DE19755324A1

DE19755324A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19755324A1
Application number: DE19755324A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Sartori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-06-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung die den Ort und die Lage des Fahrzeugs in einem erdfesten Koordinatensystem genau bestimmt und diese IST-Werte der Fahrzeugposition zur Steuerung des Fahrzeugs nach vorgegebenen SOLL-Werten benutzt. Diese SOLL-Werte sind einerseits die Daten der Raumkurve einer Fahrbahnachse der das Fahrzeug folgen soll, andererseits umfassen die SOLL-Werte Maße und Profile der Fahrbahn die durch das Fahrzeug durch Abtragen oder Auftragen von Material hergestellt werden.

Diese Aufgabenstellung ist ein zentraler Gegenstand beim Bau von Straßen und Eisenbahnstrecken. Die Herstellung des Straßenbelags und des Gleisbetts für die "Feste Fahrbahn" bei Eisenbahn-, Stadtbahn- und Straßenbahnstrecken fordert in zunehmendem Maße eine genaue Vorbereitung des Untergrundes und eine genaue Fertigung der aufzubringenden Beläge.

Die erfindungsgemäße Lösung steht in den Ansprüchen 1 und 3.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den nachfolgenden Unteransprüchen beschrieben.

Vorteile von Anspruch 1 sind:

1. An die Stelle von leicht zu beschädigenden Drähten oder Bezugskanten die die SOLL-Werte für die Fahrzeugposition verkörpern, treten die in der Auswerteeinrichtung gespeicherten Plandaten; sie repräsentieren den Fahrweg, also die SOLL-Positionen des Fahrzeugs.
2. An die Stelle der Abtastung von leicht zu beschädigenden Drähten oder Bezugskanten zur Ermittlung der IST-Position des Fahrzeugs treten Triangulationsmessungen in Bezug auf in ein erdfestes Koordinatensystem eingemessene vorwählbare Referenzpunkte.
3. Die Steuerung erfolgt durch Steuerbefehle, die aus der Differenz der SOLL- und IST-Position des Fahrzeugs errechnet werden.

Vorteil von Anspruch 2 und 4 ist, daß bei der Bestimmung der IST-Position des Fahrzeugs durch die Entfernungsmessungen störanfällige Winkel messungen ausgeschlossen werden, die bei einem Umweltzustand in der Fahrzeugumgebung der durch warme und verunreinigte Luft gekennzeichnet ist, zu großen Meßungenaugkeiten bei der Triangulationsmessung führen würden.

Vorteil von Anspruch 3 und 6 ist, daß die für die Triangulationsmessung erforderliche Gleichzeitigkeit der Entfernungs- und/oder Winkelmessungen durch die Zielerfassungseinrichtung ermöglicht wird.

Vorteil von Anspruch 5 ist, daß ein Ergebnis der Triangulationsmessung mit der Genauigkeit von wenigen Millimetern erreicht wird.

Vorteil von Anspruch 7 ist eine größere Genauigkeit bei der lST- Positionsmessung weil der Blickwinkel der Zielerfassungseinrichtung - wegen der kürzeren Verweildauer bei einer Gruppe von Referenzpunkten, vor dem Schwenk zur nächsten Gruppe von Referenzpunkten - kleiner als bei einer gemeinsamen Zielerfassungseinrichtung für alle Meßeinrichtungen ist.

Vorteil von Anspruch 8 ist die direkte Messung der Neigung der Meßplattform um die Fahrzeug-Längsachse.

Vorteil von Anspruch 9 sind ein geringere Gerätekosten bei nur zwei Meß einrichtungen.

Vorteil von Anspruch 10 ist ein breiteres Leistungsspektrum des Fahrzeugs als bei Anspruch 9.

Vorteil von Anspruch 11 ist die Erhaltung der Entfernungsmeßgenauigkeit der Entfernungsmeßgeräte bei schlechten Umweltbedingungen in der Fahr zeugumgebung.

Vorteil von Anspruch 12 ist die Erweiterung der Vorteile der Ansprüche 1 bis 11 auf die Steuerung des Fahrzeuges und von Baumaschinenteilen nach Planungs SOLL-Werten.

