DE2258764C3 - Automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge - Google Patents

Description

die Hinterräder 5, 5' Antriebsräder sind. Die Räder 3, 3' werden von einem Lenkmotor 7 über einen Lenkmechanismus gesteuert, der ein Lenkgetriebe 9 umfaßt. Die Räder 5, 5' werden von einem Antriebsmotor 11 über ein Differentialgetriebe 13 angetrieben. Der Lenk motor 7, der Antriebsmotor 11 sowie die im folgenden beschriebenen verschiedenen Steuerschaltungen werden von einer Batterie 15 mit elektrischer Energie gespeist. An der Unterseite des Fahrzeugs 1 ist eine Lichtquelle 17 montiert, die Licht strahlenförmig aussendet. In ähnlicher Weise ist an der Fahrzeugunterseite ein Lichtempfänger oder -detektor 19 an einer Stelle montiert, an c*=r die von der Lichtquelle 17 ausgehenden Lichtstrahlen nach Reflexion durch eine Fläche einer Fahrbahn ■»··*- treffen.

In Fig. 2 ist die Anordnung der einre: .. Elemente Dl bis D 7 (von links nach recht * „umeriert) gezeigt. Für diese Elemente könr* ; CdS-Zellen, Fototransistoren, Fotodioden u.
den. Gemäß Fig. la ist jedes ncment mit einer Haube 21 versehen, die lang genug ist, um zu verhindern, daß die Elemente einander stören oder beeinflussen, und um dadurch zuverlässigen Betrieb zu

In den obigen Booleschen Gleichungen ist das Subskript η für den in F i g. 3 gezeigten Fall gleich 7. Bekanntlich lassen sich diese Booleschen Gleichungen leicht in einer wirklichen Schaltung verkörpem. Jedes der Signale P,-, das sich aus den Booleschen Gleichungen ergibt, wird dem entsprechenden Relais 31 bis 37 zugeführt. Diese Relais 31 bis 37 arbeiten auf die Kontakte C₁ bis C₇ nach F i g. 4.

Das Signal P₇- (vorübergehender Halt) wird von ίο einem Zähler 29 jeweils gezählt, wodurch die tatsächliche Lage des Fahrzeugs ermittelt wird. Das Signal P_r dient nämlich außer als Signal zum vorübergehenden Anhalten des Fahrzeugs auch als Stellungs-Erkennungssignal. Dieser Fall sei beispielsweise folgen-15 dermaßen betrachtet. Die Fahrbahn, d. h. der Leitstreifen, ist in eine Vidzahl von gedachten Arbeitsabschnitten unterteilt, so daß man einzelne Abschnitte der Fahrbahn bzw. einzelne Arbeitspunkte erhält. .Am Anfangspunkt jedes Abschnitts ist an dem verwendet wer- 20 Leitstreifen eine Lichtreflektormarke vorgesehen, die bei Erkennung durch den Detektor anzeigt, daß das Fahrzeug jeweils den nächsten Abschr'.. erreicht hat. Durch Zählen der von diesen Marken reflektierten Signale ist es daher möglich, daß das Fahrzeug seine

gewährleisten. Mit 22 ist ein Steuergerät bezeich- 25 Stellung erkennt,

net, dessen innerer Aufbau im folgenden be- In Abhängigkeit vom Inhalt des Zählers 29 erzeugt

schrieben werden soll; die Funktion des Steuer- die Folgesteuerung 27 das programmierte Signal i_d,

eeräts 22 besteht darin, die Richtung des Fahrzeugs das den jeweiligen Arbeitsvorgang in diesem Ab-

zu bestimmen sowie den Lenkmotor 7 und der. Anschnitt steuert, etwa Anhalten zum Beladen/Ent-

triebsmotor 11 zu steuern. 30 laden, Rechts- oder Linksfahrt an einer Verzweigung,

Mit 23 ist ein Leitstreifen bezeichnet, der aus einer Passieren des Abschnitts od. dgl.

