DE1613991C3 - Elektrische Steuereinrichtung für die selbsttätige Steuerung eines Fahrzeuges nach einem vorgegebenen elektromagnetischen Feld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuereinrichtung für die selbsttätige Steuerung eines Fahrzeuges nach einem vorgegebenen elektromagnetischen Feld, das um einen entlang einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Leiter aufgebaut ist, und das von wenigstens zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Spulen abtastbar ist, wobei die Größe und Phasenlage der beiden in den Spulen induzierten Spannungen ein Maß für die Abwei-

chung von dem vorgegebenen elektromagnetischen Feld 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 hintereinanderliegenden Kurven.

Weiterhin ist aus der DT-AS 1 208 391 eine Anordnung bekannt mit zwei zum Leitdraht gleichsinnig ausgerichteten Spulen. Aus den in diesen Spulen induzierten, vom Abstand vom Leitdraht abhängigen Spannungen wird eine Differenzspannung gebildet, die mit einer im Gerät erzeugten Vergleichsspannung verglichen wird. Die Regelung der Vergleichsspannung erfolgt hierbei in einen getrennten Prozeß abhängig vom Lenkeinschlag des Fahrzeuges.

Bei einer aus der DT-PS 932 171 bekannten Anlage zur elektromagnetischen Anzeige zur Blindlenkung von Kraftfahrzeugen erfolgt keine selbsttätige Steuerung, sondern es wird lediglich ein Warnsignal erzeugt, welches den Fahrer im Führerhaus des Fahrzeuges auf Abweichungen vom Leitdraht hinweist. Die bei dieser Anordnung vorgenommene Aufteilung der Spulen in eine horizontale und eine vertikale Spule dient dazu, um bei jeder Position des Fahrzeuges mindestens eine der beiden Spulen im magnetischen Kraftlinienfeld zu haben. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß eine hinreichend große iduzierte Spannung zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt 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 elektrische Steuereinrichtung ist deshalb so ausgebildet, daß gemäß der Erfindung in einer in der Nähe der der Lenkung des Fahrzeuges dienenden Achse horizontal und quer zur Fahrtrichtung angeordneten ersten Spule eine Spannung induziert wird, die als Referenzspannung für eine zweite Spannung vorgesehen ist, die in einer vertikal zur Achse der ersten Spule angeordneten zweiten Spule induziert wird, wobei die Amplitude der in der zweiten Spule induzierten Spannung die Größe der seitlichen Abweichung des Fahrzeugs von der Fahrstrecke charakterisiert, und wobei die Phasenlage, bezogen auf die Phasenlage der Referenzspannung, die Richtung der Abweichung angibt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt und erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung,

F i g. 2 die Anordnung einer horizontalen Spule über einem von einem Magnetfeld umgebenen Leiter,

F i g. 3 die Abhängigkeit der in der horizontalen Spule induzierten Spannung in von der seitlichen Abweichung 5 des Fahrzeugs,

F i g. 4 bis 6 die Anordnung der vertikalen Spule in verschiedenen Lagen gegenüber dem von einem Magnetfeld umgebenen Leiter,

F i g. 7 die Abhängigkeit der in der vertikalen Spule induzierten Spannung u\ von der seitlichen Abweichung 5 des Fahrzeugs,

F i g. 8 den Phasenverlauf der in der vertikalen Spule induzierten Spannung in Abhängigkeit von der seitlichen Abweichung 5, F i g. 9 das Schaltbild eines Resonanzverstärkers,

F i g. 10 ein Prinzipschaltbild für eine Impulsbreitensteuerung,

F i g. 11 ein Prinzipschaltbild eines Frequenzgenerators.

Gemäß F i g. 1 ist eine horizontal angeordnete Spule 20, 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 F i g. 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 Ut, der sich bei einer seitlichen Abweichung der Referenzspule von der in F i g. 2 dargestellten Mittellage senkrecht über dem Leiter 24 nur wenig ändert. Dieser Spannungsverlauf m = f(s) ist in F i g. 3 aufgetragen. Der Phasenwinkel α dieser Spannung ist konstant. Bei Absinken der Spannung 1/1 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 F i g. 4 bis 6 in drei verschiedenen Lagen dargestellt ist, ergibt sich der in F i g. 7 dargestellte Spannungsverlauf in = f(s). Der Phasenverlauf χ — f(s) dieser Spannung ist in F i g. 8 dargestellt. Der Betrag der Spannung ist in der Mittellage der Spule gemäß F i g. 4 gleich Null.

