DE1801967C3

DE1801967C3 - Vorrichtung zum Steuern eines frei beweglichen Fahrzeuges entlang einem stromdurchflossenen Leiter

Info

Publication number: DE1801967C3
Application number: DE1801967A
Authority: DE
Inventors: Winfried Prof. Dr.-Ing. Dr.Ing. E.H. 6100 Darmstadt Oppelt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-09
Filing date: 1968-10-09
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE1801967A1; DE1801967B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Zum Steuern eines frei beweglichen Fahrzeugs entlang einem stromdurchllossenen Leiter durch zwei am Fahrzeug in Längsrichtung hintereinander angeordnete Antenneneinrichtungen, die die magnetische IFeldintensität des Leiters zur Anzeige der Fahrzeugabweichung aus der Sollstellung bzw. zur Lenkung des Fahrzeugs mittels eines auf die Fahrzeugsteuerung einwirkenden Servotriebs benutzt.

Der automatischen Steuerung und Lenkung von Kraftwagen kommt in zunehmendem Maße eine immer größere Bedeutung zu, wenn auch durch solche selbstgesteuerten und gelenkten Kraftwagen im öffentlichen Verkehr der Mensch als Fahrer wohl Ikaum ganz ersetzbar sein dürfte. Auf verschiedenen Gebieten aber, wie beispielsweise der technischen Entwicklung und der Serienproduktion von Kraftfahrzeugen, lassen sich mit sclbstgesteuerten und -gelenkten Kraftfahrzeugen wichtige Kenntnisse gewinnen, da neben den Versuchen im Labor und auf den Prüfständen die Erprobungen im praktischen Fahrtest immer wichtiger werden. Nur auf diese Weise lassen sich der Wirklichkeit sehr nahe kommende oder sogar entsprechende Verhältnisse sehr genau nachbilden und beliebig oft wiederholen Auch ist es erst durch selbstgesteuerte Fahrzeuge möglich, eine hohe Präzision und Gleichmäßigkeit im Ablauf und in der Wiederholung der Versuche zu erreichen, da sich alle menschlichen Unzulänglichkeiten und Fehler weitgehend ausschalten lassen.

Zur Durchführung solcher Versuchsreihen sind schon Kraftfahrzeuge mit Selbststeuerung ausgerüstet worden, die allerdings noch erhebliche Mangel aufweisen. An solchen Versuchsfahrzeugen sind beispielsweise an der vorderen Stoßstange Antennen befestigt, die über einen in der Fahrbahn verlegten elektrischen Leiter induktiv beeinflußbar sind. Die in den Antennen induzierten Spannungen werden bei den bekannten Ausführungen von Fernsteuerun- «!-n für Kraftfahrzeuge voneinander subtrahiert. Bei langsam fahrenden Fahrzeugen wird nur diese

DifTerenzspannung als Maß für die seilliche Abweichung der Fahrzeuge von der Leitlinie einem Proportionalregler zugeführt, der se.nerse.ts über einen Servoantrieb die Lenkung betätigt.

;\uch ist durch die deutsche Auslegeschrift

_lu p'l)Si')l bereits bekannt, zwei in Richtung der 1 änt-savhse des Fahrzeugs hintereinander angeordnehTAnienneneinrichtungen zu verwenden.

Bei schnell fahrenden Fahrzeugen genügt jedoch diese Proportionalregelung weder durch die Antennen

,5 an der vorderen Stoßstange noch durch die in Längsrichtung hintereinander angeordneten Antennen, da das Fahrzeug in Abhängigkeit von seiner Geschwindfgkeit ein anderes Lenkverhalten zeigen muß. Da sich neben der Fahrgeschwindigkeit auch die dyna-

mischen Eigenschaften des Fahrzeugs, die nicht nur vom Fahrzeugtyp, sondern beispielsweise auch von dessen Beladung und deren Verteilung innerhalb des Fahrzeugs sowie von weiteren Parametern abhängen, auf seine Stabilität stark auswirken, ist die Dimensio-

nierung des Reglers für die Lenkung, insbesondere für einen großen Geschwindigkeitsbereich, sehr schwierig und mit viel Aufwand verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Fahrstabilität von Fahrzeugen zu verbessern, ohne

die Vielzahl der Parameter berücksichtigen zu müssen und mittels eines großen Aufwands im Regler zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung zum Steuern eines frei beweglichen Fahrzeugs entlang einem stromdurchllossenen Leiter

durch zwei am Fahrzeug in Längsrichtung hintereinander geordnete Antenneneinrichtungen, die die magnetische Feldinlensität des Leiters zur Anzeige der Fahrzeugabweichung aus der Sollstellung bzw. zur Lenkung des Fahrzeugs mittels eines auf die

Fahrzeugsteuerung einwirkenden Servotriebs benutzt dadurch erreicht, daß die durch die Abweichung des Fahrzeug;, von seiner Sollstellung gebildeten Steuerwerte in einem unterschiedlich wählbaren Verhältnis, und zwar der Sleuerwert der vorderen Anienneneinrichtung stärker als der Steuerwert der hinteren Antenneneinrichtung aul die Auswerte- und Steuereinrichtungen aufgeschaltet sind.

