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Vorrichtung zur gleichzeitigen Weg- und Geschwindigkeitsregelung eines
X-raftfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gleichzeitigen
Weg- und Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeuges mit entlang dem vorgeschriebenen
Weg des Fahrzeuges verlegten und ein sich änderndes magnetisches Feld aussendenden
elektrischen Leitkabeln, die in der Straße sinusförmig in einem sich regelmäßig
wiederholenden Muster verlegt sind, und mit einem am Fahrzeug angebrachten Gerät
mit Induktionsspulen, in denen beim Schneiden des magnetischen Feldes eine Wechselspannung
induziert wird, einem Vergleichsgerät zum Vergleich der induzierten Spannung mit
einer die Sollgeschwindigkeit darstellenden Bezugsspannung und einer Gashebelsteuerung,
die auf das bei dem Vergleich gewonnene elektrische Signal anspricht.
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Es sind bereits Vorrichtungen mit unter der Erde verlegten wechselstromgespeisten
Leitkabeln bekannt, die in Zusammenarbeit mit an Fahrzeugen angebrachten Empfangsvorrichtungen
dazu dienen, die Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges zu steuern und damit ein
Abkommen von der Straße zu verhindern. Die Empfangsvorrichtungen sind dabei induktiv
oder kapazitiv mit den Leitkabeln gekoppelt.
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Des weiteren sind Vorrichtungen bekannt, die neben einer Steuerung
des Fahrzeugweges eine Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichen. Diese
Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wird entweder dadurch erreicht, daß in geeigneter,
der gewünschten Geschwindigkeit entsprechender Weise Schienen magnetisiert werden,
oder dadurch, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeuges von der geometrischen Struktur
der unter der Straßendecke angeordneten magnetischen oder elektrischen Leitelemente
abhängig gemacht wird.
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Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß es
nicht möglich ist, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge, die durch die einmal getroffenen
Vorkehrungen stets vorgegeben ist, entsprechend den tatsächlichen Verkehrsverhältnisssen
fernzusteuern.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die
gleichzeitig eine Weg- und Geschwindigkeitsregelung von Kraftfahrzeugen ermöglicht
wird, und zwar derart, daß die Geschwindigkeit der Fahrzeuge von einer Zentrale
aus ferngesteuert werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein oder mehrere Leitkabel
während der Fahrzeugbewegung kontinuierlich an eine Spannungsquelle gelegt sind,
welche eine Wechselspannung von vorherbestimmter Frequenz liefert, die bei der Geschwindigkeitsregelung
als Bezugsmaß der Sollgeschwindigkeit dient, daß das Gerät auf dem Fahrzeug Spulen
zum Empfang von Geschwindigkeits-Steuersignalen und eine Vorrichtung zum Vergleich
des Ausgangs eines auf die Speisespannungsfrequenz abgestimmten Demodulators mit
dem Ausgang eines weiteren Demodulators besitzt, welcher so abgestimmt ist, daß
er auf die in der einen Induktionsspule abhängig von der Anzahl der geschnittenen
Magnetfeldmuster induzierten Spannungsschwankungen anspricht, und daß die in Querrichtung
zum Fahrzeug in einem bestimmte Abstand angebrachten Spulen Signale zur Wegregelung
empfangen und mit einer Servolenkung zur Zentrierung der Spulen über den Leitkabeln
verbunden sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß auf
einer in entsprechender Weise ausgestatteten Straße die Geschwindigkeit einer ganzen
Anzahl von Kraftfahrzeugen in solcher Weise ferngesteuert werden kann, daß Stauungen
vermieden werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt; sie
wird im folgenden im einzelnen erläutert.
