DE1613991A1

DE1613991A1 - Elektrische Lenksteuerung fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE1613991A1
Application number: DE19681613991
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schnitzler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1968-03-02
Filing date: 1968-03-02
Publication date: 1970-08-20
Also published as: CH480219A; DE1613991B2; US3614990A; DE1613991C3; FR2003131A1; GB1263993A

Description

E. 9098
28.2.1968 Ka/Sz

Anlage zur

nmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart W, Breitscheidstraße 4-

Elektrische Lenksteuerung für Fahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Steuereinrichtung für die Steuerung eines Fahrzeuges nach einem vorgegebenen elektromagnetischen Feld, das um einen entlang einer Fahrstrecke des Fahrzeuges angeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Leiter · aufgebaut ist, und das von wenigstens zwei Spulen abtastbar ist, wobei die Größe und Phasenlage der beiden in den Spulen induzierten Spannungen ein Maß für die Abweichung von der durch das elektromagnetische Feld festgelegten Fahrstrecke ist.

Bei bekannten Steuereinrichtungen dieser Art sind die Abtastspulen nebeneinanderliegend quer zur Fahrtrichtung angeordnet. Bei dieser Spulenanordnung und der dazugehörigen Steuereinrichtung ergeben sich Schwierigkeiten bei besonders engen Kurvendurchfahrten oder bei mehreren hintereinander liegenden Kurven.

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Robert Bos da GmbH R, 9098 Ka/Sz

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und die auch bei großen Abweichungen das Fahrzeug sicher zur vorgegebenen Fahrstrecke zurückleitet.

Die Steuereinrichtung ist deshalb so ausgebildet, daß gemäß der Erfindung die Spulen in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei in einer vorzugsweise in der Nähe der der Lenkung des Fahrzeugs dienenden Achse horizontal und quer zur Fahrtrichtung angeordneten ersten Spule eine Spannung induzierbar ist, die als Referenzspannung für eine weitere Spannung vorgesehen ist, die in einer in Fahrtrichtung vor der ersten Spule vertikal zur Achse der ersten Spule angeordneten zweiten Spule induzierbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung,.

Fig. 2 die Anordnung einer horizontalen Spule über einem von einem Magnetfeld umgebenen Leiter,

Fig. 5 die Abhängigkeit der in der horizontalen Spule induzierten Spannung Up von der seitlichen Abweichung s des Fahrzeugs ,

Fig. 4· die Anordnung der vertikalen Spule in verschiedenen bis 6 Lagen gegenüber dem von einem Magnetfeld umgebenen _t Leiter,

Fig. 7 die Abhängigkeit der in der vertikalen Spule induzierten Spannung u·, von der seitlichen Abweichung s des Fahrzeugs,

Fig. 8 den Phasenverlauf der in der vertikalen Spule · induzierten Spannung in Abhängigkeit von der seitlichen Abweichung s,

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Fig. 9 das Schaltbild eines Resonanzverstärkers, . Fig. 10 ein Prinzipschaltbild für eine Impulsbreitensteuerung, Fig. 11 ein Prinzipschaltbild eines Frequenzgenerators.

Gemäß Fig. 1 ist eine horizontal angeordnete Spule 2O₁ die im folgenden Referenzspule genannt wird, an einen Resonanzverstärker 21 angeschlossen; eine vertikal angeordnete Spule 22, im folgenden Regelsignalspule genannt, liegt an einem Resonanzverstärker 23· Die Regelsignalspule 22 ist dabei an einer vorn, vorzugsweise über das Fahrzeug hinausragenden Deichsel befestigt. Die Deichsel kann entweder starr mit dem Fahrzeug selbst oder mit der der Lenkung des Fahrzeugs dienenden Achse verbunden sein, während die Referenzspule 20 in der Nähe der der Lenkung des Fahrzeugs dienenden Achse angeordnet ist, und dabei entweder mit dem Fahrzeug oder der der Lenkung dienenden Achse des Fahrzeugs verbunden ist.

Bei der in Fig. 2 angegebenen Lage der Referenzspule 20 über einem Leiter 24, der von einem Magnetfeld umgeben ist, dessen Kraftlinien ' 25 mit unterbrochenen Linien angedeutet sind, ergibt sich durch das senkrechte Schneiden der Kraftlinien mit den Windungen der Spule ein maximaler Spannungswert u,, der sich bei einer seitlichen Abweichung der Referenzspule von der in Fig. 2 dargestellten Mittellage senkrecht über dem Leiter 24- nur wenig ändert. Dieser Spannungsverlauf U₁ ■ f(s) ist in Fig. 3 aufgetragen. Der Phasenwinkel^ dieser Spannung ist konstant. Bei Absinken der Spannung U₁- unter einen bestimmten Wert, d. h. bei zu großer Abweichung des Fahrzeugs von der vorgegebenen Fahrstrecke, ist ein Steuerteil 63 vorgesehen, der den Fahrmotor des Fahrzeugs abschaltet.

