DE2529078C2

DE2529078C2 - Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2529078C2
Application number: DE2529078A
Authority: DE
Inventors: Jack A. Cooper; Carl Grand Rapids Mich. DeBruine
Original assignee: Bell & Howell Inc Lincolnwood Ill Us; Bell & Howell Inc Lincolnwood Ill
Current assignee: Bell & Howell Inc Lincolnwood Ill Us
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1975-06-30
Publication date: 1986-04-24
Also published as: GB1500970A; FR2279145A1; DE2529078A1; AU8226475A; IT1039877B; FR2279145B1; US3935922A; JPS5125691A; BE831372A; CA1038065A

Description

gnale der linken und rechten Fotozelle (56,58) einen und die niedrigen Kosten eines mit reflektiertem Licht

vorgegebenen Wert überschreitet arbeitenden Systems erreichen, wobei gleichzeitig die

ίο seit langem bekannten Probleme aufgrund der Sichtbar-

keit einer reflektierenden Linie beseitigt sind. Da ferner

die Strahlungseinrichtung Strahlung im nicht sichtbaren Spektralbereich emittiert und die Sensoreinrichtung im

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkeinrichtung wesentlichen auf Strahlung im sichtbaren Frequenzbezum Lenken eines Fahrzeugs längs einer Führungslinie, 15 reich anspricht, wird bei der erfindungsgemäßen Lenkmit einer Strahlungseinrichtung am Fahrzeug zum Aus- einrichtung der störende Effekt verringert, der sonst senden von Strahlung in Richtung zur Führungslinie, mit durch Reflexion der ursprünglichen Strahlung an der einer Sensoreinrichtung am Fahrzeug zum Aufnehmen Untergrundfläche erzeugt wird. Um die Wirksamkeit der von der Führungslinie emittierten Strahlung zum und Zuverlässigkeit der Lenkeinrichtung zu verbessern. Erzeugen eines Fehlersignales, welches der Abwei- 20 wird der Emfluß der UmgebungsheII>s;keit durch einen chung der Stellung des Fahrzeuges von einer vorgege- Signalmodulations-Schaltkreis verru.gert Ferner hält benen seitlichen Versetzung gegenüber der Führungsü- ein Kontrast- oder Verstärkerschaltkreia über eine genie entspricht, und mit einer auf das von der Sensorein- schlossene Rückkopplungsschleife ein konstantes Verrichtung erzeugte Fehlersignal ansprechenden Steuer- hältnis zwischen dem Fehlersignal und der Versetzung einrichtung am Fahrzeug zur Lenkung des Fahrzeugs 25 des Fahrzeuges gegenüber der Mitte der Führungslinie so, daß das Fahrzeug in der vorgegebenen seitlichen aufreche, ohne daß diese vom Pegel der Umgebungshel-Versetzung gegenüber der Führungslinie bleibt, wenn ligkeit abhängt Darüber hinaus spricht ein Begrenzer sich das Fahrzeug längs der Führungslinie bewegt der Lenkeinrichtung auf die von der Führungslinie emit-Eine Lenkeinrichtung dieser Art ist aus der DE-OS tierte Strahlung an, während ein Unienabtastschaltkreis 19 02 038 bekannt Sie arbeitet mit sichtbarer Strahlung 30 es verhindert, daß die Lenkeinrichtung bei Fehlen einer und somit auch mit sichtbaren Führungslinien. Ihre Ar- echten Führungslinie arbeitet