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F i g. 1 ist eine Draufsicht auf eine Straße mit einem darauf
befindlichen Fahrzeug; F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil
der Straße, der entlang der durch die Linie 2-2 der F i g. 1 gelegten Ebene
gelegt ist;
F i g. 3 ist eine schematische Darstellung eines
Teils der elektrischen Leiter und des Steuergerätes im Fahrzeug; F i g. 4
ist ein Schaubild, das ein Signal zeigt, das in dem Steuergerät erzeugt wird, wenn
das Fahrzeug an den Leitern entlangfährt; Fig. 5 zeigt in einem Schaubild
die Empfmdlichkeit des Steuergerätes bei seitlichen Abweichungen des Fahrzeuges;
Fig. 6 zeigt eine Abänderung der elektrischen Leiter; F i g. 7 läßt
eine weitere Abänderung erkennen; F i g. 8 zeigt das Kabel der F i
g. 7 in Verbindung mit einer weiteren Abänderung Die in der Zeichnung dargestellte
Einrichtung dient zur automatischen Steuerung von einem oder mehreren Fahrzeugen
12, die sich entlang den Fahrbahnen 14 einer Straße 16 bewegen. Die Einrichtung
enthält getrennte Gruppen 18 von elektrischen Leitern, die jeweils in der
Mitte der Fahrbahnen 14, die automatisch gesteuert werden sollen, angeordnet sind,
sowie ein Steuergerät 20 an jedem der Fahrzeuge 12, um die Lage des Fahrzeuges 12
relativ zu den Leitern festzustellen.
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- - Die Gruppen 18 der Führungsleitungen liegen unterhalb
der Oberfläche der Straße 16 und verlaufen in Längsrichtung der Fahrbahnen.
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Jede Gruppe 18 besteht aus zwei im Abstand voneinander liegenden
elektrischen Leitern oder Drähten 22 und 24, durch die ein Wechselstrom genügender
Stärke fließen soll, der oberhalb der Oberfläche der Straße 16 ein elektromagnetisches
Feld ausbildet. Die Eingänge 26 der Leiter sind mit dem Ausgang eines Oszillators
oder Generators 28 verbunden. Obwohl die Frequenz des Wechselstromes nicht
wesentlich ist, wird sie vorzugweise so hoch gewählt, daß sie leicht von dem Geschwindigkeitssignal
getrennt werden kann, das weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
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Der Abstand zwischen den Leitern 22 und 24 ändert sich nach einem
regelmäßig wiederkehrenden Muster. In F i g. 1 sind die Leitungen periodisch
gekreuzt, so daß Schleifen 30 gebildet werden, die in einer parallel zur
Oberfläche der Fahrbahn 14 liegenden Ebene verlaufen. Da die Leitungen sich periodisch
kreuzen, besitzt das sich um die gesamte Leitungsgruppe 18 ausbildende elektromagnetische
Feld Zonen, die den Schleifen 30 der Leitungen 22 und 24 entsprechen, wobei
die Richtung des magnetischen Flusses jeder Zone relativ zur Richtung des magnetischen
Flusses der benachbarten Zone umgekehrt ist. Das Feld des magnetischen Flusses,
das oberhalb der Oberfläche der Straße 16 ausgestrahlt wird, bildet ein Führungssignal,
das mit einer Frequenz wechselt, die der Frequenz des in den Leitungen 22 und 24
fließenden Stromes gleich ist und das abwechselnd Zonen mit umgekehrter Polarität
aufweist.
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Die Fahrzeuge 12 sind mit einem Empfänger 32
ausgerüstet, der
an dem Fahrzeug angebracht ist und über der Gruppe von Leitungen liegt. Wenn nun
das Fahrzeug 12 auf der Fahrbahn entlangfährt, bewegt sich der Empfänger
32 in Längsrichtung des magnetischen Feldes, das von dem in den Leitungen
fließenden Strom erzeugt wird. Der Empfänger 32 ist mit zwei Induktionsspulen
34 und 36 versehen, die derart voneinander entfernt angeordnet sind, daß
sie über den Leitungen liegen. In den Spulen 34 und 36
werden infolge des
in den Leitungen fließenden Wechselstromes Spannungen induziert.
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Jede der Spulen 34 und 36 ist in Reihe mit Gleichrichtern
38 und 40 sowie Kondensatoren 42 und 44 geschaltet, so daß die in den Spulen
34 und 36 induzierten Spannungen bewirken, daß die Kondeng#-. toren 42 und
44 aufgeladen werden. Da die in den Spulen induzierten Spannungen jeweils Funktionen
des Abstandes der Spule von den Leitungen sind, ist die Ladung jedes Kondensators
ebenfalls eine Funktion des Abstandes der zugehörigen Spule von den Leitungen. Wenn
die Kondensatoren 42 und 44 in Reihe geschaltet werden, wobei die Ladungen der Kondensatoren
einander entgegengerichtet sind, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, ist
die gesamte Spannung über die beiden Kondensatoren 42 und 44 Null, wenn die Spulen
34 und 36 über die Leitungsgruppe 18
richtig ausgerichtet sind. Wenn
sich jedoch das Fahrzeug nach einer Seite bewegt, ist eine der Spulen 34 oder
36 näher an den Leitungen als die andere, und die Spannung an einem der Kondensatoren
42 und 44 nimmt zu, während die Spannung an dem anderen Kondensator abnimnit. Die
Gesamtspannung über beide Kondensatoxen 42 und 44 ändert. sich dann, wie es in F
i g. 5 dargestellt ist. Innerhalb eines Arbeitsbereichs von beispielsweise
D bis D'nimmt die Gesamtspannung mit dem Abstand zu, und die Polarität der
Spannung entspricht der Richtung der seitlichen Versetzung. Eine leichte seitliche
Bewegung aus der Mittelstellung heraus bewirkt einen scharfen Anstieg der induzierten
Spannung.
