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Einrichtung zur selbsttätigen Lenkung von Fahrzeugen entlang einer
Leitlinie Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Lenkung
von Fahrzeugen entlang einer Leitlinie. Die Erfindung hat z. B. besondere Bedeutung
für die Führung von in einer Werkhalle verkehrenden Elektrokarren, die ohne Gleise
und Führungsschienen eine bestimmte vorgeschriebene Fahrbahn einhalten sollen und
bei denen jederzeit der Fahrzeugführer die Lenkung des Fahrzeugs übernehmen oder
an die selbsttätige Steuerung abgeben kann.
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Es ist bei Meß- und Regeleinrichtungen an sich bekannt, an einer Leitlinie,
etwa einer Schablonenkurve aus magnetischem Material, eine induktive Abfragevorrichtung
entlang zu bewegen und bei Abweichungen entsprechende Signale zu erzeugen, die insbesondere
zur Korrektur der Abweichung dienen können. Ferner ist es bekannt, Abfragevorrichtungen
mit Haugeneratoren als Lagemelder zu benutzen. Hierbei handelt es sich jedoch immer
um relativ geringe Abstände zwischen der Leitlinie bzw. dem Gegenstand, dessen Lage
bestimmt werden soll, und der Abfragevorrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Vorteile
magnetostatisch arbeitender Einrichtungen eine Lenkeinrichtung zu schaffen, die
den spezifischen Erfordernissen des Betriebs angepaßt ist. Diese Aufgabe wird gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß an dem Fahrzeug eine Abfragevorrichtung mit wenigstens
einem zwischen Polschuhen angeordneten Haugenerator vorgesehen und derart in an
sich bekannter Weise magnetisch mit der Leitlinie gekoppelt ist, daß bei Abweichungen
von der vorgeschriebenen Bahn ein Hallspannungssignal entsprechender Polarität einen
Stellmotor für die Lenkung beeinflußt. Durch derartige Anordnungen kann der Abstand
zwischen Leitlinie und Abfragevorrichtung beträchtlich gesteigert und trotzdem das
Prinzip der magnetostatischen Abfrage beibehalten werden.
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Eine magnetostatisch arbeitende Einrichtung erlaubt gegenüber induktiv
arbeitenden magnetischen Beeinflussungen ein Arbeiten der Steuerung unabhängig von
der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs; so daß also auch schon vom Stillstand
an das Fahrzeug exakt beeinflußt werden kann. Um auf magnetischem Wege Signale an
das Fahrzeug zu übermitteln, kann an geeigneter Stelle längs der Bewegungsbahn mittels
fest angebrachter Vorrichtungen dafür gesorgt werden, daß sich Magnetfelder ausbilden,
die, vom Fahrzeug aus abtastbar sind. Andererseits ist es aber auch möglich, Magnete
im Fahrzeug selbst unterzubringen und lediglich dafür zu sorgen, daß längs der Bewegungsbahn
die sogenannte Leitlinie durch einen magnetischen Rückschluß; Nebenschluß od. dgl.
gebildet wird, um damit beispielsweise einen magnetischen Kreis zu schließen oder
in anderer Weise zu beeinflussen, in welchem sich magnetostatisch wirksame Sonden
wie Hallspannungserzeuger oder magnetfeldempfindliche Widerstandsanordnungen befinden,
und bei denen ein gegebenenfalls vorhandener magnetischer Balancezustand aufrechtzuerhalten
oder zu stören ist.
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Die magnetische oder magnetisierbare Leitlinie kann in vorteilhafter
Weise sich in der Laufbahn, also unterhalb des Fahrzeugs am Boden befinden. Im Fahrzeug
sind dann entsprechende Abtastorgane so anzubringen, daß die Ausbreitung der Magnetfelder,
welche von der magnetischen Leitlinie verursacht werden, oder für welche die Leitlinie
einen magnetischen Rückschluß oder Nebenschluß; z. B. im Sinne einer magnetischen
Balancebeeinflussung, darstellt; rechts und links von der Leitlinie erfaßt wird.
Die beiden Abtastorgane, die möglichst gleich oder gleichwertig aufgebaut sind,
arbeiten dann auf eine möglichst symmetrische Lage zur Leitlinie in und bewirken
bei Abweichungen der Fahrzeugbewegung nach rechts oder links jeweils ein Lenkkommando,
um auf der Leitlinie zu bleiben.
