Odometrie

Bildmitte: Fünfstellige Anzeige des Odometers in einem Auto

Odometrie oder auch Hodometrie (von griech. hodós, „Weg“ und métron, „Maß“ - also: „Wegmessung“) ist die Wissenschaft von der Positionsbestimmung eines mobilen Systems anhand der Daten seines Vortriebsystems. Durch Räder angetriebene Systeme benutzen hierzu die Anzahl der Radumdrehungen, während laufende Systeme (z. B. Roboter) die Anzahl ihrer Schritte verwenden. Ein Gerät, das die Odometrie zur Positionsbestimmung verwendet, ist ein Odometer. Die Odometrie ist im Zusammenspiel mit der Koppelnavigation ein grundlegendes Navigationsverfahren für bodengebundene Fahrzeuge aller Art (Kfz, Roboter), allerdings wird es auf Grund seiner Fehlereigenschaften selten als alleiniges Verfahren eingesetzt.

Verfahren

Es wird die Anzahl n der Radumdrehungen zwischen zwei Messzeitpunkten gezählt (beispielsweise mit Inkrementalgebern) und zusammen mit dem bekannten Radumfang in eine Wegdifferenz Δs umgerechnet:

$\Delta s = \pi \cdot d \cdot n$

Über die Lenkwinkel der einzelnen Räder kann die Richtung der Fahrzeugbewegung ermittelt werden, wobei die Berechnungsvorschrift für den Lenkwinkel vom Typ des Fahrwerks (Vorderachslenker, Hinterachslenker) abhängig ist.

Odometrische Messverfahren ermöglichen eine relative Positionsbestimmung, da sie nur mit Wegdifferenzen arbeiten. Für eine absolute Positionsangabe muss eine Position bekannt sein, auf die die Positionsdifferenzen bezogen werden können. Im eindimensionalen Fall (Schienenfahrzeug) ergibt sich folgende Gleichung:

s(t_neu) = s(t_alt) + Δs

Fehlerbetrachtung

Die folgenden Größen können Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsmessung haben.

• Radgeometrie (Unrundheit, Verschleiß, fehlerhafte Messung des Durchmessers)
• Bodenbeschaffenheit (Unebenheit, Schlupf)
• Fahrgestellgeometrie (Spiel, fehlerhafte Messung der Radabstände und Lenkeinrichtungen)
• Fahrzeuggewicht (ungleiche Verteilung: stärkere Belastung und Verformung einzelner Räder)

Alle Fehler fließen in die Positionsdifferenz ein, die zur letzten bekannten Position hinzuaddiert wird. Somit addieren sich die Fehler mit jedem Messschritt, und mit länger dauernder Messung entsteht eine immer größere Abweichung. Diese Regeldifferenz (Schleppfehler) in der odometrischen Positionsberechnung ist praktisch nicht zu vermeiden, auch wenn alle Fehlereinflüsse minimiert werden.

Anwendung

Fahrzeugtechnik

So bezeichnet wird eine Funktionalität, die zu bestimmten Zeitpunkten die Position, Ausrichtung und den Fahrzustand eines Kfz bestimmt. Als Eingangsgrößen dienen in der Regel Messgrößen aus dem Fahrwerk (Raddrehung, Richtung) und der Lenkung (Radlenkwinkel, Lenkradwinkel). Bei der Fahrzeugnavigation wird es ergänzend zur GPS-Ortung eingesetzt, um Bereiche ohne Empfang wie Tunnelstrecken zu überbrücken und die GPS-Ergebnisse zu verfeinern.

Robotik

In der autonomen Robotik ist die Odometrie eines der einfachsten und dadurch eines der häufigsten Hilfsmittel zur Lokalisierung. In der Regel werden die Odometriemessungen durch weitere Sensorik − typischerweise Echoortung oder GPS – ergänzt, um bessere Ergebnisse zu erhalten.