Falls das Signal P₇- (vorübergehender Halt) die obenerwähnten beiden Funktionen des Haltes und gleichzeitig der weiteren Betriebsart hat, muß das

mit weißer Farbe od. dgl. aufgemalten Linie, einem weißen Klebstreifen, einem Aluminium-Klebstreifen od. dgl. besteht. Verschiedene von den Erfindern

_{uu UB}- "~- gg

durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die besten 35 Fahrzeug bei Erreichen jedes Abschnitts anhalten. Ergebnisse mit Aluminiumstreifen erzielt werden. Bei Um einen solchen Betrieb zu vermeiden, muß dieser Anordnung erzeugen nur diejenigen der EIemente D1 bis D 7 Signale i di d d

i_v die das von dem f

Um einen s

Signal zur Ermittlung der Fahrzeugposition getrennt

_{2 v} von dem Signal für vorübergehenden Halt erzeugt

Leitstreifen 23 r flektierte ! icht empfangen. werden; im übrigen sind die einzelnen Vorgangs, zur

Im folgenden sollen Einzelheiten des Steuergeräts 40 Erfül'ung des obigen Zwecks für den Fachmann 22 erläutert werden. Gemäß F i g. 3 erzeugt der De- leicht ersichtlich.

il i In Fig. 4 ist nochmals der in Fig. 1 gezeigte

Lenkmotor 7 dargestellt, der einen Anker . 1 und eine

g _ ...... , „ , , . , , „-ο r_n» r-v~_ Anbor "! ic* mit pirxpx

der gemäß der jeweils gegeoenen ttomoination aer remwicKiung t* uuuaui. u^ ™«»·· ·-■ ··"■ — -.-"" Sienale/, ... L unterschiedliche Steuersignale P₁, P„ 45 Stromquelle S₁ verbunden, bei der es sich um einen P P¹P Ps bzw. P₇- erzeugt. Die Signale P" Teil der in Fi g. 1 gezeigten Batterie 15 handelt. Die Sil di hid Feldwicklung 72 wird von der Ausgangsspannung

eines Magnetverstärkers 41 erregt. Der Verstarker 41 hat zwei Primärwicklungen 43 und 45, denen zwei il hdlh Rchtung (gemäß

22 erläutert werdn g

tektor 19 die obengenannten Signale Z₁,/₂ .../₇. Diese Sienale gelangen an einen Signal-Diskriminator 25, äß d jl onen tomonation aer

PP
u P⁵

P.

und

₇ g

P⁵und P bis P sind Signale, die verschiedenen L enke.nschlag"-Winkeln entsprechen. Das Signal P_P veranlaßt das Fahrzeug 1, einen nachfolgenden Ab-

dl i

ein Programm für den Fahrzeugbetrieb.

In dem Diskriminator 25 wird folgende logische Entscheidung durchgeführt:

VeraniaOl Uas lümitui; *, kiiui nawiiuici,..uv,u , »i# _

schnitt, etwa einen Arbeitsplatz od. dgl., zu passieren. 50 Eingangssignale unterschiedlicher Richtung (gemäß Die beiden Signrle P_s und P₇- sind Haltesignale, wo- den gezeigten Pfeilen) zugeführt werden. Die beiden bei das erstere für Nothalt und das letztere für vor- Wicklungen sind an einem Ende miteinander verübergehenden Halt benutzt werden. Ein Signal i_d aus bunden und geerdet. Das andere Ende der Wicklung

*- t . _v. __t_.u n:~u. u/xui»:«,oi» 43 ;_st an pinpm Gemeinsamen Verbmdungspunkt

mehrerer Widerstände R₁ bis R₃ und der damit in Serie liegenden Kontakte C₁ bis C₃ angeschlossen. In ähnlicher Weise 'Λ das andere Ende der Wicklung 45 an einen gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienschaltung aus Widerständen R₅ bis R₇ und der Kontakte C₅ bis C₇ angeschlossen. Die anderen Enden der jeweiligen Serienschaltungen süH zusammen an einen Pol einer Energiequelle S₂ geführt, deren anderer Pol geerdet ist.

Die Werte der Widerstände R₁ und R₇, R₂ und R₆ sowie R₃ und R₅ sind jeweils gleich, wobei R₁ und R₇ die kleinsten, R₃ und R₅ die größten Widerstände sind und R₂ und R₆ mittlere Werte haben. Wird nun einer der Kontakte C₁ bis C₇ geschlossen, so fließt der

P₁ =i

+ (7,.I₂.

n-2

60

65

P₇. =

Primärstrom für den Magnetverstärker 41 durch die entsprechende Wicklung 43 oder 45 in der durch den jeweiligen Pfeil angegebenen Richtung, und seine Größe entspricht dem Wert des betreffenden Widerstands R₁ bis R₇. Von diesem Primärstrom hängt der Sekundärstrom des Magnetverstärkers 41 ab, der 'die Feldwicklung 72 erregt. Entsprechend³ den Signalen P₁ hi* P₇ nach Fig. 5 wird'daher die Drehzahl des Lerkmotors 7 verändert.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Steuergerät·» wird im folgenden an Hand von Fig. 4 bis 9 erlhutert.