beitsweise ist an sich zufriedenstellend, jedoch können Um eine geeignete mechanische Rückkopplung von durch die Verwendung sichtbarer Strahlung Störungen der Steuerung zur Sensoreinrichtung zu schaffen, ist dadurch hervorgerufen werden, daß die Strahlung nicht diese zusammen mit dem lenkbaren Rad des Fahrzeunur an der Führungslinie, sondern auch an Flächen ihrer 35 ges schwenkbar angeordnet, so daß die Sensoreinrich-Umgebung reflektiert wird. Bei Anwendung eines sol- tung durch richtiges Schwenken des Rades in eine »fehchen Systems im Straßenverkehr können Störungen lerfreie Stellung« bewegt wird, auch wenn das Fahrzeug durch Sinnestäuschungen der Fahrzeuglenker verur- durch die Steuereinwirkung nicht unmittelbar in seine sacht werden. Schließlich täuschen sichtbare Führungs- richtige Stellung zurückgebracht wird,
linien auch 'erkehrsregelnde Maßnahmen vor. 40 Bei einem vorn gesteuerten Fahrzeug ist die Abtast-Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lenkeinrichtung eia-'chtung vor dem Vorderrad oder den Vorderrädern anzugeben, die hinsichtlich Kosten und Aufwand einer lenkbar mit diesem oder diesen angeordnet Bei einem mit sichtbarer Strahlung arbeitenden gleicht jedoch den hinten gesteuerten Fahrzeug, bei dem die Steuerung Nachteil sichtbarer Führungslinien vermeidet und durch mittels eines lenkbaren Hinterrades oder Hinterrädern Vermeiden unerwünschter Reflexionen eine erhöhte 45 erfolgt, sind geeignete mechanische Kopplungstinrich-Funktionsticherheit bietet tungen angeordnet, um die Servoeinrichtung in einer Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinrichtung der der Lenkbewegung des Hinterrades entgegengesetzten eingangs definierten Art durch die im Kennzeichnungs- Richtung zu bewegen, da ein gesteuertes Hinterrad in teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst einer der gewünschten Fahrtrichtung des Fahrzeuges Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü- 50 entgegengesetzten Richtung gelenkt wird,
chen angegeben. Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung läßt sich in Durch Verwendung eines frequenzwandelnden Mate- vorteilhafter Weise bei fast sämtlichen Fahrzeugen verrials in einer Führungslinie, die unsichtbar ist, wird der wenden, die sich auf einer geeigneten, mit einer vorgewesentliche Vorteil erreicht, daß zum Anstrahlen der zeichneten Linie oder Spur versehenen Fläche bewe-Führungslinie unsichtbare Strahlung verwendet werden 55 gen, wobei sich massive Flächen ebenso wie mit Teppikann, die in der Führungslinie dann eine sichtbare Strah- chen bedeckte Flächen verwenden lassen. Insbesondere lung stimuliert Dadurch werden unerwünschte Refle- eignet sich die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung zur xionen dort vermieden, wo keine Führungslinie mit fre- Anwendung in einem großen Bereich von industriellen quenzwandelndem Material vorhanden ist Lieferfahrzeugen, welche mit Steuersignalen arbeiten Die Führungslinie enthält vorzugsweise ein fluores- «j können, oder bei industriellen Fahrzeugen, die zur Bozierendes Material, das bei Erregung durch unsichtbare denpflege verwendet werden, wie ζ. Β Schrubber oder ultraviolette Strahlung im zweiten Frequenzbereich ei- Kehrmaschinen für Fußböden, Vakuuim einiger oder ne sichtbare Strahlung im ersten Frequenzbereich emit- dergleichen.

tiert Die Sensoreinrichtung kann mit geeigneten Filtern Im folgenden soll ein bevorzugtes Ausführungsbeiversehen sein, so daß sie auf das von der Führungslinie 65 spiel der erfindungsgsmäßcn Lenkeinrichtung anhand emittierte sichtbare Licht, jedoch im wesentlichen nicht der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnunauf ultraviolette Strahl u 1,7 anspricht. In ähnlicher Weise gen zeigen in
kann die Strahlungseinrichtung mit Filtern versehen F i g. 1 eine schematische Draufsicht einer Fußboden-

reinigungsmaschine mit einer schematisch dargestellten Lenkeinrichtung,

F ί g. 2 eine schematische Ansicht zur Darstellung der relativen Lage der Erregerlampe und der Sensoreinrichtung der Lenkeinrichtung,

Fig.3 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung der Lenkeinrichtung, und in

F i g. 4 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung und der Steuereinrichtung bei einem hinten gesteuerten, dreirädrigen Fahrzeug.

Das Prinzip der Lenkeinrichtuüg läßt sich bei jeder Art von Fahrzeug verwenden, welches längs einer Linie auf einer Fläche »ieuerbar ist, soll jedoch im folgenden exemplarisch lediglich anhand einer Maschine zur Bodenpflege näher erläutert werden.

Gemäß Fig. 1 hat diese Maschine einen Rahmen 14, der auf einem dreirädrigen Fahrwerk mit einem Paar paraiiei im Abstand angeordneter Hinterräder 16 und einem schwenkbaren Vorderrad 18 läuft. Jedes dieser Räder kann aus einem Paar dicht beieinander angeordneter Räder statt eines einzelnen Rades bestehen (vgl. Fig. \). Das Fahrzeug wird von einem Antriebsmotor 20 angetrieben, der das Rad 18 über einen geeigneten Kettentrieb oder dergleichen antreibt. Ein auf dem Fahrzeug sitzender Bedienungsmann kann das Fahrzeug von Hand steuern, indem er das Rad 18 mit einem Steuerrad über ein geeignetes, nicht gezeichnetes Getriebe um seine senkrechte Achse schwenkt.

