DE2338889C2

DE2338889C2 - Verfahren zum Lenken eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE2338889C2
Application number: DE2338889A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7250 Leonberg Domann; Hans 7141 Neckarweiblingen Stöckle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE2338889A1; FR2239375A1; FR2239375B3; GB1471745A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Lenken eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 18 08 442 ist eine Steuerung mittels vorne und hinten am Fahrzeug symmetrisch zu dessen Längsachse angeordneter Spulenpaaren bekannt, bei welcher aus den jeweils induzierten Spulenspannungen je eines Spulenpaares je eine Differenzspannung und in einer Steuereinrichtung aus den Differenzspannungen in Verbindung mit einer von der jeweiligen Winkelstellung des Lenkrades abhängigen Lenk-Ist-Spannung eine Steuerspannung zum Korrigieren der Lenkradstellung abgeleitet wird, ferner in der Steuerungseinrichtung eine Summenspannung (Us) aus Einzelspannungen gebildet wird, von denen eine erste der einen.

invertierten Differenzspannung (Uh) und eine zweite der anderen, nichtinvertierenten Differenzspannung (Uv) entspricht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei ungleichmäßig verlaufender Leitspur eine einwandfreie Spurhaltung zu erreichen und bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ein stabiles Fahrverhalten zu gewährleisten.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erzielt.

Das Prinzip sowie nähere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 ein Blockschallbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum selbständigen Lenken eines Fahrzeuges,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum selbsttätigen Lenken eines Fahrzeuges unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit

Fig.3 eine Kennlinie eines Gebers, der eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Gleichspannung liefert

Fig.4 ein Diagramm, das eine geschwindigkeitsabhängige Begrenzung der Gegenkopplung zeigi und

F i g. 5 ein Schaltbild einer Einrichtung zum Einstellen der Steigungen der Kennlinienäste gemäß F i g. 4.

In dem Blockschaltbild nach F i g. 1 bezeichnen 1 und 2 zwei Spulenpaare, die als Antennen für ein eine Fahrzeugleitspur bildendes, elektromagnetisches Wechselfeld dienen. Ein Spulenpaar befindet sich beispielsweise am vorderen Teil und das andere Spulenpaar am hinteren Teil eines Kraftfahrzeuges. Die Spulenpaare 1, 2 sind an je eine Auswertungsschaltung 3,4 angeschlossen. Die Auswertungsschaltung 3 ist über einen Widerstand 4 mit einem nichtinvertierenden Eingang 5 eines Differenzverstärkers 6 verbunden.

Zwischen einer Klemme 7 des Differenzverstärkers 6 und Masse liegt eine stabilisierte Betriebsgleichspannung U,ub von z. B. 22 V. Ein invertierender Eingang 8 des Differenzverstärker 6 steht über einen Widerstand 9 mit einer Klemme 10 in Verbindung, an der die halbe Betriebsgleichspannung liegt Der invertierende Eingang 8 und ein Ausgang 11 des Differenzverstärkers 6 werden durch einen Gegenkopplungswiderstand 12 überbrückt. Von dem Ausgang der Auswertungsschaltung 3 führt eine Verbindung über ;inen Kondensator 13 und einen Widerstand 14 an einen invertierenden Eingang 15 eines zweiten Differenzverstärkers 16. Der invertierende Eingang 15 ist über ein Imegrationsglied ίο 17 mit einem Ausgang <8 des Differenzverstärker 16 verbunden. Die Auswertungsschaltung 4 steht über einen Widerstand 19 mit einem invertierenden Eingang 20 eine« dritten Differenzverstärkers 21 in Verbindung. Ein Gegenkopplungswiderstand 22 liegt zwischen dem invertierenden Eingang 20 und einem Ausgang 23 des dritten Differenzverstärkers 21. Den nichtinvertierenden Eingängen 24 und 25 der Differenzverstärker 16 und 21 wird in gleicher Weise wie dem invertierenden Eingang 8 des ersten Differenzverstärkers 6 eine

stabilisierte Gleichspannung '-ψ zugeführt. Während die Ausgänge 11 und 18 der Differenzverstärker 6 und 16 über je einen Widerstand 26, 27 mit einem Summenpunkt 5 verbunden sind, liegt zwischen dem Ausgang 23 und einer Klemme 28 die Widerstandsbahn eines Potentiometers 29, dessen Schleifer über einen Widerstand 30 mit dem Summenpunkt verbunden ist.

