电子罗盘系统技术方案

一种电子罗盘系统（１００）包括：至少有两个检测元件（１０４，１０６，１０８）的磁传感器电路（１０２），用于检测地球磁场矢量的垂直分量。处理电路（１１０）耦合到传感器电路，用于滤波，处理，和计算航向。处理电路还选取模拟几何图形，例如，球面，椭球面，椭圆或圆，确定数据点相对于模拟图形的误差度量，调整模拟图形以减小误差，从而得到最佳拟合图形。若噪声电平没有噪声且在识别新的最佳拟合图形之前，则最佳拟合图形用于计算每个相继传感器读数的航向。电子罗盘系统特别适合于安装在车辆后视镜组件（１４０）中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及车辆电子罗盘，具体涉及有改进数据滤波和/或航向确定的电子罗盘。
技术介绍
电子罗盘作为汽车的附件已变得越来越普遍。图1表示典型电子罗盘电路10的总体结构。具体地说，典型电子罗盘电路包括磁传感器电路12，它包含Y轴传感器13和X轴传感器14。磁传感器电路12耦合到处理电路15，处理电路15的工作是在软件代码的控制下处理传感器电路12提供的数据，基于这种处理校准罗盘电路，和基于感器电路12提供的数据确定车辆航向。处理电路15耦合到存储校准数据的非易失性存储器16，因此，在每次点火循环时不需要再校准罗盘。从处理电路15发送的计算车辆航向到航向显示器18，为的是给车辆占用人显示航向。航向显示器通常合并在顶部仪表板或后视镜组件中。还可以配置用户输入开关20，能使用户与处理电路15交互作用，为了使处理电路15改变显示器18上显示的信息，手动方式重新校准，和/或输入车辆当前正在行进的地理区域。此外，提供功率源电路22，可以从车辆电池或点火中接收12伏电源，和把功率转换成罗盘电路10中各个元件所用的功率电平。在这种现有技术的系统中，Y轴传感器13用于检测与车辆行进方向垂直的磁场，而X轴传感器14用于检测与车辆行进方向一致的磁场。两个传感器13和14通常安装成与地球表面平行。利用这种安装方式，若Y轴传感器13没有检测到磁场分量和X轴传感器14检测到正的磁场分量，则处理电路15确定该车辆航向是朝北。类似地，若Y轴传感器没有检测到磁场分量和X轴传感器检测到负的磁场分量，则处理电路15确定该车辆航向是朝南。同样地，若X轴传感器没有检测到磁场分量和Y轴传感器检测到正的磁场分量，则处理电路15确定该车辆航向是朝东。若X轴传感器没有检测到磁场分量和Y轴传感器检测到负的磁场分量，则处理电路15确定该车辆航向是朝西。若X轴传感器和Y轴传感器检测到相等的正磁场分量，则处理电路确定该车辆航向是东北。若X轴传感器和Y轴传感器检测到相等的负磁场分量，则处理电路确定该车辆航向是西南。若X轴传感器检测到的正磁场分量等于Y轴传感器检测到负磁场分量的绝对值，则处理电路确定该车辆航向是西北。若X轴传感器检测到的负磁场分量绝对值等于Y轴传感器检测到的正磁场分量，则处理电路确定该车辆航向是东南。在理想的情况下，在车辆转过360度的环路之后，若把磁传感器检测的输出电平相对于X轴和Y轴画出，则如图2中所示的圆A。因为这种电子罗盘通常仅显示8个不同的航向(N，NE，E，SE，S，SW，W，和NW)，又因为X轴传感器和Y轴传感器检测到的磁场分量不总是为零和不总是相等，罗盘处理电路通常计算相对于X轴和Y轴的航向角φ，并把这个航向角与角度阈值进行比较，该阈值确定8个不同航向显示中每个方向之间的边界。因此，把图2所示的圆形曲线A有效地分割成对应于8个不同显示航向的8个角度区。所以，罗盘处理电路仅仅确定航向角φ是在哪个角度区以确定显示8个航向中的哪个航向。如上所述，理想的情况是Y轴传感器13和X轴传感器14的输出电平形成相对于Y轴传感器和X轴传感器的圆形曲线A，其理想圆的中心是在坐标系统的原点。然而，实际上，X和Y坐标平面上X和Y传感器输出的曲线图往往不能形成理想的圆，而且这个圆的中心也不与坐标平面原点一致。具体地说，该曲线图可能像个椭圆，且在X方向和Y方向上与原点之间有偏离，如图2中曲线B所示。若实际的曲线不是理想的圆且其中心点偏离原点，则处理电路不能利用简单的航向角计算以确定正确的航向。这种圆形曲线的位移和畸边通常是由车辆中铁磁材料的效应造成的，它可以改变X轴传感器和Y轴传感器检测的磁场。为了使航向计算变得容易，对罗盘电路进行校准以考虑车辆对检测磁场的影响。