Die in der Längsrichtung des Fahrzeugs hintereinander angebrachten Antennenanordnungen be-

stehen vorteilhafterweise aus zwei symmetrisch zur Längsachse des Kraftwagens angeordnete Ferritantennen.

Die in den beiden vorderen oder hinteren Ferritantennen induzierten Spannungen sind gegeneinander geschaltet, und die sich aus dem Vergleich der beiden vorderen sowie der beiden hinteren Spannungen jeweils ergebenden DilTercnzspaniiungen sind beispielsweise einem Differenzverstärker unterschiedlich stark aufgeschaltet, und zwar in der Weise, daß bei einer

Abweichung der Fahrzeuglängsachse von der Leitlinie das Verhältnis der DifTerenzspannung der vorne angeordneten Antennen zu der Differenzspannung der hinten angeordneten Antennen über die Lenkbewegung des Fahrzeugs konstant, beispielsweise ;<uf 70 oder 80 °o gehalten wird.

Durch diese Maßnahme ist erreicht, daß auch ein Fahrzeug, das parallel zum elektrischen Leiter versetzt fährt, wieder auf diesen zurückgeleitet wird.

Durch die stärkere Aufschaltung der Spannung, die in den beispielsweise an der vorderen Stoßstange angebrachten Antennen induziert ist, ist das Verhältnis zu der Spannung, die in den beispielsweise an der hinteren Stoßstange angebrachten Antennen induziert ist, bei parallel zur Leiterbahn fahr:nden Fahrzeugen konstant immer > 1; nur dadurch ist auch eine Korrektur bei derartigen Abweichungen von Fahrzeugen durchführbar.

Bei jeder Abweichung des Fahrzeugs von dem in der Fahrbahn verlegten elektrischen Leiter nähert sich das Fahrzeug der Leiterbahn nach einer «'-Funktion, das heißt, das Fahrzeug nähert sich sehr schnell der durch den elektrischen Leiter vorgegebenen Fahrbahn, ohne mit seiner Längsachse den eleklrisehen Leiter zu überfahren.

Weicht ein Fahrzeug vorn von der vorgesehenen Fahrzeugspur ab, so wird es sofort durch die erfindungsgemäße induktive Steuerung zur Mitte hingelenkt, wobei mit dem Gegenlenken befits begon- nen ist, bevor die Längsachse des Fahrzeugs den elektrischen Leiter erreicht hat. Bricht dagegen ein Fahrzeug hinten aus, so nimmt die automatische Steuerung sofort ein Gegenlcnkmanöver vor, wodurch ein seitliches Schleudern vermieden ist.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die erfindungsgemäße Steuerung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Annäherungsspur eines von dem Leiter abgewichenen Fahrzeugs,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Steuerung in Blockschaltbildern und

Fig. 3 den prinzipiellen Verlauf der Einzelspannungen und der Difierenzspannung, die in einem am Fahrzeug befestigten Spulenpaar induziert sind.

In dem in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystem möge der in der Fahrbahn verlegte stromdurchfiossene Leiter in Richtung der .v-Achsc verlaufen. Das ihn umgebende Magnetfeld wird dann, wie in Fig. 1 nicht näher dargestellt, durch Antennen (4-1 I, 4-1 r und 5-1 /, 5-1 r, Fig. 2) aufgenommen, die am vorderen Teil 4, beispielsweise an oder unter den Stoßstangen eines schematisch dargestellten Fahrzeugs 6 sowie am hinteren Teil 5 des Wagens, beispielsweise wieder an oder unter den Stoßstangen, befestigt sind. Die in den Spulen 4-1 /, 4-1 r: 5-1 /, 5-1 / induzierten Spannungen werden über Filter 7 und Gleichrichteranordnungen 8 DifTerenzverstärkem 9 und 10 zugeführt; in dem Differenzverstärker 9 wird der Spannungsvergleich zwischen den induzierten Spannungen der Antennen vorgenommen, die beispielsweise an der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs angeordnet sind, während im Differenzverstärker 10 die induzierten Spannungen der entsprechenden Antennen ver-

45 glichen werden, die beispielsweise, an der hinteren Stoßstange befestigt sind.