Zur Bodenreinigung ist die Maschine 10 mit einer Zuführungseinrichtung 28 zum Aufbringen einer ein Reinigungsmittel enthaltenden Lösung auf den Boden, mit einer Bürste 30 zum Schrubben des Bodens mit der Reinigungslösung, mit einer Quetschrolie 32 zum Abstreifen der Reinigungslösung vom Boden und mit einer Vakuumeinrichtung 34 versehen, welche das Schmutzwasser vöiTi Böden absaugt und einem geeigneten Behälter zuführt.

Zur Schaffung einer geeigneten Bahn für die automatische Lenkeinrichtung 12 der Maschine 10 ist auf dem Boden 17 ein vorgegebener Pfad von vorzugsweise 2,5 cm Breite vorgezeichnet und bildet eine Führungslinie 36. Um eine ausreichende Unterscheidung zwischen der Führungsünie 36 und dem Boden 17 zu gewährleisten, enthält die Führungsünie 36 eine geeignete Menge an fluoreszierendem Material, das bei Bestrahlung der Führungsünie 36 mit ultraviolettem Licht fluoresziert und sichtbares Licht in einem vorgegebenen Frequenzbereich emittiert. Vorzugsweise strahlt das fluoreszierende Material sichtbares Licht im blaugrünen Spektralbereich mit ungefähr 450 bis 500 nm aus, wenn es mit unsichtbarer ultravioletter Strahlung von ungefähr 360 nm erregt wird. Das sichtbare Licht wird dann von der Lenkeinrichtung 12 abgetastet, wobei eine Steuereinrichtung für die Steuerung des Fahrzeuges längs der Führungsünie 36 sorgt

Die automatische Lenkeinrichtung 12 hat eine Einrichtung 13 zum Abtasten der jeweiligen Lage, welche mit einem geeigneten Rahmen 38 oder dergleichen an der schwenkbaren Lagerung des Rades 18 angebracht ist Die Abtasteinrichtung 13 ist zusammen mit dem Rad 18 schwenkbar angeordnet so daß es bei Anordnung der Abtasteinrichtung 13 über der Mitte der Führungslinie 36 kontinuierlich in der Weise ausgerichtet wird, daß das Fahrzeug der Führungsünie 36 folgt

Die Abtasteinrichtung 13 tastet die jeweilige Lage der Lenkeinrichtung 12 bezüglich der Führungslinie 36 ab und erzeugt ein Fehlersignal proportional zur Abweichung der Lage der Abtasteinrichtung 13 bezüglich einer vorgegebenen seitlichen Abweichung von der Führungsünie 36. Die Abtasteinrichtung 13 erzeugt eine Fehlerausgangsspannung, die proportional der Versetzung der Führungsünie 36 von der Mitte der Abtasteinrichtung 13 ist.

Das von der Abtasteinrichtung 13 erzeugte Fehlersignal wird über eine Leitung 40 an eine automatische Steuereinrichtung 15 übertragen, welche in Abhängigkeit vom Fehlersignal das Fahrzeug längs der Führungsünie 36 steuert. Die automatische Steuereinrichtung 15 ist mit einem Servo- oder Regelverstärker 42 versehen, der das auf der Leitung 40 übertragene Signal verstärkt und zur Regelung der Steuerung des Fahrzeuges einen umschaltbaren Steuermotor 22 antreibt. Der Servoverstärker 42 ist an den Steuermotor 22 über getrennte Leitungen 44 und 46 für Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb des Steuermotor«: 27 angeschlossen, welcher sei nerseits zur Steuerung des Fahrzeuges über ein geeignetes Zahnrad 24 und eine An xiebskette 26 an das schwenkbare Rad 18 angeschlossen ist. Selbstverständlich lassen sich auch andere Antriebseinrichtungen verwenden. Die in F i g. 1 erkennbare Abtasteinrichtung 13 ist direkt über der Führungsünie 36 angeordnet. An der Abtasteinrichtung 13 ist eine Strahlungseinrichtung 50 angebracht, die die Führungsünie 36 in einem direkt unterhalb der Abtasteinrichtung 13 liegenden Punkt zum Fluoreszieren bringen kann.

