Messung der zurückgelegten Strecke aus der Radrotation, wo die Satellitenpositionierung versagt
Kurz zusammengefasst
Ein Wheel Pulse Transducer, ein optischer Drehgeber, der außerhalb des Rads auf den Radmuttern montiert ist, erfasst die Raddrehung. Multipliziert mit dem Abrollumfang ergibt die Impulszahl die zurückgelegte Strecke, unabhängig von jedem Satellitensignal. Ein Drehgeber an jedem Rad der nicht gelenkten Achse trennt die beiden Spurwege in einer Kurve. Die Strecke speist ein Koppelnavigationssystem oder dient als Entfernungsmessinstrument, DMI, eines mobilen Kartierungssystems.
- 50 bis 5 000 Imp./U
- Drehgeberauflösung, bei Bestellung gewählt
- IP67
- mit schleifenden Rotationsdichtungen
- 0.0115 %
- Streckenfehler, zwei Drehgeber gemittelt, Fallstudie Michigan Scientific
Strecke aus der Radrotation
Wo das GNSS-Signal nicht verfügbar ist, zwischen Gebäuden, in Innenräumen oder unter Tage, berechnet ein Koppelnavigationssystem die Position aus der zurückgelegten Strecke des Fahrzeugs. Das Rad ist der Ort, um diese Strecke zu messen. Ein Drehgeber am Rad liefert seine Winkelposition und Winkelgeschwindigkeit, und die Zahl der Umdrehungen, multipliziert mit dem Abrollumfang, ergibt die Strecke.
Zwei Punkte sind am Fahrzeug zu beachten. In einer Kurve legen das innere und das äußere Rad unterschiedliche Strecken zurück, sodass ein Drehgeber den Weg seines eigenen Rads misst, nicht den des Fahrzeugs. Und das Fahrzeug kann rückwärts fahren, daher muss der Drehgeber die Drehrichtung angeben.
Drehgeber
Die Drehrichtung ergibt sich aus der Phasenlage der beiden quadratischen Kanäle. Der im Artikel beschriebene Drehgeber hat 512 Impulse pro Umdrehung; seine beiden Kanäle, kombiniert durch ein Exklusiv-Oder, ergeben 1 024 Impulse pro Umdrehung.
| Modell | Wheel Pulse Transducer, optischer Drehgeber in einem versiegelten, korrosionsbeständigen Metallgehäuse |
|---|---|
| Auflösung | 50 bis 5 000 Imp./Umdrehung, 24 Auswahlmöglichkeiten, bei Bestellung festgelegt |
| Ausgänge | A und B im Quadraturverfahren, Index I sowie A⊕B, das die Auflösung verdoppelt; Impulse von 0 bis 5 V, TTL-Lasten treibend |
| Genauigkeit | 0,25° maximaler kumulativer Fehler |
| Versorgung | 5 bis 20 V DC, 60 mA |
| Abdichtung und Drehzahl | IP67 mit schleifenden Rotationsdichtungen, 3 000 min⁻¹; ohne Dichtungen in trockener Umgebung 10 000 min⁻¹ |
| Montage | Raddenplatte, 6, 8 oder 10 in, auf Klemmradmuttern, 27 Ausführungen; Stator gehalten durch eine Stange und eine Magnetplatte an der Karosserie |
| Gewicht | 410 g, nur Sensor |
Vorgehen
- 01
Klemmhülsen und Platte montieren
Die Klemmradmuttern werden auf den Radmuttern festgeklemmt und tragen die Adapterplatte. Der Drehgeber wird auf der Platte verschraubt.
Wheel Pulse Transducer - 02
Stator halten
Eine Haltestange und eine Magnetplatte an der Karosserie verhindern, dass der Stator des Drehgebers mit dem Rad mitdreht.
- 03
Pro Seite einen Drehgeber anbringen
Ein Drehgeber an jedem Rad der nicht gelenkten Achse. Die Differenz zwischen den beiden Rädern in einer Kurve wird gemessen, und der Mittelwert beider folgt der Fahrzeugmitte.
Radgeschwindigkeit und Wegstrecke - 04
Impulse auslesen
Über einen Zähler-Eingang des Rekorders oder über den Messverstärker EC-LV, der sie online in eine Geschwindigkeitsspannung von ± 10 V DC und eine Positionsspannung von 0 bis 10 V DC umwandelt.
Drehgeber-Messverstärker EC-LV
Mobile Kartierung und Innenraumfahrzeuge
Ein fahrzeugbasiertes System zur mobilen Kartierung nutzt ein Distanzmessinstrument, DMI: einen Radsensor, der die Distanz aus der Radumdrehung ermittelt. Der Wheel Pulse Transducer wird an das Positions- und Orientierungsmodul des Kartierungssystems angeschlossen, wo seine Daten das GNSS-Signal während der Ausfälle ergänzen. Der Artikel kombiniert ihn mit LiDAR, Kameras und GNSS in Multi-Sensor-SLAM-Algorithmen, für die Kartierung sowie für 3D-Modelle im Innen- und Außenbereich.
Wo überhaupt kein GNSS verfügbar ist, werden autonome Gabelstapler in Lagerhäusern und unterirdische Bergbaugeräte über Raddrehgeber oder Beschleunigungssensoren lokalisiert. Die Rad-daten dienen auch als Referenz zur Überprüfung der Genauigkeit eines Systems auf Basis von Beschleunigungssensoren.
Ergebnis
Die zurückgelegte Strecke aus der Raddrehung, unabhängig vom Satellitensignal. In der Fallstudie von Michigan Scientific ergab der Mittelwert von zwei Drehgebern an den Hinterrädern einen Streckenfehler von 0,0115 % über eine Strecke von etwa 1,6 km.
Häufige Fragen
Wie behält ein Fahrzeug seine Position bei, wenn das GNSS-Signal verloren geht?
Ein Koppelnavigationssystem berechnet die Position aus der zurückgelegten Strecke. Ein Drehgeber am Rad erfasst die Raddrehung, woraus sich diese Strecke ohne Satellitensignal ergibt.
Warum einen Rad-Drehgeber auf beiden Fahrzeugseiten montieren?
In einer Kurve legen inneres und äußeres Rad nicht die gleiche Strecke zurück. Mit einem Drehgeber an jedem Rad der nicht gelenkten Achse folgt der Mittelwert der beiden dem Fahrzeugzentrum.
Was ist ein DMI in einem mobilen Kartierungssystem?
Ein Distanzmessinstrument, ein Radsensor, der die zurückgelegte Strecke aus der Raddrehung berechnet. Es wird an das Positions- und Orientierungsmodul des Kartierungssystems angeschlossen.
Kann ein radmontierter Drehgeber bei Regen, Schnee und Schmutz eingesetzt werden?
Ja. Mit kontaktierenden Rotationsdichtungen ist der Wheel Pulse Transducer bis 3 000 min⁻¹ nach IP67 klassifiziert.