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Umgekehrt ist es auch möglich, zwei parallele Leitlinien vorzusehen
und am Fahrzeugdementsprechend mit einem einzigenAbtastorgan auszukommen, welches
dann die Lenkung so beeinflußt, daß es stets gleichen Abstand von den beiden Leitlinien
aufrechthält.
Die Steuerung kann darüber hinaus noch mit einer zusätzlichen
Selbstkontrolle arbeiten, indem beispielsweise die durch magnetische Felder gekennzeichnete
Leitlinie noch von magnetischen Wechselfeldern überlagert wird, deren Vorhandensein
erst die Steuerung wirksam macht und bei dessen Ausbleiben das Fahrzeug sofort stillgesetzt
wird. Es kann dann nicht vorkommen, daß durch irgendwelche Zufälligkeiten das Fahrzeug
von seiner Leitbahn abirrt und dann in undefinierter Richtung weiterfährt. Ein solches
magnetisches Wechselfeld kann beispielsweise durch eine überlagerte Wechselspannung
erzeugt werden, deren Frequenz so gewählt wird, daß sie die Lenkung einerseits nicht
beeinträchtigt (die Zeitkonstante der Steuerung ist mit Vorteil groß gegenüber der
Wechselfrequenz zu bemessen), andererseits aber auch nicht mit möglicherweise vorhandenen
Störfrequenzen übereinstimmt. So ist es beispielsweise vorteilhaft, bei Vorhandensein
von hohe Ströme führenden Wechsel-Stromleitungen mit Netzfrequenz als Frequenz für
die Selbstkontrolle eine hiervon abweichende Frequenz zu wählen.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen drei Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen
Teilen. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Es handelt sich bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele
um die Steuerung eines Elektrokarrens; bei dem eine Leitlinie magnetischer oder
magnetisierbarer Art unter dem Fußboden oder in demselben wirksam ist.
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In den Figuren ist das zu steuernde Fahrzeug mit 1 bezeichnet und
läuft mit seinen Rädern 2 und 3 sowie 32 und 33 auf dem Fußboden 30. An der Unterseite
des Fahrzeugs befindet sich in möglichst dichtem Abstand vom Fußboden die magnetische
Abtasteinrichtung 8: Bei dem in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein einfaches stromdurchflossenes Kabel 4 im Fußbodenverlegt, während Fig: 2
eine Steuerung mit einem Doppelkabel veranschaulicht, bei der zwei parallele Leiter
5 und 6 entgegengesetzt von Strömen gleicher Stärke durchsetzt werden. Fig. 3 zeigt
schließlich eine im Boden verlegte Schiene 7 aus Eisen oder einem anderen magnetisierbaren
Material.
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Die Abtasteinrichtung kann mit einem oder mehreren Lagemeldern ausgestattet
sein, die mit Hallspannungserzeugern arbeiten. Es ist bereits eine Einrichtung zur
Meldung der gegenseitigen Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte früher
vorgeschlagen worden, bei der im Spalt eines vorzugsweise U-förmig gestalteten Weicheisenjochs
oder einer ähnlichen Anordnung, die eine Feldbündelung im Luftspalt hervorruft,
magnetfeldempfindliche Widerstände oder Hallspannungserzeuger angeordnet sind. Solche
Lagermelder eignen sich zur Verwendung bei dem in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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Für das in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel kommen Lagemelder
in Betracht, wie sie ebenfalls bereits früher vorgeschlagen worden sind, und bei
denen ein relativ bewegliches Objekt in der Weise verfolgt wird,, daß ein mit dem
beweglichen Objekt in Verbindung stehender Körper oder das bewegliche Objekt selbst
eine Störung des den magnetfeldempfindlichen Widerstand oder Hallspannungserzeugen
durchsetzenden magnetischen Flusses hervorruft. Bei dieser früher vorgeschlagenen
Einrichtung wird die Bildung oder Vergrößerung bzw. die Aufhebung oder Verminderung
einer magnetischen Nebenschlußwirkung ausgenutzt, wobei z. B. in einer definierten
Stellung, wie der Ruhestellung, zwei oder mehr magnetische Flüsse auf den magnetfeldempfindlichen
Widerstand bzw. Hallspannungserzeuger in einander ganz oder teilweise kompensierendem
Sinn einwirken. Im vorliegenden Fall kann von einer solchen Einrichtung Gebrauch
gemacht werden, wobei die am Fahrzeug befestigte Einrichtung die im Boden verlegte
Eisenschiene 7 abtastet und dann darauf hingearbeitet wird, daß der Einfluß der
Eisenschiene auf das Abtastsystem nach Möglichkeit immer gleich bleibt: Bei Abweichen
des Fahrzeugs von der vorgeschriebenen Bahn wird die magnetische Balance gestört.