Vorteil von Anspruch 13 ist der Wechsel der Straßenfertigersteuerung von der Abtastung künstlicher Bezugsobjekte auf eine Koordinatensteuerung. Wegfall des Aufbaus und der Abtastung störanfälliger Bezugsobjekte wie Drähte, Schnüre oder Kanten. Größere Flexibilität und Kosteneinsparung, besonders bei der Fertigung von Fahrbahnen mit nicht geraden Fahrbahnachsen und unterschiedlichen Belagprofilen. Kosteneinsparungen beim programmgesteuerten Aufbau der Referenzstrecke und bei der direkten Nutzung von SOLL-Werten die als Planungsdaten in die Auswerteeinrichtung des Straßenfertigers eingelesen werden.

Vorteil von Anspruch 14 ist ähnlich wie bei Anspruch 13. Genauere Fertigung und Kostensenkung bei der Herstellung von Straßenbahn- Gleisbetten und Festen Fahrbahnen mit genauen Oberbau-Anschlußmaßen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde:

a. Direkte Messung von Ort und Lage des Fahrzeugs und von Maschinenteilen im Landeskoordinatensystem unter den gegebenen Baustellen- und Umweltzustandsbedingungen.
b. Verwendung von Plandaten zur Fahrzeugsteuerung (Raumkurve der Fahrbahnachse im Landeskoordinatensystem sowie Form und Maße des Belages) statt künstlicher und störungsanfälliger SOLL-Werte wie Bauwerkskanten, Schnur, Draht, Bauwerksoberflächen.
c. Berechnung der SOLL-IST-Differenzwerte als Führungsgrößen für die Steuereinrichtung.

Als Lösung wird mit der Erfindung verfahrensmäßig vorgeschlagen den Ort und die Lage des Fahrzeugs im Bezug auf in ein erdfestes Koordinaten system eingemessene Referenzpunkte zu vermessen, wobei bei einer Umweltbelastung der Fahrzeugumgebung durch warme und verunreinigte Luft, für die Triangulationsmessung nur Entfernungsmessungen zwischen dem Fahrzeug und den Referenzpunkten zugelassen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Bild 1 eine Drauf- und Seitenansicht vom Fahrzeug und der Referenzeinrichtung

Bild 2 das Fahrzeug als Straßenfertiger

Bild 3 ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Bild 1 ist das Meßprinzip der Orts- und Lagebestimmung der Meßplattform (2) dargestellt.

Auf dem Fahrzeug (1) befindet sich die Meßplattform (2) auf der zwei Meßeinheiten (7) und Querneigungsmeßgerät (8) mechanisch fest montiert sind. Diese Anordnung definiert das Meßplattformkoordinatensystem x,y,z.

Auf der Meßeinheit (7) sind die Laserentfernungsmeßgeräte (3) mit Richtungssteuerung und die Zielerfassungseinrichtung (4) mechanisch fest montiert, sowie Meßgeräte zur Lufttemperatur- und/oder Luftverunreinigungs konzentrationsmessung.

Die Orte aller Referenzpunkte (9) der Referenzeinrichtung wurden im Landeskoordinatensystem vermessen, die zugehörigen Daten sind in der Auswerteeinrichtung gespeichert.

Das Fahrzeug bewegt sich vor der Referenzeinrichtung, die aus einer definierten Anzahl von Meßstativen (6) besteht, mit der Geschwindigkeit v mit dem Ursprung des Meßplattformkoordinatensystem x,y,z auf der Raumkurve K.

Mit den Meßergebnissen der Zielerfassungseinrichtungen (4) werden auf jeder Meßeinheit (7) die zugehörigen Laser-Entfernungsmeßgeräte (3) auf mindestes drei Referenzpunkte (9) gleichzeitig ausgerichtet. Periodische Entfernungsmessungen zwischen der Meßeinheit (7) und mindestes drei Referenzpunkten (9) und die bekannten Abstände zwischen den Referenzpunkten (9) ergeben eine periodische Ortsbestimmung der beiden Meßeinheiten (7) und zusammen mit den Meßergebnissen des Neigungsmeßgerätes (8) eine periodische Orts- und Lagebestimmung des Meßplattformkoordinatensystems x,y,z im Landeskoordinatensystem.

