DE2137631A1

DE2137631A1 - Verfahren und vorrichtung zur selbsttaetigen spurfuehrung von gleislosen fahrzeugen

Info

Publication number: DE2137631A1
Application number: DE2137631A
Authority: DE
Inventors: Werner Deck
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1971-07-28
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1973-02-01
Also published as: FR2147664A5; DE2137631C3; DE2137631B2; CH539879A

Description

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j CHVH, BOVERI & ClE. . AKTIENGESELLSCHAFT K^ . j ■. >

! MAK-Ni!ElM BROWN COVtMI

Mp.-Hr. 561/71 Mannheim, den 27. Mai 1971

PAT-H/Bt.

Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Spurführung von j gleislosen Fahrzeugen '

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Führung eines frei beweglichen, gleislosen Fahrzeuges längs eines eine Iahrbahn markierenden, von einem Wechselstrom durchflos= senen Leiters, wobei das Fahrzeug eine aus zwei Sensoren beste= hende Einrichtung zur Erfassung des von dem stromdurchflos= senen Leiter ausgehenden magnetischen Feldes aufweist, von denen der eine auf die horizontale und der andere auf die vertikale Komponente des magnetischen Feldes anspricht, und ! wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die aufgrund der erfaßten Werte des magnetischen Feldes einen Servo-Antrieb für die Lenkung des Fahrzeuges in der Weise beeinflußt, daß das Fahrzeug auf der vorgegebenen Fahrbahn verbleibt.

Sowohl in Fabriken, Lagern und dergl. als auch auf Straßen besteht das Bedürfnis, gleislose Fahrzeuge entlang einer Leitlinie selbsttätig verkehren zu lassen, wobei die Lenkung bei der Abweichung des Fahrzeuges von der vorgeschriebenen Bahn selbsttätig beeinflußt werden soll«,

Box einer bekannten Einrichtung zur Anzeige der Abweichung von einer Leitlinie zwecks Blindlonkung von Kraftfahrzeugen sind zv/ei in geeigneter Tiefenlage verlegte elektrische Lei= tungon vorgesehen, die mittels von in stationären Speisestollen

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erzeugten Wechsel- oder Induktionsströmen auf akustische oder andere Anzeigemittel im Fahrzeug von am Fahrzeugboden in geeigneter Verteilung zur Wagenachse angeordnete Spulen so einwirken, daß eine Fahrzeugabweichung von der Straßenachse nach der einen oder anderen Richtung zur Anzeige gelangt (DT-PS 932 171). Diese Anzeigeanlage dient aber nur für die Unterstützung des Fahrers und ist für eine vollautomatische Kraftfahrzeugführung nicht anwendbar.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung zur selbsttätigen Lenkung von Fahrzeugen ist entlang einer Leitlinie an dem Fahrzeug eine Abfragevorrichtung mit wenigstens einem zwischen Polschuhen angeordneten Ilallgenerator vorgesehen und derart magnetisch mit der Leitlinie gekoppelt, daß bei Abweichungen von der vorgeschriebenen Bahn ein Ilallspannungssignal entspre= chend der Polarität einen Stellmotor für die Lenkung beeinflußt (DT-AS 1 125 521).

Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Führung eines frei in einer Ebene beweglichen Fahrzeuges auf einer durch einen strom= durchflossenen Linienleiter markierten Fahrbahn bekannt, bei der das Fahrzeug zur Erfassung des von dem Linienleiter ausgehenden magnetischen Feldes zwei Sensoren aufweist, von denen jeweils einer nur auf die vertikale oder horizontale Komponente des magnetischen Feldes anspricht, die-auf eine Regeleinrichtung einwirken, wodurch Servoantriebe in der Weise beaufschlagt werden, daß das Fahrzeug nicht von der vorgegebenen Bahn abweichb (DT-OS 1 902 037). Bei dieser bekannten Einrichtung ist jedoch nachteilig, daß die in den Sensoren erzeugte Span= nung bei der horizontalen Spule ein sehr steiles ria:-:imuia auf= weist, während die Spannung bei relativ geringen Entfernungen von der Leitlinie stark abfällt. Der die vertikale Komponente