In der Regelsignalspule 22, die in den Fig. 4 bis 6 in drei verschiedenen Lagen dargestellt ist, ergibt sich der in Fig. 7 dargestellte Spannungsverlauf Ug » f(s). Der Phasenverlaufψ « f(s) dieser Spannung ist in Fig. 8 dargestellt. Der Betrag der Spannung ist in der Mittellage der Spule gemäß Fig. 4 gleich KuIl.

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Bei Abweichungen nach beiden Seiten (Fig. $ ^^ 6) wächst die · Amplitude der in der Regelsignalspule 22 induzierten Spannung bis zum Wert a an und fällt bei weiterer Abweichung wieder ab (Fig. 7)· Der Betrag der Spannung ist bei gleichen Abweichungen nach beiden Seiten gleich groß, jedoch tritt eine Phasenverschiebung um 180° ein. Für die Steuereinrichtung werden im wesentlichen nur Spannungen ausgewertet, die bei Abweichungen zwischen den beiden Werten/entstehen.

Bei Vergleich der beiden in der Referenzspule 20 und der Regelsignal· spule 22 induzierten Spannungen ergibt sich also, daß die beiden induzierten Spannungen u-, und u« entweder gleichphasig oder um 180° phasenverschoben sein können. Die Spannung u-, wird in den Resonanzverstärker 21, und die Spannung Up in den Resonanzverstärker 23 eingegeben. Ein Resonanzverstärker ist in Fig. 9 dargestellt. Es handelt sich b'eim Ausfuhrungsbeispiel um einen an sich bekannten zweistufigen selektiven Resonanzverstärker. Die Induktivitäten 26 und und die Kapazität 64 der Schwingkreise sind umschaltbar, d. h. in ihrer Größe veränderbar. Die Umschaltung erfolgt mit Relais A, B, und

die mit dem Jeweiligen Resonanzverstärker zu einer baulichen Jinheit verbunden sind, um Störeinflüsse, z. B. Schaltkapazitäten, -.duktivitäten oder Einstreuungen, zu vermeiden, so daß das Gerät vzi beliebigen Fahrzeugtypen verwendet werden kann.

Erforderlich ist die Umschaltung der Induktivitäten dann, wenn das Fahrzeug nacheinander verschiedenen Leitern folgen soll, die mit einer unterschiedlichen Frequenz erregt werden. Als Erregergeneratoren für die Leiter werden vorzugsweise Geräte verwendet, die, wie prinzipiell in Fig. 11 dargestellt, in an sich bekannter Weise als frequenzbestimmenden Teil einen Quarzoszillator 58 aufweisen, dessen Aus gangs spannung in einem ein- bzw. mehrstufigen Verstärker 59 verstärkt wird, und dessen Ausgangsstrom durch eine Rückkopplung 60 des Verstärkers auf einen konstanten Wert geregelt wird, unabhängig von dem an die Aus gangs klemme 61 des Verstärkers ange-

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schlossenen Widerstand, der durch die Lange des angeschlossenen Leiters.24 bestimmt ist. Dadurch wird erreicht, daß in den Spulen 20 und 22 bei gleich großen Beträgen der Abweichungen von Leitern, die mit verschiedenen Frequenzen erregt sind, gleich große Spannungen induziert werden und an den Eingängen der Resonanzverstärker 21 und 23 anliegen.

"Die Ausgänge der Resonanzverstärker 21 und 23 sind nach Fig. 1 mit je einem von zwei Schmitt-Triggern 28 und 29 verbunden, wobei dem Eingang e^, des Schmitt-Triggers 29 eine Umkehrstufe vorgeschaltet ist. Die Schmitt-Trigger formen die Sinusspannungen in eine Rechteckimpulsfolge um. Die vom Schmitt-Trigger 28 erzeugte Rechteckimpulsfolge wird auf den Eingang e·, des UND-Gatters 30 und auf den Eingang e, des UND-Gatters 31 gegeben. Die vom Schmitt-Trigger 29 erzeugte Recktecktimpulsfolge wird dagegen auf die Eingänge e₂ des UND-Gatters 30 und e^ des UND-Gatters 31 gegeben. Hit Hilfe dieser UND-Gatter erfolgt nun ein Phasenvergleich. Dazu wird zunächst festgelegt, daß bei gleicher Phasenlage der in der Referenzspule 20 und der Regelsignalspule 22 induzierten Spannungen und somit bei gleicher Phasenlage der an den Ausgängen der Schmitt-Trigger 28 und 29 auftretenden Impulse eine Abweichung des Fahrzeugs nach links und daß bei einer Phasenverschiebung um 180° eine Abweichung nach rechts vorliegt.