Die Fortbewegung des Fahrzeugs entlang der Raumkurve K bringt immer neue Referenzpunkte (9) in das Visier der Zielerfassungseinrichtungen (4). So werden die Laser-Entfernungsmeßgeräte (3) schrittweise auf immer neue Gruppen von Referenzpunkten (9) ausgerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt bei störenden Umweltzustandsbe dingungen in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs für die Triangu lation nur Entfernungsmessungen zu, weil die dabei auftretenden lokalen Veränderungen des Brechungsindex der Luft bei Winkelmessungen sehr große Meßfehler und damit vollkommen unbrauchbare Ortsmessungen ergeben würden.

Die Steuerung von Fahrzeug und Baumaschinenteilen ist in Bild 2 und Bild 3 dargestellt.

Die Meßergebnisse über über die IST-Position der Meßplattform in einem erdfesten Koordinatensystem werden in der Auswerteeinheit mit den SOLL- Werten der Fahrbahnachse und der Höhe des Fahrbahnbelags über der Fahrbahnachse (geplante Werte) verglichen. Die in der Auswerteeinheit enthaltene Steuereinrichtung setzt die berechneten SOLL/IST-Differenzwerte in Steuerbefehle für die Hydraulikventile der Fahrzeuglenkung und der Bohleneinstellung (für die Höhe des Fahrbahnbelages) um.

Der Fahrbahnbelag wird nach den geplanten Maßen hergestellt.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Meßplattform

3

Laser-Entfernungsmeßgerät mit Richtungssteuerung

4

Zielerfassungseinrichtung

5

Meßgerät zur Lufttemperatur- und/oder Luftschadstoffkonzentrationsmessung

6

Meßstativ

7

Meßeinheit

8

Querneigungsmeßeinrichtung

9

Referenzpunkte

10

Auswerteeinrichtung

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß vom Fahrzeug aus Triangulationsmessungen im Bezug auf in ein erdfestes Koordinatensystem eingemessene vorwählbare Referenzpunkte im benachbarten Gelände vorgenommen, die IST Position des Fahrzeuges und mit der einspeicherbaren SOLL Position in der geplanten Raumkurve der Straßenachse der Steuerbefehl berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tri angulationsmessung Entfernungsmessungen zwischen dem Fahrzeug und den Referenzpunkten vorgenommen werden.

3. Vorrichtung zur Messung des Ortes und der Lage eines fahrenden Fahrzeugs in Bezug zu einem erdfesten Koordinatensystem insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug zumindest zwei voneinander beabstandete drahtlose Entfernungs- und/oder Winkelmeßgeräte trägt, welche Entfernungs- und/oder Winkelmeßgeräte auf von einander beabstandete, in ein erdfestes Koordinatensystem eingemessene vorwählbare Referenzpunkte einer Referenzstrecke im benachbarten Gelände ausrichtbar sind, daß zum Ausrichten der Entfernungs- und!oder Winkelmeßgeräte auf die Referenzpunkte wenigstens eine Zieler fassungseinrichtung vorgesehen ist und daß die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Triangulationsmessung und zum Ermitteln der IST-Position des Fahrzeuges sowie zum Abgleichen mit der SOLL Position in der geplanten Raumkurve der Straßenachse aufweist, welche Einrichtung mit den Entfernungs- und/oder Winkelmeßgeräten sowie mit dem zumindest einen Zielerfassungsgerät in Signal- und Steuer verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug Entfernungsmeßgeräte aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug Laser-Entfernungsmeßgeräte aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine Zielerfassungseinrichtung mit flächenhafter Abbildung der Referenzpunktanordnung aufweist, welche zumindest drei Referenzpunkte gleichzeitig erfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Entfernungsmeßgerät zumindest eine Zielerfassungsein richtung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine Querneigungsmeßeinrichtung aufweist welche mit der Auswerteeinrichtung in Signal- und Steuerverbindung steht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug zumindest zwei Meßeinheiten mit wenigstens drei Entfernungs- und!oder Winkelmeßgeräten aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug drei Meßeinheiten mit wenigstens drei Entfernungs- und/oder Winkelmeßgeräten aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug wenigstens ein Meßgerät zur Lufttemperatur- und/oder Luftverunreinigungskonzentrationsmessung aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß das Fahrzeug eine Steuerung zur Durchführung von Lenkbewegungen und Bewegungen von Baumaschinenteilen aufweist die mit der Auswerteeinrichtung in Verbindung steht, die gleichzeitig als Steuereinrichtung ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Fahrzeug als Straßenfertiger ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Fahrzeug als Gleisbettfertiger ausgebildet ist.