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auswertende Sensor erzeugt eine Spannung, die bei einer j

Abweichung nach der einen Seite des Linienleiters positiv j

und nach der anderen negativ ist, und die.bei einer relativ ^!

geringen Abweichung von der Leitlinie ein Maximum aufweist, j aber deren Größe bei einer größeren Entfernung wieder absinkt,

so daß einem bestimmten Spannungswert zwei verschiedene :

Entfernungswerte von der Leitlinie zugeordnet sind, womit i bei Überschreiten einer gewissen Abweichung keine eindeutigen
Indizien für die Lage des Fahrzeuges gegeben sind.

Es ist weiterhin eine Einrichtung zum Lenken eines frei
beweglichen Fahrzeuges bekannt, das einen Meßfühler für
magnetische Felder sowie Regeleinrichtungen und Servomotoren I aufweist, wobei in der Fahrbahn zwei parallele Linienleiter j vorgesehen sind, die von Strömen jeweils unterschiedlicher j Frequenz durchflossen sind (DT-OS 1 902 039).

Nachteilig ist jedenfalls bei allen diesen bekannten Einrich= j tungen, daß bei größer werdender Abweichung von der vorge= j schriebenen Bahn die zur Steuerung zur Verfügung stehenden !

Signale, in ihrer Größe stark abnehmen, womit die Stellgröße ·

für den Servoantrieb schnell kleiner wird, so daß dieser i

bei einer Abweichung von der Fahrbahn mit größer werdender j

j Abweichung immer weniger stark nachgestellt wird, womit I

ι I

eine dauernde Abweichung von der Fahrbahn nicht ausgeschlossen _;

ist. Ein gewolltes Überwechseln auf eine parallele Fahrbahn, ' j die einen von einem Strom abweichender Frequenz durchflossenen
! Leiter aufweist, was durch eine Umschaltung der Resonanzfrequenz ; im Stromkreis des Sensors realisierbar wäre, ist bei den

bekannten Anordnungen praktisch nicht möglich.

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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, bei dem die Stellgröße für den Servoantrieb der Lenkung bei größer werdendem Abstand von dem in der Fahrbahnmitte verlegten stromdurchflossenen Leiter im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen nicht fällt, sondern steigt, womit eine raschere Rückführung des Fahrzeuges zur Fahrzeugrnitte ermöglicht wird. Weiter soll bei zwei parallelen Fahrbahnen mit jeweils einem von Strömen verschiedener Frequenz durchflos;= senen Leiter ein Überwechseln von der einen auf die andere Fahrbahn ermöglicht sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß darin, daß die von den beiden mit ihren Achsen senkrecht zueinander angeordneten Sensoren abgegebenen Spannungen einem Quotientenbildner zugeführt werden, in dem ein dem Quotienten aus der Spannung des Sensors für die vertikale Komponente und der Spannung des Sensors für die horizontale Komponente proportionaler Wert gebildet wird und in Form einer elektrischen Spannung abgebildet einem Phasenkontrollgerät zugeführt wird, in dem die Phasenlage der beiden Spannungen der Sensoren verglichen und eine Einwirkung in einer solchen Weise erfolgt, daß bei gleicher Phasenlage die Polarität der Ausgangsgleichspannung des Phasenkontrollgerätes unverändert bleibt und bei verschie= dener Phasenlage der beiden Spannungen die Polarität der Ausgangsgleichspannung umgekehrt wird, und daß die so gewonnene Ausgangsgleichspannung auf den Servoantrieb für die Lenkung wirkt.

Dia Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß der Quotient aus der von dem Sensor für die vertikale Komponente abgegebenen Spannung und der des Sensors für die horizontale Komponente der horizontalen Abweichung der Sensoren vom Lirtienleiter proportional ist, wie im folgenden nachgewiesen werden soll.