Bei Phasengleichheit ist das UND-Gatter 30 und bei Phasenungleichheit das UND-Gatter 31 für die Impulsfolge durchlässig; wenn in der Regelsignalspule 22 keine Spannung induziert wird, d. h. wenn sie 'sich genau über dem Leiter 24 befindet, gelangt kein Signal von dem Resonanzverstärker 23 zum Schmitt-Trigger 29 und weder das UND-Gatter 30 noch das UND-Gatter 31 ist geöffnet.

An den Ausgang des UND-Gatters 30 ist ein R-C-Glied 32 angeschlossen, an dessen Ausgang eine Spannung entsteht, die dem Mittelwert der an seinem Eingang anliegenden Impulsfolge entspricht. Diese Ausgangs-

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spannung wird an den Eingang eines Schmitt-Triggers $4 angelegt, der je nach Höhe der angelegten Soannung eines der Binärzeichen "0" oder "i.." liefert. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 34 ist mit der. Ein- - ng e, eines UND-Gatters 36 und mit einer Impulsbreitensteuervorrichtung 38 verbunden.

Analog dazu ist an den Ausgang des UND-Gatters 31 ein R-C-GIied 33 angeschlossen, dem ein Schnitt-Trigger 35 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Schmitt-Trigr;irc 35 ist einerseits mit einem Eingang e, eines UND-Gatters 37 und c.or Impulsbreitensteuervorrichtung 38 verbunden. '

Die Impulsbreitensteuervorrichtung 38 erzeugt nach Fig. 10 Impulse zur Steuerung des Lenkmotors. Die Impulsbreite dieser Impulse ist abhängig von der Größe der Abweichung des Fahrzeugs von dem Leiter 24, d. h. bei großer Abweichung werden breitere Impulse erzeugt als bei k_einer Abweichung. Damit wird die Drehzahl des Lenkmotors 40 bestimmt. Ein besonderer Vorteil der Impulsbreitensteuerung ist der, daß selbst bei kleinen Abweichungen des Fahrzeugs vom Leiter 24 Impulse, deren Amplitude der Betriebsspannung des Lenkmotors 40 entspricht, ein kurzzeitig maximales Drehmoment des Motors hervorrufen.

An die Impulsbreitensteuervorrichtung 38 ist über eine Klemme 44 ein astabiler Multivibrator 39 angeschlossen. Fig. 10 zeigt eine derar- ;i£e Anordnung im Prinzip. Der astabile Multivibrator erzeugt Spannungsimpuls e von vorzugsweise 130 Hz mit sehr schmaler Impulsbreite,

ie so gewählt ist, daß der Lenkmotor 40 durch derartige Impulse noch nicht in Drehung versetzt wird. Ein einzelner derartiger Impuls , reicht jedoch aus, um einen als wesentlichen Bestandteil einen Kondensator 41 enthaltenden Energiespeicher 42 aufzuladen. Die Linke Elektrode des Kondensators 41 liegt dann auf positivem Potential und die rechte Elektrode auf Nullpotential. Mit Abklingen des Impulses wird der Kondensator 41 im ersten Moment an seiner rechten Elektrode ein negatives Potential und an seiner linken Elektrode das Nullpotential aufweisen. Solange die rechte Elektrode des Kondjnsa-

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tors 41 negativ gegenüber den Emitter eines in einem Teil 48 enthaltenen Transistors 49 ist, ist dieser Transistor 49 gesperrt* Er bleibt solange gesperrt, bis die negative Ladung des Kondensators über einen einen veränderlichen Widerstand 50 aufweisenden Teil 51 abgeflossen ist. Danach entsteht bis zum erneuten Aufladen des Kondensators 41 an der Ausgangsklemme 47 des Teils 48 eine Ausgangsspannung, die der Binärgröße "L" entspricht und die an die Eingangskleinmen ep und e^ der UIID-Gatter J>6 und 37 angelegt ist. Der veränderliche Widerstand 50 cos Teils 51 kann auch ein Transistor pein. E¹Ic Größe dieses Widerstandes wird durch die an eine Klemme «•■.ncrclegte Aus gangs spannung des Res onanzv erstarke rs 25 bestimmt. Vorzugsweise ist die Schaltung so ausgelegt, daß der Widerstand 50 bei großer Λusgangsspannung des Resonanzverstärkers 23 kleiner und bei kleiner Ausgangsspannung größer wird. An der Ausgangsklemme 47 des Teils 48 entstehen deshalb Impulse, deren Breite von der jeweils in der Regelsignalspule 22 induzierten und im Resonanzverstärker 23 verstärkten Spannung abhängig ist.