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Um das Fahrzeug entlang dem vorbestimmten Weg zu lenken, ist das Fahrzeug
mit einer Lenkeinrichtung versehen. Die Lenkeinrichtung kann von Hand betätigt werden
und wird weiterhin von einem Servosystem 46 geregelt, das mit den Kondensatoren
42 und 44 wirksam verbunden ist und auf die anliegende Gesamtspannung anspricht.
Wenn die Spannung Null ist, hält das Servosystem 46 die lenkbaren Räder in Geradeausrichtung
fest. Jedoch bewegt das Servosystem die Räder bei einer gegebenen Spannungsgröße
in eine vorbestimmte Stellung in einer Richtung, die der Polarität der Spannung
entspricht. Die Größe der Lenkkorrektur ist somit eine Funktion der Größe der seitlichen
Versetzung des Fahrzeuges 12 von dem Weg. Wenn also das Fahrzeug sich auf der rechten
Seite der Fahrbahn befindet,' erhält das Lenkservosystem 46 eine Spannung, die die
Lenkräder derart einstellt, daß das Fahrzeug 12 nach links biegt und wieder auf
den vorgeschriebenen Weg zurückgeführt wird. Andererseits besitzt die Spannung,
wenn das Fahrzeug auf der linken Seite der Fahrbahn fährt, eine umgekehrte Polarität,
die bewirkt, daß das Fahrzeug nach rechts einbiegt und wieder zur Fahrbahn zurückkehrt.
Dementsprechend wird das Fahrzeug stets auf der Fahrbahn gehalten, wobei die beiden
Spulen 34 und 36 symmetrisch zu den Leitungen 22 und 24 liegen.
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Wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, bewegen sich die Spulen
34 und 36 durch Zonen wechselnder Polarität, so daß die induzierte Spannung
der Anzahl der Flußlinien entspricht, die von den Spulen 34 und 36 geschnitten
werden.
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Infolge der Änderungen des Flusses wird die induzierte Spannung entsprechend
der F i g. 4 moduliert. Wenn es gewünscht wird, können die Drähte oder Leitungen
22 und 24 derart angeordnet werden, daß die magnetische Flußdichte sich so ändert,
daß eine
sinusförmige Änderung der Amplituden der induzierten Spannung
erreicht wird. Die Größe der Schwankungs- oder Modulationsfrequenz entspricht dem
Wert, mit dem der Empfänger 32 sich über die Schleifen 30 bewegt.
Die induzierten Spannungen werden also mit einer Frequenz moduliert, die diesem
Wert entspricht. Mit anderen Worten, die Modulationsfrequenz entspricht der Geschwindigkeit
des Fahrzeuges 12. Dementsprechend kann an eine oder beide Spulen 32 bzw.
34 oder eine zusätzliche besondere Spule ein Demodulationskreis 48, der so abgestimmt
ist, daß er auf die Modulationsfrequenz anspricht, angeschlossen werden, der die
induzierten Spannungen demoduliert und einen Ausgangswert erzeugt, der in seiner
Größe der Modulationsfrequenz entspricht. Diese Spannung ist dann ein Signal, das
genau der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Fahrzeug 12 sich auf dem Weg bewegt,
der durch die Gruppe 18 der Leitungen 22 und 24 festgelegt ist.