Die Ausgange der beiden Differenzverstärker 9 und 10 sind im Ausführungsbeispiel der Fi g. 2 dann auf Potentiometer 11 und 12 geschaltet, an denen dann entsprechend die Spannungen Um und Umi anliegen. Diese beiden Differenzspannungen Ui,\- und Uim werden in einem weiteren Differenzverstärker 13 miteinander verglichen. Durch die Potentiometer 11 und 12 wird eine verschieden starke Aufschaltung tier !-seiden Differenzspannungen Unrund ί//,//erreicht, und zwar in der Art, daß das Verhältnis der durch die vordere zur hinteren Abweichung unterschiedlich induzierten Spannungen immer gleich konstant ist, beispielsweise 70 oder 80 °/o beträgt. Auf Grund dieser unterschiedlichen Aufschaltung bewegt sich dann nach jeder Abweichung von dem elektrischen Leiter das Fahrzeug auf einer t'-Funktion 2 (Fig. 1) auf diesen Leiter wieder zu. Die einer solchen Abweichung entsprechenden unterschiedlichen Spannungen £//,(■ und Uim sind in Fig. 1 durch Pfeüe parallel zur y-Achse symbolisiert.

Dem Differenzverstärker 13 ist dann ein weiterer Differenzverstärker 14 nachgeschaltet, der über einen Verstärker 15 einen Stelltrieb 16 schaltet, durch den die Lenksäule 18 und damit über einen nicht näher dargestellten Lenkmechanismus die Vorderräder 4-2 verstellbar sind. Auf der Lenksäule 18 ist ein Potentiometer 17 angebracht, das entsprechend jeder Veränderung der Vorderräder 4-2 mitverstellt wird, und zwar so weit, bis die von ihm abgeleitete Spannung am Eingang 14-2 des Differenzverstärkers mit der von dem Differenzverstärker 13 gelieferten, am Eingang 14-1 anliegenden Spannung übereinstimmt. Durch diesen hier nur schematisch angedeuteten Vergleich /wischen der Soll- und Iststcllung der Vorderräder 4-2 eines Fahrzeugs ist sichergestellt, daß die Vorderräder immer so weit verstellt sind, wie es auf Grund einer Abweichung des Fahrzeugs den in den Ferritantennen induzierten Spannungen entspricht.

In Fig. 3 ist der Spannungsverlauf in einem Ferritantennenpaar wiedergegeben. Hierbei stellen die durchbrochenen Linien den Spannungsverlauf in jeder einzelnen Ferritantenne dar, während die ausgezogene Kurve etwas idealisiert den Verlauf der Differenzspannung Ui,y bzw. Unn wiedergibt. Die parallel zu der Ordinate Un verlaufenden durchbrochenen Linien deuten den Fangbereich an, innerhalb dem das Fahrzeug von seinem Leiter, der in diesem Fall mit der Ordinate Ui, übereinstimmen würde, maximal abweichen darf, um wieder an den Leiter zurückgeführt zu werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern eines frei beweglichen Fahrzeugs entlang einem siromdurchflossenen Leiter durch zwei am Fahrzeug in Längsrichtung hintereinander geordnete Antenneneinrichtungen, die die magnetische Fcldintensität des Leiters zur Anzeige der Fahrzeugabweichung aus der Sollstellung bzw. zur Lenkung des Fahrzeugs mittels eines auf die Fahrzeugsteuerung einwirkenden Servotriebs benutzt, dadurch ge kennzeichne:, daß die durch die Abweichung des Fahrzeugs von seiner Sollstellung gebildeten Steuerwcrie (Um. Umi) in einem unterschiedlich wählbaren Verhältnis, und zwar der Steuerwert (Um) der vorderen Antenneneinrichtung (4-1 /; 4-1 r) stärker als der Sieuerwert (Um,) der hinteren Antenneneinrichtung (/•-1 /; 5-1 r) auf die Auswerte- und Steuereinrichtungen (13 ... 16) aulgeschaltet sind.

2. Steuerung eines Kraftwagens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Antennenanordnungen aus je zwei symmetrisch zur Längsachse des Kraftwagens (6) angeordneten Ferritantennen (4-1 /. 4-1 r. 5-1 /. 5-1 r) bestehen.