An der Klemme 28 liegt die stabilisierte Gleichspannung U Zf- . Der Summenpunkt S ist mit einem ersten Eingang 31 einer Stelleinrichtung 32 verbunden, b deren Ausgangskreis ein Elektromotor 33 liegt Der als Servomotor dienende Elektromotor 33 steuert über eine Kupplung 34 und ein Getriebe 35 ein Potentiometer 36, dessen Widerstandsbahn zwischen einer Leitung 37 und einer Klemme 38 mit dem Potential + Usub liegt Die Leitung 37 steht erstens mit einem zweiten Eingang 39 der Stellvorrichtung 32 und zweitens mit einem Ende einer Widerstandsbahn eines Potentiometers 40 in Verbindung, deren anderes Ende auf dem Potential

+ Zy liegt Von dem Schleifer des zuletzt genannten Potentiometers führt eine Verbindung an den Summenpunkt S.

Die vorstehend beschriebene Schaltung funktioniert folgendermaßen:

Entsprechend der jeweiligen Abweichung des Fahrzeuges voj dem durch die Leitspur gegebenen Sollkurs werden in den Spulenpaaren 1 unc".' Wechselspannungen induziert aus denen die Auswertur jsschaitungen 3 und 4, zwei Differenzspannungen £/vund Uh bilden. Mit den Indizes V bzw. H wird angedeutet daß diese Spannungen dem Spulenpaar an dem vorderen Ende bzw. i<->. dem hinteren Ende des Fahrzeuges entstammen.

Während die Spannung Uv an den nichtinvertierenden Eingang 5 des ersten Differenzverstärkers 6 gelangt wird die Spannung Uh an den invertierenden Eingang 20 des dritten Differenzverstärkers 21 geführt Die Schaltung ist nun so ausgelegt daß für ein Fahrzeug, das genau auf dem Sollkurs fährt, die Differenzspannun-

gen Uv bzw. Uh je ^y betragen. Bei einer stabilisierten Gleichspannung U,_ub von z. B. 22 V ist also die Spannung ~ gleich 11 V. Diese Spannung wird im

folgenden als Mittenspannung bezeichnet. Bei Abweichungen vom Sollkurs ergeben sich andere von dieser Mittenspannung abweichende Differenzspannungen, die «lann in den Differenzverstärkern 6 bzw. 21 verstärkt werden.

Die ein Differenzierglied darstellende WC-Schaltung aus dem Kondensator 13 und dem Widerstand 14 bewirkt in Verbindung mit dem zweiten Differenzverstärker 16 ein schnelleres Ansprechen der Steuerungseinrichtung. Das IntegrationsgJied 17 soll die Form der durch die Differentiation erhaltenen Nadelimpulse derart verformen, daß sie der Zeitkonstante des Elektromotors 33 angepaßt sind. Mit dem potentiometer 29 kann die Spannung Uh so verändert werden, daß das Verhältnis der beiden Differenzspannungen Uv und L'h CiKm bestimmten Wert entspricht. Der Schleifer des Potentiometers 36 ist starr mit der Lenkradwelle des Fahrzeuges verbunden und hat gegen ,Masse eine Lenk-Istspannung U„< gleich der Mittenspannung von z. B. 11 V. Die mechanische Verbindung zwischen dem Schleifer des Potentiometers 36 und der Lenkradwelle ist in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber weggelassen, weil diese Verbindung nicht unmittelbar zum Gegenstand der Erfindung gehört. Die jeweilige

U
Lenk-Istspannung Um und die Spannung ^SJy liegen an den Enden der Widerstandsbahn des Potentiometers 40, über dessen Schleifer mit Summenpunkt S eine Gegenkopplungsspannung Uc zugeführt wird. Bei

einem geradeausfahrenden Fahrzeug soll der über das Potentiometer 40 an den Summenpunkt 5 gelangende Teil der Lenk-Istspannung gerade gleich der Mittenspannung sein, so daß keine Gegenkopplungswirkung durch die am Schleifer des Potentiometers 40 liegende Gegenkopplungsspannung 6Ό zustande kommt.