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Da es wichtig ist, daß sämtliche Fahrzeuge 12 sich auf der Fahrbahn
mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, kann eine »Kommandogeschwindigkeit« festgelegt
werden, mit der sich die Fahrzeuge bewegen müssen. Eine diese Geschwindigkeit betreffende
Anzeige kann der Leitungsgruppe 18 elektrisch zugeführt werden. Beispielsweise
kann die Frequenz des Stromes in den Leitungen 22 und 24 eine Funktion der Kommandogeschwindigkeit
sein, oder es kann eine gesonderte und zusätzliche Leitung vorgesehen werden, die
ein derartiges Signal aufnimmt. Um diese Anzeige auf das Fahrzeug 12 zu übertragen,
kann ein Demodulationskreis 50 an den Ausgang einer oder beider Spulen
32 bzw. 34 oder einer zusätzlichen Spule angeschlossen werden. Dieser Kreis
50 demoduliert die induzierte Spannung und erzeugt eine Spannung, deren Größe
der Frequenz des Kommandostromes in den Leitungen entspricht. Diese Spannung stellt
also die Kommandogeschwindigkeit dar, mit der das Fahrzeug fahren soll.
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Um das Fahrzeug 12 mit der Kommandogeschwindigkeit fahren zu lassen,
kann eine Gashebelservoeinrichtung 52 mit den Demodulationskreisen
50 und* 48 verbunden werden. Diese Servoeinrichtung ist wirksam mit der Drosselklappe
des Motors verbunden, die die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 12 regelt, und spricht
auf die Differenz der Ausgangswerte der beiden Demodulationskreise 48 und
50 an. Wenn also die Servoeinrichtung 52 die Fahrzeuggeschwindigkeit
so einstellt, daß diese Differenz Null beträgt, ist die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
gleich der Kommondogeschwindigkeit. Um die Kommandogeschwindigkeit abändern zu können,
kann die Frequenz des Generators oder Oszillators 28 von einer zentralen
Stelle aus geändert werden, so daß die Geschwindigkeit sämtlicher Fahrzeuge gleichzeitig
geändert wird.
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Eine Abwandlung der Leitungsanordnung ist in F i g. 6 bei den
Leitungen 56 und 58 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform liegen
die Leitungen 56 und 58 parallel zueinander, wobei nur die Teile
60 an den Kreuzungsstellen ausgenommen sind. Dabei ergibt sich eine maximale
Größe der Schleife 62, und die magnetische Flußdichte, durch die sich die
Spulen bewegen, bleibt außer an den Kreuzungsstellen im wesentlichen konstant. Damit
gleicht die induzierte Spannung in den Spulen 34 und 36 mehr einer quadratischen
Wellenform.
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Als weitere Ausbildungsform kann die Anordnung nach F i
g. 7 und 8 verwendet werden. Bei dieser Anordnung ist ein Draht oder
Leiter 66 gerade, während ein zweiter Leiter 68 wellenförmig ausgebildet
ist und Zonen 70 mit maximaler Flußdichte sowie Zonen 72 kleinerer
Flußdichte hervorruft. Der Empfänger 74 des Fahrzeuges enthält zwei Induktionsspulen
76 und 78, die auf einer Geraden angeordnet sind, die in Längsrichtung
des Fahrzeuges 12 parallel zum Weg der Leitungen liegt. Der Abstand zwischen den
beiden Spulen 76 und 78 entspricht der Länge einer Zone
70 oder 72, d. h. der Länge des wiederkehrenden Musters, nach dem
sich der Ab-
stand der Leitungen ändert. Wenn also eine Spule 76
im
Bereich der Zone 70 mit maximaler Flußdichte liegt, befindet sich die andere
Spule 78 in einer Zone 72 minimaler Flußdichte. Dadurch bleibt die
in beiden Spulen 76 und 78 induzierte Gesamtspannung im wesentlichen
konstant. Das in beiden Spulen induzierte Gesamtsignal wird daher durch die Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeuges 12 nicht moduliert und ist daher zur Übertragung von Informationen
auf das Fahrzeug - wie Sprechverkehr oder eine Anzeige der Kommandogeschwindigkeit
-besonders geeignet. Die einzelnen Spulen 76 und 78 erhalten
eine Spannung induziert, die entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 12
moduliert ist und zur Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges 12 auf eine Kommandogeschwindigkeit
verwendet werden kann. Weiterhin kann das Fahrzeug 12 mit einer Lenkservoeinrichtung
versehen sein, die mit den Spulen 76 und 78 verbunden ist und das
Fahrzeug 12 an dem Kabel 64 entlangführt.