! λ sei angenommen, daß das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leu Greifen 23 nach rechts ausschert, wie dies in f· ι g. b dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt d^s Element /'2 des Detektors 19 das Signal /„, während die übrigen Elemente keine Signale erzeugen. Entsprechend dem Signal /₂ wird von dem Diskriminator 25 das Signal P₂ erzeugt, das das Relais 32 erregt. InMecdessen wird der Kontakt C₂ geschlossen. Dimh die Primärwicklung 43 fließt der von dem Wide rv.and R, bestimmte Primärstrom. Der Verstärker 41 erzeugt daher ein Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach ii! -. dreht Infolgedessen bewegt sich das Fahrzeug 1 gemäß dem Pfeil in F i g. 6 nach links. Fährt nun das Fahrzeug 1 nach links, se hört das Element Dl des DpfMor· 19 auf. das Signal i₂ zu erzeugen, und das Element D3 gibt das Ausgangssignal i_z ab. In Abhängigkeit MHi dem Ausgangssignal J₃ erzeugt der Diskriminator 25 c'as Signal P₃, das das Relais 33 erregt. Der Knntak' C, des Relais 33 schließt, und der Magnetverstärker 41 gibt ein Ausgangssignal ab. das den Lenkmotor? mit klein rer Drehzahl als vorher nach links dreht.

Wie oben erwähnt nimmt die Drehzahl des Lenkmotors 7 ab. wenn sich die Mitte des Fahrzeugs 1 dem Leitstreifen 23 nähert. Da das Fahrzeug 1 sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wird mit Annäherung der Fahr7eugmitte an den Leitstreifen 23 eine weiche Korrektur der Fahrzeugauslenkung erreicht Dies ist für den Korrekrurvorgang erwünscht. Fällt die Fahrzeugmitte mit dem Leitstreifen 23 in dem oben beschriebenen Korrekturvorgang zusammen, so erzeugt der Diskriminator 25 kein Ausgangssignal. Daher bewegt <=^;ch das Fahrzeug geradeaus.

Ein ähnlicher Korrekturvorgang erfolgt, wenn das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leitstreifen 23 gemäß F i g. 7 nach links versetzt ist. Dann erzeugt das Element Dl des Detektors 19 das Ausgangssignali., und der Diskriminator 25 gibt das Signal P₇ zur Erregung des Relais 37 ab. Der Kontakt C₇ des Relais 37 schließt, und der Magnetverstärker 41 erzeugt ein Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit der Geschwindigkeit der Stufe F₇ sseh Fig.5 rechts dreht. Infolgedessen Fährt das Fahrzeug 1 in der mit dem Pfeil in Fig. 7 angegebenen Richtung, so daß die Fahrtrichtung korrigiert wird.

An Hand von Fig.*8 soll der Auswahlvorgang beschrieben werden, bei dem die Bahn des Fahrzeugs an einer Verzweigung be&timmt wird. Erreicht das Fahrzeug 1' eine -Verzweigung des Leitstreifens 23, so'.werden sämtliche Elemente Dl bis'D 7'des Detektors 19 durch einen Zusatzabschnitt *4 des Leit-Streifens 23 beaufschlagt, dessen Breite mindestens gleich oder etwas größer ist ab die Breite des Detektors 19. Daher erzeugen sämtliche Elemente Dl bis Dl die Signale /, bis i₇, und der Diskriminator 25 erzeugt das Signal P₁ (vorübergehender Halt).

Dieses Signal P_T wird in dem Zähler 29 gezählt und gleichzeitig einer (nicht gezeigten) Antriebs-".ruerschaltung zugeführt. Der Inhalt des Zählers 29 wird der Folgesteuerung 27 zugeführt. Dadurch erfährt die Folgesteuerung 27, an welchem Abschnitt sieb das Fahrzeug 1 befindet. Entsprechend der ermittelten Position des Fahrzeugs erzeugt die Folgesteuerung 27 das Signal ij, das bewirkt, daß das Fahizeug nach rechts oder links fährt. Dasjenige Signal i_u auf Grund dessen das Fahrzeug nach rechts fährt, heißt

z5 /_R, während las Signal i_d für Linksfahrt mit i_L bezeichnet ist.