不但必须对罗盘电路作最初的矫正，而且必须连续地再校准，这是由于车辆中铁磁材料对磁场造成的影响是随时间变化的，还由于对磁场的外部影响可能仅是暂时的。例如，车顶上安装的天线在通过具有大量铁磁材料的物体时可以引起磁场读数的起伏，例如，铁路轨道，桥梁，和大的建筑物，或当车辆运动通过洗车站时。所以，电子罗盘电路的校准和再校准有引起人们很大的注意。在给Van Lente等人的美国专利No.4,953,305中，描述一种有自动连续校准的电子罗盘系统。这个专利公开一种校准技术，其中当车辆行进通过多个360°环路时，把传感器的数据进行累积，并把这些数据转换成X-Y坐标平面上的数据点。处理电路确定沿Y轴的累积数据最大值(Ymax)，沿Y轴的最小值(Ymin)，沿X轴的最大值(Xmax)，和沿X轴的最小值(Xmin)。根据沿X轴的最大值和最小值，可以计算Xmin与Xmax之间沿X轴的变化范围。类似地，根据沿Y轴的最大值和最小值，可以计算Ymin与Ymax之间沿Y轴的变化范围。若这些变化范围不相等，则在这两个变化范围相等之前，处理电路可以调整X轴传感器和Y轴传感器中一个或两个传感器的增益。实施这个过程的目的是为了在下一步处理之前把数据的椭圆形曲线转变成数据的圆形曲线。随后，利用来自X传感器和Y传感器的最大值和最小值计算曲线B(见图2)的中心点(XE，YE)。然后，计算和随后利用X和Y的误差值(XE和YE)，在从X传感器和Y传感器接收到时，分别用于偏置每个数据点。一旦罗盘完成了最初校准，基于沿X轴和Y轴随后累积的最大值和最小值，它连续地自动再校准。与上述′305专利中公开的自动校准程序有关的一个问题是，它通常要求车辆行进多个360°环路以获得足够的数据，使系统确信该校准是准确的。这给车辆制造商提出一个问题，在把车辆装入到车辆运载装置以交付给车辆销售商之前，他必须驾驶每个车辆通过多个环路。遗憾的是，在装配车间往往没有足够的空间允许在这些环路上驾驶每个车辆，即使有这样的空间，该过程需要耗费宝贵的时间。若交付给销售商的车辆没有行驶通过足够数目的环路，则客户可能购买或试车未校准罗盘的车辆。在这种情况下，可能错误地使客户相信罗盘的工作不正常，因此，对罗盘提出不必要的担保要求。几个专利公开了解决上述问题的各种方法。在给Geschke等人的美国专利No.6,192,315中公开一种校准程序，其中基于正安装罗盘的特定模型的预期车辆磁性，在安装到车辆中之前最初校准罗盘。在车辆行进通过多个360°环路以获得足够的数据之前，利用这个最初的校准。一旦获得足够的数据，罗盘切换到最新获得的校准数据，然后，利用上述′305专利中的技术，对罗盘连续地再校准。给Olson等人的美国专利No.5,737,226公开一种校准技术，其中处理电路确定从传感器得到的原始数据是否建议不再需要精确地校准罗盘。在这种情况下，处理电路利用假设的半径得到间隔大于预定角度的两个端点。利用这假设的半径，给出圆的两个可能中心点。′226专利公开得到这两个端点之间的中间数据点，利用它识别两个中心点中哪个中心点可用于校准和随后在确定车辆航向时使用。给Parks等人的美国专利No.6,301,794公开一种校准程序，其中在每次得到满足特定准则的三个数据点时对罗盘重新校准。一旦得到满足特定准则的三个数据点，它包括求平均和间隔准则，利用圆的公式计算圆中心，因此该圆必然包含这三个数据点。给Al-Attar的美国专利No.4,807,462公开一种罗盘校准程序，它是基于采集三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆电子罗盘，包括：　　　　磁传感器电路，用于检测地球磁场矢量的三个垂直分量，和产生代表该三个测定分量的输出信号；和　　　　耦合到所述磁传感器电路的处理电路，用于接收输出信号，模拟从三个测定分量导出的三维几何图形，在参照三维几何图形的同时，计算车辆航向作为至少两个测定分量的函数，和产生代表计算航向的航向信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：哈罗德C奥克斯，乔恩H贝克特尔，马克D伯格诺，
申请(专利权)人：金泰克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]