Weicht ein Fahrzeug z. B. nach rechts von der Leitspur ab, so wird durch den Einfluß der sich ändernden Differenzspannungen Uv und Un die Spannung Us im Summenpunkt S ansteigen. Durch einen in Vergleich der Spannung l/smitder Lenk-Istspannung in der Stellvorrichtung 31 wird eine Steuerspannung LJ₁, gebildet, die den Elektromotor 33 derart steuert, daß er über die Kupplung 34 und das Getriebe 35 die Lenkradwelle nach links dreht, so daß das Fahrzeug eine 1 =, Korrekturbewegung nach links ausführt. Durch die gleichzeitig mit der Lenkraddrehung erfolgte Verstellung des Potentiometers 36 erhält die Gegenkopplungsspannung Ug ein gegen die Mittenspannung gemesse- liuec Vnp7/>iphpn Πργ C\rori Hioc

ril//\r»r».

arbeitet folgendermaßen:

Der Geber 41 gibt eine Gleichspannung entsprechend der Kennlinie a in Fig. 3 ab. Damit die Spannung des Gebers 41 zur Beeinflussung der Gegenkopplung ausreicht, wird mittels des Spannungsteilers aus den Widerständen 45 und 46 in Verbindung mit dem Differenzverstärker 43 die Kennlinie a parallel zu sich verschoben, und zwar beispielsweise so weit, daß sich bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 0 km/h eine aufbereitete Geberspannung Uccn von z. B. Il V, d. h.,

gleich der Spannung '-ψ- ergibt; vgl. Kennlinie b in Fig. 3.

Die gestrichelten Linien in Fig. 3 zeigen, daß die Parallelverschiebung der Kennlinie a kleiner oder größer gewählt werden kann. Da die aufbereitete Geberspannung Uccn dem Summenpunkt 5 sowohl invertiert (durch den Differenzverstärker 54), als auch nichtinvertiert zugeführt wird, ergibt sich ein Kennlinienhilri upm.Hß Fib 4 Dir Kennlinie W hat 7wei

lungsspannung Uc, kann mit dem Potentiometer 40 eingestellt werden.

Analoge Verhältnisse ergeben sich, wenn das Fahrzeug in der anderen Richtung abweicht.

Da sich Totzeiten bei der Lenkungssteuerung hauptsächlich bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten nachteilig auf das Fahrverhalten auswirken, wird bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, die Gegenkopplung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu verändern, d. h., die Gegenkopplung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen.

In F i g. 2 erhalten diejenigen Schaltungselemente, die bereits in Fig. 1 vorhanden sind, die gleichen Bezugszahlen. Ein Geber 41, der eine von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Gleichspannung Ucrn abgibt, steht mit einem invertierenden Eingang 42 eines vierten Operationsverstärkers 43 in Verbindung. Eine nichtinvertierender Eingang 44 des vierten Differenzverstärkers ist mit einem Abgriff eines aus zwei Widerständen 45 und 46 bestehenden Spannungsteilers verbunden, der an der stabilisierten Gleichspannung U„jb liegt. Ein mit 47 bezeichneter Gegenkopplungswiderstand verbindet den nichtinvertierenden Eingang 42 mit einem Ausgang 48 des vierten Differenzverstärkers. Der Gegenkopplungswiderstand 47 kann als Einstellwiderstand ausgebildet sein. Von dem Ausgang 48 führt eine erste Verbindung über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 49 und einen Widerstand 50 an den Summenpunkt S und über eine so ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 51 und einen WiderstanJ 52 an einen invertierenden Eingang 53 eines fünften Differenzverstärkers 54, dessen Ausgang 55 über einen Widerstand 56 mit der Diode 49' bzw. dem Widerstand 50 verbunden ist.