Bei Abweichungen nach beiden Seiten (F i g. 5 und 6) wächst die Amplitude der in der Regelsignalspule 22 induzierten Spannung bis zum Wert a an und fällt bei weiterer Abweichung wieder ab (F i g. 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 a entstehen.

Bei Vergleich der beiden in der Referenzspule 20 und der Regelsignalspule 22 induzierten Spannungen ergibt sich also, daß die beiden induzierten Spannungen u\ und m entweder gleichphasig oder um 180° phasenverschoben sein können. Die Spannung u\ wird in den Resonanzverstärker 21, und die Spannung ui in den Resonanzverstärker 23 eingegeben. Ein Resonanzverstärker ist in F i g. 9 dargestellt. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um einen an sich bekannten zweistufigen selektiven Resonanzverstärker. Die Induktivitäten 26 und 27 und die Kapazität 64 der Schwingkreise sind umschaltbar, d. h. in ihrer Größe veränderbar. Die Umschaltung erfolgt mit Relais A, B und C, die mit dem jeweiligen Resonanzverstärker zu einer baulichen Einheit verbunden sind, um Störeinflüsse, z. B. Schaltkapazitäten, Induktivitäten oder Einstreuungen, zu vermeiden, so daß das Gerät an beliebigen Fahrzeugtypen verwendet werden kann.

Erforderlich ist die Umschaltung der Induktivitäten dann, wenn das Fahrzeug nacheinander verschiedenen Leitern folgen soll, die mit einer unterschiedlichen Fre-

quenz erregt werden. Als Erregergeneratoren für die Leiter werden vorzugsweise Geräte verwendet, die, wie prinzipiell in F i g. 11 dargestellt, in an sich bekannter Weise als frequenzbestimmenden Teil einen Quarzoszillator 58 aufweisen, dessen Ausgangsspannung 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 Ausgangsklemme 61 des Verstärkers angeschlossenen Widerstand, der durch die Länge 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 F i g. 1 mit je einem von zwei Schmitt-Triggern 28 und 29 verbunden, wobei dem Eingang e4 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 ei des UND-Gatters 30 und auf den Eingang ei des UND-Gatters 31 gegeben. Die vom Schmitt-Trigger 29 erzeugte Rechteckimpulsfolge wird dagegen auf die Eingänge ei des UND-Gatters 30 und e4 des UND-Gatters 31 gegeben. Mit 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 Λ-C-Glied 32 angeschlossen, an dessen Ausgang eine Spannung entsteht, die dem Mittelwert der an seinem Eingang anliegenden Impulsfolge entspricht. Diese Ausgangsspannung wird an den Eingang eines Schmitt-Triggers 34 angelegt, der je nach Höhe der angelegten Spannung eines der Binärzeichen »0« oder »L« liefert. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 34 ist mit dem Eingang ei eines UND-Gatters 36 und mit einer Impulsbreitensteuervorrichtung 38 verbunden.

Analog dazu ist an den Ausgang des UND-Gatters 31 ein Ä-C-Glied 33 angeschlossen, dem ein Schmitt-Trigger 35 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 35 ist einerseits mit einem Eingang ei eines UND-Gatters 37 und der 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 kleiner 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 derartige Anordnung im Prinzip. Der astabile Multivibrator erzeugt Spannungsimpulse von vorzugsweise 130Hz mit sehr schmaler Impulsbreite, die 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 Mement an seiner rechten Elektrode ein negatives Potential und an seiner linken Elektrode das Nullpotential aufweisen. Solange die rechte Elektrode des Kondensators 41 negativ gegenüber dem Emitter eines in einem Teil 48 enthaltenen Transistors 49 ist, ist dieser Transistor 49 gesperrt. Er bleibt so lange gesperrt, bis die negative Ladung des Kondensators 41 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 Eingangsklemmen ei und e4 der UND-Gatter 36 und 37 angelegt ist. Der veränderliche Widerstand 50 des Teils 51 kann auch ein Transistor sein. Die Größe dieses Widerstandes wird durch die an eine Klemme 45 angelegte Ausgangsspannung des Resonanzverstärkers 23 bestimmt. Vorzugsweise ist die Schaltung so ausgelegt, daß der Widerstand 50 bei großer Ausgangsspannung 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 Leiter 24 zunächst mit einem kräftigen Rücksteuerimpuls zu versorgen, d. h. die Steuerung mit einem sogenannten D-Verhalten zu versehen, ist in die Impulsbreitensteuerung ein einen Widerstand 52 und einen 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 des Schmitt-Triggers 35 ist über eine Diode 56 und die Klemme 46 mit dem den Widerstand 52 und den Kondensator 53 enthaltenden Teil 54 verbunden. Erscheint bei einer Abweichung des Fahrzeugs vom Leiter 24 das Binärzeichen »L« am Ausgang des Schmitt-Triggers 35, so wird eine diesem Binärzeichen entsprechende Spannung an den im Normalzustand entladenen Kondensator 53 angelegt, der im ersten Moment als Kurzschluß wirkt, wodurch die Spannung an die Basis des Transistors 49 gelangt und diesen so lange sperrt, bis der Kondensator 53 aufgeladen ist. Die Breite dieser D-Impulse kann durch den veränderbaren Widerstand 52 eingestellt werden, der die Aufladezeit des Kondensators 53 bestimmt. Danach läuft die Erzeugung der den Lenkmotor 40 beeinflussenden Impulse wie beschrieben ab.