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Im Fahrzeug befindet sich in elektrischer Nach-Schaltung hinter der
Abfrageeinrichtung 8 eine in Fig. 4 schematisch dargestellte Regeleinrichtung 22
mit vorgeschaltetem Kippverstärker 21, die die abgegebene Spannung, z. B. die Hauspannung,
in Schaltkommandos umformt und bei Abweichung vom gewünschten Wert einen Verstelhnotor
23 betätigt, der über die Zahnräder 24, 25 und 26 sowie die Zahnstange 27 auf die
Lenkung des Fahrzeugs wirkt. Durch einen nicht dargestellten Schalter läßt sich
die Steuerautomatik abschalten, so daß das Fahrzeug mit einem Führer beliebige Wege
fahren kann. Darüber hinaus kann aber auch noch die obenerwähnte Modulation mit
einem magnetischen Wechselfeld herangezogen werden, um bei Vorhandensein dieses
Wechselfeldes die selbsttätige Steuerung und Lenkung einzuleiten und bei Abschalten
der Modulation das Fahrzeug stillzusetzen, so daß es nur von einem Führer aus weiter
bewegt werden kann.
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Bei dem in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt
ein im Kabe14 fließender Strom ein Magnetfeld, dessen Feldlinien durch die mit Pfeilen
versehenen Kreise 9 versinnbildlicht sind. Hier können, wie oben erwähnt, zwei Lagemelder
10 und 11 in der Abfrageeinrichtung enthalten sein, deren Hallspannung in Differenz
geschaltet wird. Fährt das Fahrzeug genau auf dem vorgeschriebenen Weg, so sinkt
die Hallspannung auf Null oder einen Mindestwert ab. Beim Abweichen von diesem Weg
schaltet die Differenzspannung der beiden Hallspannungen einen Transistor-Kippverstärker
21 und dieser wiederum die Regeleinrichtung 22 mit Verstellmotor 23. Bei der Verwendung
von Hallspannungserzeugern kann man dabei die Erscheinung ausnutzen, daß die Hallspannung
nicht_ nur nach Größe; sondern auch nach Richtung des agnetfeldes eine Auswertung
erlaubt. Dadurch kann nicht nur die Differenzspannung in ihrem absoluten Wert, sondern
auch hinsichtlich ihrer Polarität ausgenutzt werden, um dann sogleich das notwendige
Kommando an den Verstellmotor für die Fahrzeuglenkung auszulösen.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden sich zwei
Magnetfelder entsprechend den beiden stromdurchflossenen Leitern 5 und 6 aus. Die
Magnetfelder sind durch die mit Pfeilen versehenen Linien 12 und 13 versinnbildlicht.
Hier wird nur ein einziger Lagemelder 14 benötigt, da in der Mitte zwischen den
Stromleitern in einem gewissen Bereich das Magnetfeld den Wert Null aufweist, so
daß M seitlichen Abweichungen von der vorgeschriebenen Bahn wiederum die magnetische
Balance gestört wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
enthält der Lagemelder zwei Dauermagnete 15 und 16, an deren einem Ende sich der
magnetische Rückschluß 16 a befindet, während am anderen Ende zwei Joche 17 und
18 vorgesehen sind, in deren Luftspalt 19 sich der Hallspannungserzeuger
20 befindet. Die über die Joche 17 und 18 verlaufenden magnetischen Flüsse
kompensieren sich im unbeeinflußten Zustand. Dieser magnetische Balancezustand wird
von dem durch die Eisenschiene 7 gebildeten Nebenschluß nur dann gestört, wenn das
Fahrzeug von der Leitlinie abweicht. Dann erst entsteht eine in ihrer Größe und
ihrer Polarität von dem Ausmaß und der Richtung der Abweichung abhängige Hallspannung,
und die Steuerung arbeitet nun. selbsttätig darauf hinaus, daß die Abfragevorrichtung
wieder möglichst exakt in den Bereich der Eisenschiene 7 gelangt. Die Verwendung
einer Eisenschiene hat den Vorteil, daß die bei der Verlegung von Kabeln notwendige
Stromversorgung in Wegfall kommt.