An den Schleifer des Potentiometers 36 schließt sich, wie in Fig. 1, eine Widerstandsbahn eines Potentiometers 40 an, dessen Schleifer über einen Widerstand 57 mit einem invertierenden Eingang 58 eines sechsten Differenzverstärkers 59 verbunden ist Zwischen einem Ausgang 60 des sechsten Differenzverstärkers und der Diode 51 bzw. dem Widerstand 52 liegt ein Widerstand 61. Die nichtinvertierenden Eingänge 62 und 63 der Differenzverstärker 54 und 59 stehen über je einem Widerstand mit der stabilisierten Gleichspannung + ^s- in Verbindung.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung symmetrisch zu der Spannung ¹^ liegende Äste, die

die Gegenkopplung begrenzen. Gegenkopplungsspannungen Ug. die über den durch die Kennlinienäste gemäß Fig.4 umschlossenen Bereich hinausragen, werden also durch die Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 2 vermieden. Dieser Sachverhalt sei anhand eines Beispiels erläutert. Für eine gegenüber der Mittenspannung r.'sgative Gegenkopplungsspannung Ug wird der Schaltungspunkt A zwischen den beiden Widerständen 52 und 61 positiver. Gemäß der Kennlinie b'\n Fig.4 kann an dem Punkt A bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von z.B. 80km/h eine Spannung von max. 15V liegen, d. h. eine Spannung, die 4 V über der Mittenspannung liegt. Nimmt also die vom Lenk-Istwert U_n, abhängige Gegenkopplungsspannung Ug bei einer bestimmten Lenkradstellung einen Wert an, der die Spannung am Ausgang des sechsten Differenzverstärkers 59 über den Wert von 15 V ansteigen läßt, so setzt über den Widerstand 52 und die Diode 51 die bereits erwähnte Begrenzung ein. Bei einer gegenüber der Mittenspannung positiven Gegenkopplungsspannung Ug tritt dann in analoger Weise eine Begrenzung am Ausgang des fünften Differenzverstärkers 54 ein. Aus der Kennlinie nach Fig.4 ist auch ersichtlich, daß bei stillstehendem Fahrzeug keine Begrenzung der Gegenkopplungsspannung Ug stattfindet. Der Schnittpunkt der beiden Äste der Kennlinie b' mit der Mittenspannung ί ^«s* J kann gegebenenfalls auch bei einer anderen

Fahrzeuggeschwindigkeit liegen, vgl. die durch^estrichelte Linien angedeuteten Kennlinien. Hierzu muß das Widerstandsverhältnis des aus den Widerständen 45 und 46 bestehenden Spannungsteilers entsprechend verändert werden. Auf diese Weise kann die geschwindigkeitsabhängige Begrenzung der Gegenkopplung den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden.

Durch eine Einrichtung gemäß dem Schaltbild in F i g. 5 kann jeder Kennlinienast der Kennlinie b' in Fig.4 eine andere Steigerung erhalten. Zu diesem Zweck tritt anstelle der mit dem Ausgang 48 verbundenen Dioden 49 und 51 die Anordnung gemäß F i g. 5, die zwei Differenzverstärker 64 und 65 sowie je eine den Ausgängen 66 und 67 zugeordnete Dioden 68, 69. Die Anoden der Dioden sind mit den Schaltungspunkten A bzw. B gemäß Fig.2 verbunden. Zum Einstellen unterschiedlicher Steigungen der Kennlinien-

äste dienen die Potentiometer 70 und 71, die zusammen mit je einem Widerstand 72, 73 je eine Reihenschaltung bilden, und den invertierenden Eingang des jeweiligen Differenzverstärkers mit dessen Ausgang verbinden.

Es sei noch am' die Möglichkeit hingewiesen, daß die Kennlinie gemäß Fig.4 gegebenenfalls auch einen nichtlinearen Verlauf haben kann, um der Steuerung des Fahrzeuges eine bestimmte Charakteristik zu geben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Lenken eines Fahrzeuges, das parallel zu einer durch ein elektromagnetisches Wecbselfeld markierten Leitspur fahren soll und zwei an verschiedenen Stellen des Fahrzeuges angebrachte und durch das Wechselfeld beeinflußbare Spulenpaare hat, wobei aus den jeweils induzierten Spulenspannungen je eines Spulenpaares je eine Differenzspannung und in einer Steuereinrichtung aus den Differenzspannungen in Verbindung mit einer von der jeweiligen Winkelstellung des Lenkrades abhängigen Lenk-Ist-Spannung eine Steuerspannung zum Korrigieren der Lenkradstellung gebildet wird, wobei ferner in der Steuerungseinrichtung eine Summenspannung (Us) aus Einzelspannungen gebildet wird, von denen eine erste der einen, invertierten Differenzspannung (Uh) und eine zweite der anderen, nichtinveriierten Differenc^pannung (Uv) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Einzelspannung (UcMf) hinzuaddiert wird, die durch Differentiation einer Differenzspannung (z. B. UV) gewonnen wird und daß aus der Summenspannung (Us) und der Lenk-Ist-Spannung (Ua₁) die Steuerspannung (U_st) gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerungseinrichtung der Summenspannung (Us) eine vierte, eine Gegenkopplung bewirkende Einzelspannung (Ug) hinzuaddiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eir.d der Einzelspannungen (Uv. Uh, Uc) derart einstellbar ist, daß bei geradeaus fahrendem und von der Leits^ur nicht abweichendem Fahrzeug die Summenspannung (Us) gleich der halben stabilisierten Betriebsgleichspannung (U_sab) für die Steuerungseinrichtung ist