Da in F i g. 8 die beiden Elemente D 2 und D 6 gleichzeitig die Signale i_s bzw. i₆ erzeugen, und unter der Annahme, daß von der Folgesteuerung 11 das Signal i_L abgegeben wird, erzeugt der Diskriminator 25 das Signal P₂, da nur der dritte Ausdruck für / = 2 in der obigen Booleschen Gleichung für P₁ erfüllt ist. Ähnlich wie in der Beschreibung der F i g. 7 Fahrt daher das Fahrzeug 1 nach links, wie dies durch den Pfeil in Fig.8 angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Fahrzeug an der Verzweigung seli_«aiv gesteuert. Der Zusatzabschnitt 24 des Leitstreifens 23 kann jedoch auch durch andere bekannte Methoden ersetzt werden.

Wird, wie in Fig.9 gezeigt, der Leitstreifen 23 an einem Feilstück breiter als an seiner übrigen Länge, so daß er drei der Elemente, etwa die Elemente D 4 bis D 6, überdeckt, so erzeugen diese Elemente gleichzeitig Ausgangssignale. In diesem Fall ist die obige Boolesche Gleichung für P_P erfüllt, und der Diskriminator 25 erzeugt das Signal Pp, d s bewirkt, daß das Fahrzeug den nächsten Abschnitt passiert.
Wie oben erwähnt, wird bei einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung der Lenkeinschlag des Fahrzeugs durch die Größe der Verschiebung der Fahrzeugmitte gegenüber dem Leitstreifen gesteuert, so daß sich die Lenksteuerung selbst bei großen seitlichen Verschiebungen mit Sicherheit durchführen

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 keiten. Zum einen ist es erforderlich, daß die Detek-Patentanspruche: toreinrichtung für die Signalgabe über einen erheb-

1. Automatisches Lenk- und Steuersystem für liehen Teil der Fahrzeugbreite verläuft. Ist sie -n Fahrzeuge, an deren Unterseite jeweils eine Licht- Richtung quer zum Fahrzeug zu kurz, so besteht die quelle zur Beleuchtung eines auf der Fahrbahn 5 Gefahr, daß gegebenenfalls vorhandene Signalstrei- «igeordneten Lichtstreifens mit vou der Fahr- fen nicht wahrgenommen werden, weil das Fahrzeug bahn verschiedenem Reflexionskoeffizienten so- der Leitlinie nicht immer genau folgt. Je nach dem wie ein mehrere quer zur Fahrtrichtung angeord- Ansprechverhalten des Lenksystems führt nämlich nete lichtempfindliche Elemente umfassender das Fahrzeug mindestens zeitweise mehr oder weni-Detektor zur Aufnahme des von dem Leitstreifen _xo ger starke Oszillationen gegenüber der Leitlinie aus. und/oder der Fahrbahn reflektierten Lichts und Somit ergibt sich, daß die mit den Signalstreifer zuErzeugung jeweils entsprechender Lenksignale sammenarbeitende zusätzliche Detektoreinrichtung angeordnet sind und die jeweils eine Programm- für die Programmsteuerung den gleichen Aufwand steuerung zur Bestimmung der Fahrtbedingungen erfordert wie die mit dem Leitstreifen zusammenwirauf-veisen, gekennzeichnet durch eine an ₁₅ kende Detektoreinrichtung für das Lenksystem. Zum den. Detektor (19) angeschlossene logische Schal- ancaren besteht die Schwierigkeit, daß die Detektortung (25), die sämtliche Signale O₁... I₁) der einrichtung für das Lenksystem möglicherweise Relichtempfindlichen Elemente (Dl... DT) mittels flexionen von den Signalstreifen und umgekehrt die Boolescher Gleichungen verknöpft und aa einem Detektoreinrichtung für die Programmsteuerung ReAusgang die Lenksignale (P₁... P₇) und an einem _£o flexionen von dem nur für die Lenkung vorgesehenen weiteren Ausgang Steuersignale {P_P, P₅, P₇-) für Leitstreifen empfangen. Wegen der erwähnten Oszildie Programmsteuerung abgibt. lationsneigung des Fahrzeugs läßt sich diese Gefahr

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nicht ausschließen. Infolgedessen ist es erforderlich, zeichnet, daß der Leitstreifen (23) Zusaizmarkie- daß die beiden Streifenanordnungen und Detektorrungen (24) aufweist und die logische Schaltung 25 einrichtungen mit unterschiedlichen Merkmalen, (25) bei Vorhandensein der durch die Zusatz- etwa mit verschiedenen Farben, arbeiten müssen, was markierungen erzeugten Signale eir Steuersignal den Aufwand des gesamten Systems weiter erhöht. (P₇-) abgibt, das die Programmsteuerung weiter- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schaltet automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge

30 zu schaffen, das mit einem einzigen Detektorsystem

auskommt und trotzdem einerseits eine sichere Len-

Aus »Industrie-Anzeiger, Essen«, 1960, Nr. 51, kung und andererseits eine programmgemäße Fahrt-S. 801 und 802, ist ein automatisch-^· Lenk- und steuerung gewährleistet.