Je nach Richtung der Abweichung des Fahrzeuges nach links bzw. rechts ist eines der UND-Gatter 36 bzw. 37 geöffnet und die Impulse gelangen zu dem Lenkmotor 40 und verursachen einen Links- bzw. Rechtsverlauf. Als Lenkmotor 40 wird vorzugsweise ein Reihenschlußmotor mit zwei getrennten Feldwicklungen für Links- und Rechtslauf vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Elektrische Steuereinrichtung für die selbsttätige Steuerung eines Fahrzeuges nach einem vorgegebenen elektromagnetischen Feld, das um einen entlang einer Fahrstrecke des Fahrzeugs angeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Leiter aufgebaut ist, und das von wenigstens zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Spulen abtastbar ist, wobei die Größe und Phasenlage der beiden in den Spulen induzierten Spannungen ein Maß für die Abweichung von dem vorgegebenen elektromagnetischen Feld ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer in der Nähe der der Lenkung des Fahrzeuges dienenden Achse horizontal und quer zur Fahrtrichtung angeordneten ersten Spule (20) eine Spannung induziert wird, die als Referenzspannung für eine zweite Spannung vorgesehen ist, die in einer vertikal zur Achse der ersten Spule (20) angeordneten zweiten Spule (22) induziert wird, wobei die Amplitude der in der zweiten Spule (22) induzierten Spannung die Größe der seitlichen Abweichung des Fahrzeugs von der Fahrstrecke charakterisiert, und wobei die Phasenlage, bezogen auf die Phasenlage der Referenzspannung, die Richtung der Abweichung angibt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, 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 Schwingkreis-Induktivität (26, 27) und der Schwingkreiskapazität (64) Relais (A, B, Q vorgesehen sind, die mit der Steuereinrichtung eine bauliche Einheit ergeben.

3. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, 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 rechteckförmige Spannung umformt, und daß jede der beiden Rechteckspannungen an je einem Eingang zweier parallelgeschalteter UND-Gatter (30, 31) anliegt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Phasengleichheit das erste UND-Gatter (30) ein Ausgangssignal abgibt und daß bei einer Phasenverschiebung von 180° das zweite UND-Gatter (31) ein Ausgangssignal 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 UND-Gatters

(31) einer Abweichung nach rechts entspricht.'

5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der UND-Gatter (30, 31) an je ein /?-C-Glied (32, 33) zur Mittelwertbildung angelegt sind, und die daraus resultierenden Mittelwertspannungen an je einem Schmitt_:Trigger (34, 35) anliegen, und die am Ausgang der Schmitt-Trigger (34, 35) erscheinenden Binärzeichen die Abweichung des Fahrzeuges von der vorgegebenen Fahrstrecke nach rechts bzw. nach links angeben.

6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Ansteuerung eines die Fahrtrichtung korrigie* renden Lenkmotors (40) eine Impulsbreitensteuerung (38) vorgesehen ist.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Impulsbreite für die Ansteuerimpulse des Lenkmotors (40) bestimmende Teile (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.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, 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 Ammplitude der in der Regelsignalspule (22) induzierten Spannung zunimmt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, 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.

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

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, 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

12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitensteuerung (38) mit einem ein sogenanntes D-Verhalten erzeugendem Teil (54) versehen ist.

13. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor des Fahrzeuges bei Absinken der in der Referenzspule (20) induzierten Spannung unter einen bestimmten Wert durch einen Steuerteil (63) abschaltbar ist