W i c h t i g k e i t (z. B. H u b s c h r a u b e r l a n d u n g e n ) .

Für diese Anwendung wird der E r f i n d u n g s g e g e n s t a n d mit einem B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r 29 (Fig. 3) b e s t ü c k t , dessen Meßachse (30) mit der P e n d e l a c h s e 5 z u s a m m e n f ä l l t oder p a r a l l e l a n g e o r d n e t i s t .

Gemäß F i g u r 11 wird die H u b b e s c h l e u n i g u n g b Hub in e i n e r A u s w e r t e e l e k t r o n i k (31) i n n e r h a l b eines begrenzten F r e q u e n z b e r e i c h e s zweimal i n t e g r i e r t und so die H u b g e s c h w i n d i g k e i t V Hub und der Hubweg Weg Hubermittelt. Bedingt durch die e i n s t e l l b a r e P e n d e l d ä m - pfung und eine A u f s t e l l u n g der Anlage in der Nähe des S c h i f f s d r e h - p u n k t e s kann die B e e i n f l u s s u n g durch das Scheinlot v e r n a c h l ä s s i g t w e r d e n .

(17)

S y m b o L V e r z e i c h n i s

ω E = Erddrehgeschwindigkeit R = E r d r a d i u s

= Geografische B r e i t e

V = Geschwindigkeit des Fahrzeugs H = K r e i s e l d r a l l

@ = Azimuth Winkel) Diese drei e u l e r i s c h e n Winkel t r a n s f o r m i e r e n den

@ = Stampf " ) Navigationsrahmen (mit XN = Lot oben, YN= Ost und ZN = Nord) zu den e n t s p r e c h e n d e n

γ = Roll " ) Sensorrahmen X Y Z .

= W i n k e l g e s c h w i n d i g k e i t g = E r d b e s c h l e u n i g u n g

ω F = F a h r z e u g d r e h g e s c h w i n d i g k e i t um die Azimuthachse

@k = Winkel gemessen durch Abgriff zwischen innerer Kardanachse und Kardanrahmen

γk = Winkel gemessen durch Abgriff zwischen Kardanrahmen und F a h r z e u g

@ = Mittelwert ( g e f i l t e r t e r Wert) v o n @

@ = Schätzwert von @

Δ @ = Differenz zwischen @ u n d @ i = I n d e x

Suffix S = Sensorrahmen N = N a v i g a t i o n s r a h m e n

RG = D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r

b = H u b b e s c h l e u n i g u n g

v = H u b g e s c h w i n d i g k e i t v e r t i k a l w i r k e n d

Weg = Hubweg

(18)

1. N o r d e r m i t t e l n d e s Kurs- und L a g e - R e f e r e n z g e r ä t für F a h r z e u g e , mit drei D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n für drei z u e i n a n d e r s e n k r e c h t s t e h e n d e F a h r z e u g a c h s e n ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

a) daß die drei D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n (1; 2, 3; 4) a n einem g e m e i n s a m e n , das Lot d a r s t e l l e n d e n Pendel (5) a n g e o r d n e t sind, das um beliebige Achsen i n n e r h a l b d e r Horizontebene pendeln k a n n ,

b) daß e i n e d e r drei Messachsen der drei D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s - 1 sensoren mit der L ä n g s a c h s e des Pendels (5) z u s a m m e n f ä l l t oder p a r a l l e l zu dieser liegt, und daß die beiden M e ß a c h s e n (2, 3) der beiden ü b r i g e n D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n s e n k r e c h t zur ersten Meßachse (5) und s e n k r e c h t z u e i n a n d e r l i e g e n .

(19)

2; Referenzgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß f ü r zwei der drei D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n ein freier K r e i s e l e i n g e s e t z t wird, der in seiner N u l l - L a g e g e f e s s e l t ist, und d a ß als d r i t t e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r , dessen Meßachse v o r z u g s - weise mit der L ä n g s a c h s e des Pendels (5) z u s a m m e n f ä l l t , e i n Wendekreisel oder ein i n t e g r i e r e n d e r W e n d e k r e i s e l ü b l i c h e r B a u a r t oder ein o p t i s c h e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e i n g e s e t z t w i r d .