Steuersystem für Fahrzeuge na&i d si Oberbegriff Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre

des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem am Fahrzeug 35 des Hauptanspruchs. Danach werden die von der ein Sucherkopf angebracht ist, der die Fahrbahn quer Detektoreinrichtung aufgenommenen Lichtsignale zur Fahrtrichtung tastet und entsprechend einem auf nicht direkt dem Lenksystem zugeführt, sondern der Fahrbahn vorgesehenen Leitstreifen auf die Len- durch eine logische Schaltung geleitet, die stets sämtkung des Fahrzeugs einwirkt. Außer diesem tastenden liehe Au^angssignale der einzelnen lichtempfind-Sucherkopf sind bei dem bekannten System Foto- 40 liehen Elemente berücksichtigt und aus deren Korreköpfe zum Steuern einer Programmiereinrichtung an- Iation sowohl auf die Lenkung als auch auf die Progeordnet, die mit neben dem Leitstreifen auf der grammsteuerung einwirkt. Das erfindungsgemäße Fahrbahn angebrachten Signalstreifen zusammenwir- System kommt also mit einem einzigen Detektorken. Diese Programmiereinrichtung dient dazu, in system pro Fahrzeug aus, wobei auf der Fahrbahn ein Abhängigkeit von den zusätzlichen Signalstreifen 45 Leit- und Steuerstreifen erforderlich ist, der sich nur Warnsignale zu erzeugen, jeweils eine bestimmte in einem einzigen Merkmal, nämlich etwa im ReBahn zu wählen sowie das Fahrzeug an bestimmten flexionsvermögen, von der Fahrbahn unterscheidet. Stellen zum Anhalten zu bringen. Die Erfindung wird ·η der nachstehenden Beschrei-

Ein weiteres ähnliches System ist aus der USA.- bung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand Patentschrift 20 74 251 bekannt, bei dem eine an der 50 der Zeichnungen im einzelnen erläutert; in den Unterseite jedes Fahrzeugs angebrachte Detektor- Zeichnungen zeigen

anordnung aus fotoelektrischen Zellen mit einem an F i g. 1 a und 1 b eine Seitenansicht und eine Under Fahrbahn vorgesehenen Leitstreifen zusammen- teransicht eines erfindungsgemäßen automatischen arbeitet und Signale zur Beeinflussung der Lenkung Lsr.k- und S'p'iprwstems für Fahrzeuge, erzeugt, während eine weitere Detektoreinrichtung 55 F i g. 2 einen Detektor, wie er in der Ausführungsmit gegebenenfalls neben dem Leitstreifen auf der form nach F i g. 1 a u Ib verwendet wird, Fahrbahn vorgesehenen Signalstreifen zusammen- F i g. 3 und 4 eine Steuerschaltung zum Lenken des

arbeitet, um an bestimmten Stellen Warnsignale aus- Fahrzeugs,

iulösen. _/ Fig. 5 ein Diagramm der Arbeitskennlinie der

'·■ Die beiden obenerwähnten bekannten Systeme sind 60 -Steuerschaltungnach Fig. 3 und 4und insofern einander ähnlich, als sie zwei getrennte Fig. 6 bis 9 schematische Darstellungen zur Er-

jDetektorsysteme benötigen, die mit zwei getrennten läuterung der verschiedenen Betriebsarten des Fahr-Jitreifenanordnungen auf der Fahrbahn arbeiten, um zeugs gemäß der Erfindung,

.,einerseits die Lenkung des Fahrzeugs und anderer- In Fig. la ucd Ib ist mit 1 ein Lastfahrzeug be-

jjEeits die Fahrtbedingungen, wie etwa Fahrt oder Halt, 65 zeichnet, das auf zwei Vorderrädern 3, 3' und zwei rechts oder links an Abzweigungen, gegebenenfalls Hinterrädern 5, 5' läuft. Zur vereinfachten Darstelauch Langsam- oder Schnellfahrt, zu steuern. Bei derar- lung ist die Aufhängung der Räder am Fahrzeug wegtigern System bestehen zwei grundsätzliche Schwierig- gelassen. Die Vorderräder 3,3' sind lenkbar, während