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Bei Verwendung einer Luftspule oder Ferritspule als Sensor Wird in dieser eine der Feldstärke H des von einem Strom I· durchflossenen Leiters proportionale Spannung U induziert» Deren Größe ist bei der horizontalen Spule S.

= w

2 (a +

Dabei ist a der vertikale Abstand und d der horizontale Ab= stand der Spulenachse vom stromdurchflossenen Leiter und w die Windungszahl. Für die Spannung U„ in der vertikal ange ordneten Spule S„ gilt dann folgende Beziehung:

= w

+ d²)

Bildet man den Quotienten von

und U ergibt sich

2 Tt

2 7Γ (a² -f- d²)

a.-

v/as bedeutet, ,daß bei einem konstanten vertikalen Abstand der Spulen vom stromdurchflossenen Leiter der Quotient der beiden Spannungen proportional dem horizontalen Abstand der Spulenachse vom stromdurchflossenen Leiter ist.

Bei einer Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dient als Quotienten-Bildner eine Anordnung von zv/ei Verstärkern, die bei gleicher Regelspannung gleiche Verstärkungsgrade auf v/eisen, und wobei jeder Sensor jeweils mit einem Verstärker verbunden ist und wobei der eine Verstärker für die Spannung des horizontalen Sensors so geregelt ist,

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daß seine Ausgangsspannung eine konstante Größe ist, wobei der Eingang des Stellgliedes des Verstärkers mit dein Stellglied des zweiten Verstärkers verbunden ist und beiden die gleiche Regelspannung (Hilfsstellgröße) zugeführt wird, wobei als Phasenkontrollgerät ein phasenabhängiger Gleichrichter dient, mit dessen ersten Eingang die Ausgänge des ersten Verstärkers und mit dessen zweiten Eingang die Ausgänge des zweiten Verstärkers verbunden sind, und wobei dessen Ausgang mit dem Servoantrieb für die Lenkung des Fahrzeuges verbunden ist, an dem bei Phasengleichheit der Ausgangsspannungen der beiden Verstärker eine positive und bei verschiedener Phasenlage der beiden Äusgangsspannungen der beiden Verstärker eine negative Spannung ansteht.

Als Sensoren können Luftspulen oder auch Spulen mit Ferrit= kernen dienen.

Das erwähnte Stellglied des Verstärkers kann eine Elektronen= röhre, ein Transistor oder Thyristor sein. Die Hilfsstellgröße ist eine Spannung, die dem Gitter der Röhre oder Thyristor bzw. der Basis des Transistors zugeführt wird. Bei einer Änderung der Eingangs spannung des ersten Verstärkers., wird die Hilfsstellgröße so verändert, daß sich eine konstante Ausgangsspannung am ersten Verstärker ergibt. Die gleiche Hilfsstellgröße wird auch dem Stellglied, also dem Gitter j bzw. der Basis einer Röhre oder eines Transistors des zweiten "/erstärkers zugeführt, der damit den gleichen Verstärkungsgrad wie der erste aufweist. Dessen Ausgangsspannung wird jedoch j hierdurch nicht auf einen konstanten Wert geregelt. Am Aus= : gang des ersten Verstärkers ergibt sich dann eine Spannung U. . v = C, wobei U die Spannung am ersten Sensor und ν j der Verstärkungsfaktor des ersten Verstärkers ist und C j eine konstante Spannung ist» Es ist dann v^r=■

1.