3. R e f e r e n z g e r ä t nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß d i e D r a l l a c h s e des freien Kreisels mit der L ä n g s a c h s e des P e n d e l s (5) z u s a m m e n f ä l l t oder p a r a l l e l zu dieser liegt, d e r a r t , daß d i e beiden Meßachsen (2, 3) des freien Kreisels s e n k r e c h t z u r L ä n g s a c h s e des P e n d e l s (5) in einer Ebene liegen, und daß d i e dritte Meßachse des W e n d e k r e i s e l s oder i n t e g r i e r e n d e n W e n d e - k r e i s e l s oder o p t i s c h e n D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r s ebenfalls mit der L ä n g s a c h s e des Pendels (5) z u s a m m e n f ä l l t .

4. Referenzgerät nach einem der A n s p r ü c h e 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Pendel (5) k a r d a n i s c h g e l a g e r t ist, u n d daß in den K a r d a n a c h s e n (10, 11) Winkelmeßelemente (17, 18) wie P o t e n t i o m e t e r , Synchros e i n s c h l i e ß l i c h Resolver, d i g i t a l e Winkelmeßelemente und d e r g l e i c h e n v o r g e s e h e n s i n d .

5. Referenzgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß . d i e Winkelmeßelemente (17, 18) zur E r h ö h u n g der Genauigkeit a l s m e h r s t u f i g e G r o b - F e i n g e b e r a u s g e f ü h r t s i n d .

6. Referenzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unter Verzicht auf Winkelmeßelemente (17, 18) in den K a r d a n a c h s e n (10, 11) des Pendels (5) nur e i n e Verwendung als N o r d r e f e r e n z ( K r e i s e l k o m p a ß ) v o r g e s e h e n i s t . 7. Referenzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, d a ß

unter Verzicht auf eine K a r d a n l a g e r u n g das Pendel (5) durch e i n s p h ä r i s c h e s K u g e l k a l o t t e n l a g e r g e l a g e r t i s t .

(20)

8. R e f e r e n z g e r ä t nach einem oder mehreren der A n s p r ü c h e b i s 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der S c h n i t t p u n k t der b e i d e n Meßachsen (2, 3) des freien Kreisels (1) mit dem S c h n i t t p u n k t d e r b e i d e n s e n k r e c h t z u e i n a n d e r s t e h e n d e n K a r d a n a c h s e n (10, 11) der P e n d e l l a g e r u n g bzw. d e m K u g e l m i t t e l p u n k t des K a l o t t e n l a g e r s z u s a m m e n f ä l l t .

9. R e f e r e n z g e r ä t nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am unteren Ende des P e n d e l s ( 5 ) eine D ä m p f u n g s e i n r i c h t u n g in Form einer Kugelschale (9) a u s e l e k t r i s c h leitendem M a t e r i a l a n g e o r d n e t ist, deren g e o m e t r i s c h e r M i t t e l p u n k t mit dem S c h n i t t p u n k t der K a r d a n a c h s e n (10, 11) z u s a m m e n f ä l l t , und daß u n t e r h a l b der K u g e l s c h a l e (9) e i n D a u e r m a g n e t oder E l e k t r o m a g n e t (13) auf dem f a h r z e u g f e s t e n T e i l (12) a n g e o r d n e t ist, der zusammen mit der e l e k t r i s c h l e i t e n d e n K u g e l s c h a l e (9) eine W i r b e l s t r o m d ä m p f u n g b e w i r k t .

10. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der Ansprüche 1 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am u n t e r e n Ende des P e n d e l s ein D a u e r m a g - net oder E l e k t r o m a g n e t a n g e o r d n e t ist, der mit einer d a r u n t e r a n g e o r d n e t e n , mit dem f a h r z e u g f e s t e n Teil (12) v e r b u n d e n e n K u g e l s c h a l e z u s a m m e n w i r k t , um eine W i r b e l s t r o m d ä m p f u n g d e s Pendels (5) zu b e w i r k e n .

11. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der Ansprüche 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zur Kompensation der Drift des f r e i e n Kreisels (1) mit Hilfe einer Drehlagerung (20) (Figur 3) a b g e s t ü t z t am Gehäuse (21) um 180° zur L ä n g s a c h s e des P e n d e l s (5) manuell oder motorisch s c h w e n k b a r a n g e o r d n e t i s t .

12. R e f e r e n z g e r ä t n a c h e i n e m oder mehreren der A n s p r ü c h e 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur K o m p e n s a t i o n d e r Drift des f r e i e n K r e i s e l s (1) dieser um eine seiner Meßachsen (2, 3) i n bestimmten Z e i t a b s t ä n d e n um 180° v e r s c h w e n k b a r i s t .

(21)

13. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der A n s p r ü c h e 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Kompensation der Drift des f r e i e n Kreisels (1) d e s s e n D r e h r i c h t u n g in bestimmten Z e i t a b s t ä n d e n ä n d e r b a r i s t .

14. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der A n s p r ü c h e 1 - 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für s p e z i e l l e A n w e n d u n g s f ä l l e zur E r h ö h u n g der s t a t i s c h e n G e n a u i g k e i t der Kurs- und L a g e - I n f o r m a t i o n L o t f ü h l e r , wie z. B. B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r , E l e k t r o l y t l i b e l l e n und d e r g l e i c h e n f e s t i m Pendel i n t e g r i e r t sind, wobei d e r e n Meßachsen s e n k r e c h t auf der L ä n g s a c h s e des Pendels s t e h e n .

15. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der A n s p r ü c h e 1 - 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n zwei im w e s e n t l i c h e n i d e n t i s c h a u f g e b a u t e freie Kreisel e i n g e s e t z t w e r d e n .

16. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der A n s p r ü c h e 2 - 1 5 , g e k e n n z e i c h n e t durch eine S c h a l t u n g , welche aus den zur Fesselung des f r e i e n Kreisels (1) in seinen beiden M e ß a c h s e n (2, 3) e r f o r d e r l i c h e n Fesselmomenten zwei e n t s p r e c h e n d e F e s s e l s i g n a l e ( ω y s , ω z s ) erzeugt, h i n s i c h t l i c h A b s o l u t b e t r a g . B e t r a g s v e r h ä l t n i s u n d Vorzeichen a u s w e r t e t , und aus dem E r g e b n i s dieser A u s w e r t u n g r e c h n e r i s c h die N o r d r i c h t u n g bestimmt (Anordnung Fig. 1 ) .

17. Referenzgerät nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß zuerst a u f g r u n d der A u s w e r t u n g der F e s s e l s i g n a l e eine w i n k e l - mäßige G r o b z u o r d n u n g des F a h r z e u g k u r s e s zu einem A c h t e l s e g - ment des 3 6 0 ° - V o l l k r e i s e s e r f o l g t * ( F i g u r 10), und daß i n n e r h a l b dieses A c h t e l s e g m e n t e s der a r e t a n aus dem Quotienten d e r beiden F e s s e l s i g n a l e (ωys, ωzs) gebildet wird, der dem g e n a u e n Kurs i n n e r h a l b des Achtelsegmentes e n t s p r i c h t (Figur 9 ) .