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- *o zeichnet, daß der Grad der Gegenkopplung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit selbsttätig erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzpunkt der geschwindig- *5 keitsabhängigen Gegenkopplung variierbar ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Grenzspannung (z. B. Uv) an dem nichtinvertierenden Eingang (5) eines ersten Differenzverstärkers (6) und die andere Differenzspannung (Uh) an dem invertierenden Eingang (20) eines anderen Differenzverstärkers (21) liegt, daß an dem invertierenden Eingang (8) des ersten Differenzverstärkers (6) und dem nichtinvertierenden Eingang (25) des anderen Differenzverstärkers (21) eine Spannung (U,titJ2) liegt, die der halben Betriebsgleichspannung (Una) der Steuerungseinrichtung entspricht und daß die eine Differenzspannung (z. B. Uv) über ein Differentiationsglied (13, 14) an dem invertierenden Eingang (15) eines Differenzverstärkers (16) liegt, der zwischen seinem Ausgang (18) und seinem invertierenden Eingang (15) ein Integrationsglied (17) hat und an dessen nichtinvertierendem Eingang (24) die halbe stabilisierte Betriebsgleichspannung liegt.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen einer der Einzelspannungen (z. B. Uh) ein Potentiometer (z.B. 29) vorgesehen ist, dessen Widerstandsbahn zwischen dem Ausgang (z. B. 23) des zugehörigen Differenzverstärkers (z. B. 21) und der halben stabilisierten Betriebsgleichspannung liegt

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß zwischen einem die Gegenkopplungsspannung (Uc) aufweisenden Schaltungspunkt und dem Summenpunkt (S) zwei in Reihe geschaltete Differenzverstärker (59,54) liegen, daß ein Geber (41) mit einer Kennlinie (a) vorgesehen ist, nach der die Geberspannung (Uccn) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, daß ein Differenzverstärker (43) vorgesehen ist, an dessen invertierendem Eingang (42) die Geberspannung (Uco) und an dessen nichtinvertierendem Eingang eine solche Gleichspannung liegt, daß die Kennlinie parallel zu sich verschoben wird und die durch die Parallelververschiebung erhaltene Kennlinie (b) bei der Fahrzeuggeschwindigkeit Null eine aufbereitete Geberspannung (Ucm¹) von U_sab/2 hat und daß die aufbereitete Geberspannung (Ucen) an den Ausgängen (55,60) der Differenzverstärker (54,59) liegt

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Ausgang (48) des zur Kennlinienvert «hiebung dienenden Differenzverstärkers (43) und den Ausgängen (55, 60) der Differenzverstärker (54, 59) je eine für die aufbereitete Geberspannung (Ucen) in Durchlaßrichtung gepoite Diode liegt

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Steigung der Kennlinie (b, b') zwischen dem invertierenden Eingang des zur Kennlinienverschiebung dienenden Differenzverstärkers (43) und dessen Ausgang (48) ein Einstellwiderstand (47) liegt

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der A; igang (48) des zur Kennlinienverschiebung dienenden Differenzverstärkers (43) mit je einem invertierenden Eingang zweier Differenzverstärker (65, 64) verbunden ist, deren Ausgänge (66,67) über je eine Diode (68,69) mit je einem Ausgang (55,60) der Differenzverstärker (54, 59) bzw. je einem Schaltungspunkt (A, B) verbunden sind, und daß jeder der Differenzverstärker (64, 65) einen einstellbaren Gegenkopplungswiderstand (70,71) hat.