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Am Ausgang des zweiten Verstärkers ergibt sich dann eine Spannung U ₂ = U₂ . v, denn bei gleicher Hilfsstellgröße für die beiden Verstärker ist die Verstärkung gleich, gilt dann die Beziehung

Es

^üv2 - ^Ü2

1 ^ül

Das bedeutet, daß die Äusgangsspannung ü „ am zweiten Ver= stärker proportional dem Verhältnis der beiden Eingangs= spannungen U₂ und U₁ ist. Die Ausgangsspannung des zweiten j Verstärkers nimmt, da das Verhältnis der Spannungen der Sensoren der Abweichung vom Linienleiter proportional ist, proportional mit der Abweichung des Sensors vom Linienleiter zu. Lediglich durch den Regelbereich der Verstärker sind für diese Proportionalität Grenzen gegeben. Bei Verwendung üblicher Sensoren und Verstärker läßt sich der Fangbereich gegenüber bekannten Vorrichtungen jedoch um den Faktor 10 vergrößern.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen die

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Sen= soren am Fahrzeug,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf der induzierten Spannungen in Abhängigkeit von der seitlichen Abweichung der Sensoren von dem stromdurchflossenen Leiter darstellt,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Schaltung nach der Erfin= dung und

Fig. 4 ein Diagramm mit über der Abweichung vom Linienleiter aufgetragener Ausgangsspannung des Gleichrichters •für verschiedene vertikale Abstände des zweiten Sensors.

-8t

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j In den Zeichnungen ist mit S₁ der auf die horizontale Komponente Ides durch den stromdurchflossenen Leiter L entstehenden Magnet-Ifeldes ansprechenden, als Spule ausgebildeten ersten Sensor •und mit S₂ der auf die vertikale Komponente ansprechende !sweite Sensor bezeichnet. Die Anschlüsse des Sensors S₁ sind !mit dem Eingang des Verstärkers T- und die Ausgänge des ;Sensors Sp mit. den Eingängen des Yerstärkers V₂ verbunden. · ^!Der Verstärker V₁ weist ein Hilfsstellglied HS₁ auf, das iaine Röhre oder ein Transistor sein kann. Dem.Gitter bzw. der Basis dieses Hilfsstellgliedes wird eine Hilfsstellgröße U__ {Regelspannung) in einer solchen Größe zugeführt, daß am Ausgang des Verstärkers V-. eine konstante Spannung C ausgeregelt wird. Die gleiche Hilfsstellgröße U__ wird auch dem Gitter bzw. der Basis des Hilfsstellgliedes HS₂ des Verstärkers Vpt der ebenfalls eine Röhre oder ein Transistor sein kann, zugeführt. Das Gitter dieses Hilfsstellgliedes wird dann so gestellt, daß die Eingangs spannung U₂ am Verstärker T₂ mit dem gleichen Verstärkungsgrad ν wie die Eingangsapannung am Verstärker V₁ verstärkt wird. .

Die Ausgänge des Verstärkers V₁ sind mit dem einen Eingang sines phasenabhängigen Gleichrichters G und die Ausgänge des jTerstärkers V₂ mit dem. zweiten Eingang des phasenabhängigen Gleichrichters G verbunden. Bei Phasengleichheit der beiden Spannungen U- und Up» die mit den Spannungen an den Sensoren S₁ und S₂ jeweils in Phase sind, ergibt sich am Ausgang des jphasenabhängigen Gleichrichters eine positive Ausgangsspanjnung. Bei in Phasen-Opposition befindlichen Ausgangsspanjnungen U^₁ und U_v2 ergibt sich am Ausgang des Gleichrichters sine negative Gleichspannung.

Diese Gleichspannung dient als Stellgröße für das Stellglied S für die Verstellung der Lenkung des Fahrzeuges. Bei einer positiven Spannung am Stellglied S wird z.B. eine Verstellung der Lenkung nach rechts und bei einer negativen Spannung eine Verstellung nach links vorgenommen.