Bei der Lenkeinrichtung erfolgt die mechanische Rückkopplung nicht durch die tatsächliche Bewegung des Fahrzeuges selbst, sondern durch die Bewegung des schwenkbaren Steuerrades 18 in die richtige Steuerstellung. Ein von der Abtasteinrichtung 13 erzeugtes Fehlersignal bewirkt eine Schwenkung des Rades 18 so, daß die Abtasteinrichtung 13 über der Führungslinie 36 bleibt und somit das Rad 18 ständig mit der Abtasteinrichtung 13 der Führungsünie 36 folgt. Aufgrund der Rückkopplungsverbindung im Fahrzeug über die Steuereinrichtung 15 und nicht aufgrund der Stellung des Fahrzeuges selbst wird die zeitliche Ansprechcharakteristik und damit die Manövrierbarkeit und Spurführung des Fahrzeuges erheblich verbessert

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein dreirädriges Fahrzeug mit einem einzelnen, vorderen Steuerrad 18. Das gleiche Prinzip hinsichtlich der Wirkungsweise läßt sich bei einem Fahrzeug mit zwei steuerbaren Vorderrädern verwenden, wobei dann allerdings die Abtasteinrichtung für eine Querbewegung beim Drehen der Räder mittels einer mechanisehen Verbindungseinrichtung zwischen der Halterung der beiden Räder aufgehängt werden könnte.

Bei einem hinten gesteuerten Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrzeug mit einem dreirädrigen Laufwerk mit einem einzelnen schwenkbar angeordneten Hinterrad und einem Paar fest angeordneter Vorderräder, läßt sich das gleiche Prinzip anwenden, wobei dann zusätzliche mechanische Kopplungseinrichiungen oder Getriebe zur Kompensation erforderlich sind, weil dann das hintere Steuerrad in eine der gewünschten Richtung des Fahrzeuges entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Eine derartige Verbindung ist schematisch in F i g. 4 erkennbar, in der eine Lenkeinrichtung eines hinten gesteuerten, dreirädrigen Fahrzeuges mit Vorderrädern 16' und einem schwenkbaren Hinterrad 18' dargestellt ist Das Hinterrad 18' ist an ein Rad 19 angeschlossen, das seinerseits von einem Rad 21 angetrieben wird. Das Rad 21 ist über einen Rahmen 23 an eine Abtasteinrichtung 13' angeschlossen. Wird die Abtasteinrichtunsr 13'

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gegenüber der Führungslinie 36 versetzt, so werden das und eine über der Führungslinie 36 angeordnete mittle-Hinterrad 18' und das Rad 19 von einem aufgrund der re Fotozelle 60. Die Abtasteinrichtung 13 ist so aufge-Versetzung erzeugten Fehlersignal in eine Richtung, baut, daß die mittlere Fotozelle 60 direkt über der Fühbeispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, geschwenkt, wo- rungslinie 36 und die linke und die rechte Fotozelle 56 durch das Rad 21 und die Abtasteinrichtung 13' so lange 5 und 58 in äquidistantem Abstand zu beiden Seiten der in die entgegengesetzte Richtung, d. h. im Uhrzeiger- Führungslinie 36 angeordnet sind. Vorzugsweise sind sinn, bewegt werden, bis die Abtasteinrichtung 13' wie- die linke und die rechte Fotozelle 56 und 58 jeweils in der >. die richtige Lage über die Führungslinie 36 ge- einem Abstand von 5 cm von der mittleren Fotozelle 60 bracht ist. Selbstverständlich lassen sich auch andere und unter einem Winkel von ungefähr 15° bis 18° gemechanische Kopplungseinrichtungen verwenden, um 10 genüber der Horizontalen angeordnet. Auf diese Weise den gleichen Zweck zu erreichen. ist eine breite und kontinuierliche Sichtfläche zum Ver-

Die Strahlungseinrichtung 50 ist mit einer Ultravio- folgen der Führungslinie 36 gewährleistet; darüber hin-

lettlampe versehen, die hauptsächlich Strahlung im ul- aus bietet eine derartige Anordnung zusätzliche Vortei-

travioletten Spektralbereich emittiert. Reine ultravio- Ie im Zusammenhang mit einer noch zu beschreibenden

lette Strahlung ist für das Auge nicht sichtbar, regt je- 15 Rückkopplungsregelung.

doch fluoreszierendes Material zum Fluoreszieren und Als Fotozellen werden beim Ausführungsbeispiel Fo-

zum Emittieren von Strahlung in einem für das Auge toleiter mit einer relativ kleinen Zeitkonstante und mit

sichtbaren Frequenzbereich an. Strahlt die ultraviolette einem maximalen Ansprechfrequenzbereich verwendet,

Lampe 50 zusätzlich zum nichi sichtbaren uitravioietten weicher mit dem Fiuoreszenzbereich der Führungsiinie Licht auch sichtbares Licht im blauen Spektralbereich 20 35 zusammenfällt oder diesen Bereich zumindest über-

ab, so werden geeignete Filter 52 verwendet (vgl. läppt Derartige Fotozellen sprechen üblicherweise et-