(22)

18. R e f e r e n z g e r ä t nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - net, daß z u s ä t z l i c h zu einem Filter (26, Fig. 5), das d e n F a h r z e u g b e w e g u n g e n ü b e r l a g e r t e h ö h e r f r e q u e n t e Signale e l e - miniert, im Anschluß an das in einem Rechner (25) e r m i t t e l t e Signal (@1) für den genauen Kurswinkel zur N o r d r i c h t u n g e i n z u s ä t z l i c h e r D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r (24) zur E r f a s s u n g d e r F a h r z e u g g e s c h w i n d i g k e i t um die Azimutachse (ωF) v o r g e s e h e n ist, der v e r z ö g e r u n g s f r e i die F a h r z e u g b e w e g u n g e n e r f a ß t , u n d über ein z w e i t e s F i l t e r . (27) dem Ausgang des ersten F i l t e r s (26) ein der g e s c h ä t z t e n F a h r z e u g g e s c h w i n d i g k e i t um die A z i m u t a c h s e e n t s p r e c h e n d e s Signal ( F ) z u f ü h r t , aus dem über e i n e I n t e g r a t i o n (28)der Schätzwert der N o r d r i c h t u n g

f e s t g e s t e l l t w i r d .

19. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der Ansprüche 1 - 15, g e k e n n z e i c h n e t durch eine d r e h b a r e Lagerung (19, 20) des gesamten R e f e r e n z g e - rätes g e g e n ü b e r dem Fahrzeug (21) oder lediglich des f r e i e n Kreisels (1), deren s e n k r e c h t z u e i n a n d e r stehende Meßachsen (2, 3) in einer Ebene s e n k r e c h t zur L ä n g s a c h s e des Pendels (5) a n g e o r d n e t sind, sowie durch eine Schaltung, welche bei Drehung des gesamten R e f e r e n z g e r ä t e s oder des freien K r e i s e l s (1) in einer der Meßachsen (2, 3) ein Maximum und in d e r a n d e r e n Meßachse (3, 2) ein Minimum des zur F e s s e l u n g n o t w e n d i g e n Momentes f e s t s t e l l t , wobei die Lage der z u e r s t g e n a n n t e n Meßachse der N o r d - S ü d - R i c h t u n g e n t s p r i c h t ( A n o r d - nung von Figur 3 ) .

20. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der Ansprüche 1 - 1 5 , g e k e n n z e i c h n e t durch eine d r e h b a r e Lagerung (19, 20, 21) des g e s a m t e n R e f e r e n z g e r ä t e s oder lediglich des freien Kreisels (1), d e r e n s e n k r e c h t z u e i n a n d e r stehende Meßachsen (2, 3) in einer E b e n e a n g e o r d n e t sind, sowie durch einen k o n t i n u i e r l i c h e n D r e h a n t r i e b des gesamten Referenzgerätes oder des freien Kreisels, u n d durch eine Schaltung, welche aus dem (sinusförmigen) V e r l a u f der beiden zur Fesselung des freien Kreisels in den b e i d e n Meßachsen benötigten Momente um 90° p h a s e n v e r s c h o b e n e S i g n a l e gewinnt und zur Ermittlung der N o r d r i c h t u n g a u s w e r t e t .

(23)

21. R e f e r e n z g e r ä t nach A n s p r u c h 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - net, daß die Signale (@K ) und (γK) der W i n k e l m e s s e l e m e n t e K (17,18) in einer E l e k t r o n i k mit den D r e h g e s c h w i n d i g k e i t s s e n s o r e n (1,2,3) d e r a r t v e r k n ü p f t w e r d e n , daß die Winkel (@ u n d γ ) e r m i t t e l t w e r d e n .

22. R e f e r e n z g e r ä t nach einem der A n s p r ü c h e 1 bis 21, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die B e s t ü c k u n g mit einem z u s ä t z l i c h e n B e s c h l e u n i g u n g s m e s s e r (29, Fig. 3) mit der E i n g a n g s a c h s e (30) p a r a l l e l zur P e n d e l a c h s e und einer A u s w e r t e e l e k t r o n i k , die n a c h b e k a n n t e n V e r f a h r e n d u r c h E i n f a c h - und D o p p e l - I n t e g r a t i o n d e r B e s c h l e u n i g u n g in einem b e g r e n z t e n F r e q u e n z b e r e i c h die Ge- s c h w i n d i g k e i t und die L i n e a r b e w e g u n g e n t l a n g der P e n d e l a c h s e e r m i t t e l t .

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)