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Soll das Fahrzeug für Spurwechsel vorgesehen sein_P erhält die zweite parallel zur ersten Fahrbahn verlaufende Fahrbahn einen weiteren Linienleiter_p der von einem Wechselstrom mit von dem anderen Leiter abweichender Frequenz fg durchflossen wird» Durch ein zwischen Verstärker und Gleichrichter zwischengejschaltetesy in der Zeichnung nicht eingezeichnetes, umschaltbares Filter besteht die Möglichlceit, die Einrichtung nur für den Empfang einer bestimmten Frequenz empfindlich zu machen. Falls ein Fahrbahnv/echsel gewünscht wird, wird eine Umschaltung des Filters auf die andere Frequenz vorgenommen. Durch die außerordentlich große Empfindlichkeit auch bei einer relativ großen Entfernung des Fahrzeuges von dem Linienleiter ist bei der neuen Einrichtung ein Wechsel des Fahrzeuges von einer zur anderen Fahrbahn möglich«

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Führung eines frei beweglichen, gleislosen Fahrzeuges längs eines eine Fahrbahn markierenden, von einem Wechselstrom durchflossenen Leiters, wobei das Fahrzeug eine aus zwei Sensoren bestehende Einrichtung zur ^! Erfassung des von dem stromdurchflossenen Leiter ausgehenden magnetischen Feldes aufweist, von denen der eine auf die horizontale und der andere auf die vertikale Komponente des magnetischen Feldes anspricht, und wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die aufgrund der erfaßten Werte des magnetischen Feldes einen Servo-Antrieb für die Lenkung des Fahrzeuges in der Weise beeinflußt, daß i das Fahrzeug auf der vorgegebenen Fahrbahn verbleibt, j dadurch gekennzeichnet, daß die von den.beiden mit ihren Achsen senkrecht zueinander angeordneten Sensoren (S^ bzw. Sp) abgegebenen Spannungen (U- bzw. U_P) einem Quotientenbildner zugeführt werden, in dem ein dem Quotienten : aus der Spannung (Up) des Sensors (Sp) für die vertikale Komponente und der Spannung (U-) des Sensors (S^) für die horizontale Komponente proportionaler Wert gebildet wird und in Form einer elektrischen Spannung abgebildet einem Phasenkontrollgerät zugeführt wird, in dem die Phasenlage P der beiden Spannungen (U- bzw. Up) der Sensoren (S- bzw. S2) verglichen und eine Einwirkung in einer solchen Weise ■ erfolgt, daß bei gleicher Phasenlage die Polarität der ; Ausgangsgleichspannung des Phasenkontrollgerätes unverändert bleibt und bei verschiedener Phasenlage der beiden Span- _; nungen die Polarität der A_Usgangsgleichspannung umgekehrt wird, und^:'.daß die so gewonnene Ausgangsgleichspannung ^; auf den Servoantrieb für die Lenkung wirkt. |

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Schaltung zur Durchführung, des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Quotienten-Bildner eine Anordnung von zwei Verstärkern (V. bzw, Vg) dient-, die bei gleicher Regelspannung gleiche Verstärkungsgrade aufweisen, daß jeder der Sensoren (S- bzw. Sp) jeweils mit einem Verstärker (V- bzw. V₂) verbunden ist₉ und daß der eine Verstärker (V₁) für die Spannung des horizontalen Sensors (U₁) so geregelt ist,, daß seine Ausgangsspannung (U₁) eine konstante Größe ist, daß der Eingang des Stellgliedes (HS₁) des Verstärkers (V₁) mit dem Stellglied (HSg) des zweiten Verstärkers (V₂) verbunden ist und beiden die gleiche Regelspannung (Hilfsstellgröße) · (tL·) zugeführt wird, daß als Phasenkontrollgerät ein phasenabhängiger Gleichrichter (G) dient, mit dessen ersten Eingang die Ausgänge des ersten Verstärkers (V₁) und mit dessen zweiten Eingang die Ausgänge des zweiten Verstärkers (V₂) verbunden sind, und daß dessen Ausgang mit dem Servoantrieb für die Lenkung des Fahrzeuges verbunden ist, an dem bei Phasengleichheit der Ausgangsspannungen der beiden Verstärker (V₁ bzw. V₂) eine positive und bei verschiedener Phasenlage der beiden Ausgangsspannungen der beiden Verstärker (V₁ bzw. Vp) eine negative Spannung (U_) ansteht.

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