Um. den Lenkmotor 40 des Fahrzeugs auch bei kleinen Abweichungen vom L:"ter 24 zuivichst mit einem kräftigen Rücksteuerimpuls zu versor- r;;n<, d. h, die Steuerung mit einem sogenannten D-Verhalten zu verrohen, ist in die Impulsbreitensteuerung ein einen Widerstand 52 und einm Kondensator 53 enthaltender Teil einbezogen, der wie folgt funktioniert:

Bei einer Abweichung des Fahrzeugs von dem Leiter 24 entsteht an dem Ausgang des Schmitt-Triggers 35 das Binärzeichen "L". Der Ausgang dos Schnitt-Triggers 35 ist über eine Diode 56 und die Klemme r..' " den den \.'iderstand 52 und den Kondensator 53 enthaltenden Teil verbunden. Svr-oheint bei einer Abweichung des Fahrzeugs vom Leiter das Binärseichen "L" am Ausgang des Schmitt-Triggers 35i so wird eine diesem Binärζοichen entsprechende Spannung an den im Kormalzustand entladenen Kondensator 53 angelegta^der im ersten Moment als Kurzschluß wirkt, wodurch die Spannung/die Basis des Transistors 49 -gelangt ur.d diesen so lange sperrt, bis der Kondensator 53 aufgeladen

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ist. Die Breite dieser D-Impulse kann durch, den veränderbaren Widerstand 52 eingestellt werden, der die Auf Ladezeit des Kondensators 53 bestimmt. Danach läuft die Erzeugung der den Lenkmotor 40 beeinflussenden Impulse wie beschrieben ab.

Je nach Richtung der Abweichung des ]?ahr.zeuges nach links bzw, rechts ist eines der WB-Gatter 36 bzw. 37 geöffnet und die Impulse gelangen 7M dem Lenkmotor 40 und verursachen einai Links- bzw- Ee eh tsverlauf. Als Lenkmotor 40 wird vorzugsweise ein Eeihenschlußmotor mit zwei getrennten Feldwicklungen für Links- und Eechtslauf vorgesehen·

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Claims

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Ansprüche

VJLy Elektrische Steuereinrichtung für die Steuerung eines Fahrzeuges nach einem vorgegebenen elektromagnetischen Feld, das um einen entlang einer Fahrstrecke des Fahrzeuges angeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Leiter aufgebaut ist, und das von wenigstens zwei Spulen abtastbar ist, wobei die Größe der Phasenlage der beiden in den Spulen induzierten Spannungen ein Maß für die Abweichung von dem vorgegebenen elektromagnetischen Feld ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei in einer vorzugsweise in der Nähe der der Lenkung des Fahrzeugs dienenden Achse horizontal und quer zur Fahrtrichtung angeordneten ersten Spule (20) eine Spannung induzierbar ist, die als Referenzspannung für eine weitere Spannung vorgesehen ist, die in einer in Fahrtrichtung vor der ersten Spule (20) vertikal zur Achse der ersten Spule (20) angeordneten zweiten Spule (22) induzierbar ist.

". Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (22) an einer Deichsel befestigt ist.

'"- Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da3 die Deichsel starr mit dem Fahrzeug verbunden ist.

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4·. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deichsel mit einem der Lenkung des Fahrzeuges dienenden Bauteil verbunden ist und bei einer Schwenkbewegung der Räder eine dieser Bewegung analoge Schwenkung ausführt.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von Wechselstrom durchflossene, die Fahrstrecke kennzeichnende Leiter (24·) an einen Frequenzgenerator angeschlossen ist, der als frequenzbestimmendes Teil in an sich bekannter Weise einen Quarzoszillator (58) enthält, dem ein Verstärker (59) mit Ausgangsstromregelung nachgeschaltet ist, wodurch ein in seiner Größe einstellbarer konstanter Ausgangsstrom, unabhängig von Widerstand des angeschlossenen Leiters (24) erreichbar ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der in der Regelsignalspule (22) induzierten Spannung die Größe der seitlichen Abweichung des Fahrzeuges von der Fahrstrecke charakterisiert, und daß die Phasenlage, bezogen auf die Phasenlage der Referenzspannung, die Richtung der Abweichung angibt.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Verstärkung der in den Spulen (20, 22) induzierten Spannungen je ein Resonanzverstärker vorgesehen ist, wobei zur Einstellung der gewünschten Frequenz durch Ändern der Schwing-.kreis-Induktivität (26, 27) und der Schwingkreiskapazität (64-)

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Relais (A, B, G) Vorpesohen sind, die mit der (Steuereinrichtung eine bauliche Einheit ergeben..

8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ibis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden in den Spulen (20, 22) induzierten „sinusförmigen Spannungen "bzw. eine ihnen entsprechende verstärkte Spannung an einen Schmitt-Trigger (28, 29) angelegt ist, der die sinusförmige Spannung in eine rechteckformige Spannung umformt, und daß.3ede der beiden Eeehteckspannungen an je einem Eingang zweier parallel geschalteter IMD-Gatter (30, 31) anbiegt.

<;. Steuereinrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bhasengleichheit; das erste OTD-Gatter (30) ein Ausgangssignal abgibt, und daß bei einer !Phasenverschiebung von 180° das zweite THO-Gatter (31) ein Ausgangs signal abgibt, wobei das Ausgangssignal des ersten UND-Gatters (30) beispielsweise einer Abweichung des Fahrzeuges von der vorgegebenen Fahrtstrecke nach links und das Ausgangssignal des zweiten -UHD-Gatters (31) einer Abweichung nach rechts entspricht.

10. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der UND-Gatter (30, 31) an je ein Tt-C-Glied (32, 33) zur Mittelwertbildung angelegt sind, und die daraus resultierenden Mittelwertspannungen an ge einem Schmitt-Trigger (54-, 35) anliegen, und die am Ausgang der

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Schmitt-Trigger (3>4-, 35) erscheinenden Binärzeichen die Abweichung des Fahrzeuges von der vorgcg3benen Fahrstrecke nach rechts bzw. nach links angeben.

11. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung eines die Fahrtrichtung korrigierenden Lenkmotors (40) eine Impulsbreitensteuerung (38) vorgesehen ist.

12. Steuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Impulsbreite für die Ansteuerimpulse des Lenkmotors (40) bestimmende Teil (38) mit einem astabilen Multivibrator (39) in Wirkungsverbindung steht, und der astabile Multivibrator (39) kurze Rechteckimpulse mit einem großen Tastverhältnis erzeugt, und die Impulsbreite der Rechteckimpulse so gewählt ist, daß durch diese Impulse der Lenkmotor (40) nicht anläuft.

"..j. Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite der von dem astabilen Multivibrator (39) erzeugten Rechteckimpulse in Abhängigkeit von der Größe der in der Regelsignalspule (22) induzierten Signalspannung veränderbar ist, wobei die Impulsbreite der Rechteckimpulse mit wachsender Amplitude der in der Regelsignalspule (22) induzierten Spannung zunimmt.

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. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Impulsbreite variablen Rechteckimpulse an Je einem ersten Eingang von zwei UND-Gattern (36, 37) anliegen, und der zweite Eingang des einen UND-Gatters (36) mit der Ausgangsklemme (47) des bei. Abweichung des Fahrzeugs nach links entsprechenden Schmitt-Triggers (34·) und der zweite Eingang des anderen UND-Gatters (37) mit dem Ausgang des bei Abweichung des Fahrzeugs nach rechts ansprechenden Schmitt-Triggers (35) verbunden ist. · ■

15. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lenkmotor (40) ein Reihenschlußmotor mit zwei getrennten Feldwicklungen (61, 62) für Rechtsund Linkslauf vorgesehen ist.

16. Steuereinrichtung nach Anspruch 15 > dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichung des Fahrzeuges von seiner vorgegebenen Fahrtrichtung jeweils eine der beiden Feldwicklungen (61, 62) des Lenkmotors (40) mit den in ihrer Impulsbreite variablen Rechteckimpulsen der Impulsbreitensteuerung (38) erregbar ist und den Rechts- bzw. Linkslauf des Motors (40) bewirkt.

17. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis· 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitensteuerung (38) mit einem ein sogenanntes D-Verhalten erzeugendem Teil (54) versehen ist.

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18. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor des Fahrzeuges bei der

Absinken/in der Referenzspule (20) induzierten Spannung unter einen bestimmten Wert durch einen Steuerteil (65) abschaltbar

ist. '
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