F i g. 2), damit das blaue Licht nicht am Boden reflektiert wa auf ultraviolette Strahlung an, so daß Filter 61 zur

wird und in die Abtasteinrichtung 13 gelangt. Die Lam- Ausfilterung der vom Untergrund reflektierten ultravio-

pe strahlt dann nur unsichtbare Strahlung auf den Bo- letten Strahlung verwendet werden. Vorzugsweise sind

den und es wird auch nur unsichtbare Strahlung vom 25 die Fotozellen so ausgewählt, daß sie maximal im Fre-

Boden reflektiert. Die einzige sichtbare Strahlung, die quenzbereich des von der fluoreszierenden Führungsli-

aufgrund der von der Lampe emittierten Strahlung er- nie 36 emittierten Lichtes ansprechen, um dadurch die

zeugt wird, ist die von der Führungslinie 36 emittierte Linienabtastgüte der Einrichtung zu erhöhen.

Fluoreszenzstrahlung. Die Lenkeinrichtung 12 soll im folgenden anhand des Die ultraviolette Lampe wird in der Weise gepulst, 30 in F i g. 3 dargestellten Regelkreises näher erläutert

daß sie in einem anderen Takt als die üblichen 100 oder werden. Die Signale der Fotozellen 56,58,60 werden als

120Hz der normalen Ultraviolettlampen aufleuchtet. Spannungssignale an Einstellwiderständen 55,57 und 59

Die Frequenz ist so gewählt daß die harmonische Über- abgegriffen, weiche eine Verstärkungsänderung durch

lappung zwischen dem ultravioletten Licht und dem üb- die Fotozellen kompensieren, wobei die Spannungssi-

liehen Fluoreszenz-Hintergrundleuchten so gering wie 35 gnale der Intensität des vom Boden über die Fotozellen

irgend möglich ist. 56,58 bzw. 60 empfangenen Lichtes ansprechen.

D-.ese Eigenschaft dsr Lenkeinrichtung stellt einen Die Fotozellensignale von den Fotozellen 58 und 56

beträchtlichen Vorteil gegenüber den bisherigen mit re- werden über Leitungen 66 bzw. 68 zur Modulation ei-

flektierter Strahlung arbeitenden Lenkeinrichtungen nem Differenzverstärker 70 zugeführt Hier werden die

dar, da bei den bisher verwendeten mit reflektierter 40 Fotozellen zur Beseitigung von Effekten der Umge-

Strahlung arbeitenden Einrichtungen die gleiche Strah- bungshelligkeit moduliert Zu diesem Zweck ist der Dif-

lung sowohl vom Hintergrund als auch vor. der abzuta- ferenzverstärker 70 mit der Frequenz der Fluoreszenz-

stenden Führungslinie reflektiert wird und aufgrund der Strahlungsquelle synchronisiert so daß die Wirkung der

vom Hintergrund reflektierten Strahlung die Unter- Umgebungshelligkeit aus dem Fehlersignal beseitigt

scheidbarkeit und der Kontrast zwischen der Führungs- 45 wird.

linie und dem Hintergrund verringert wird. Diese man- Der Differenzverstärker 70 subtrahiert das eine Foto-

gelnde Unterscheidbarkeit ist besonders störend, wenn zellensignal vom anderen Fotozellensignal und bildet

eine helle Untergrundfläche verwendet wird. Bei der somit eine Ausgangs-Fehlerspannung. Dieses Fehlersi-

Verwendung einer mit der Fluoreszenz arbeitenden gnal wird über die Leitung 40 dem Servoverstärker 42 Einrichtung läßt sich das fluoreszierende Material mit 50 zugeführt

unsichtbarem Licht eines zweiten Frequenzbereiches Das Signal der Fotozelle 60 wird an dem Widerstand erregen, und das fluoreszierende Material emittiert 59 abgegriffen und liegt über die Leitung 76 an einem dann seinerseits sichtbares Licht in einem ersten Fre- Rückkopplungskreis 74. Das Fehlersignal des Differenzquenzbereich. Die Abtasteinrichtung läßt sich so ausbil- Verstärkers 70 liegt ebenfalls am Rückkopplungskreis den, daß sie selektiv auf den von der Führungslinie emit- 55 74. Das Ausgangssignal des Rückkopplungskreises 74 tierten speziellen Frequenzbereich von sichtbarem liegt an einen automatisch geregelten Verstärker 78, Licht anspricht so daß die Abtasteinrichtung nur auf die dessen Ausgangssignal seinerseits an den Fotozellen 58, von der fluoreszierenden Führungslinie emittierte sieht- 56 und 60 anliegt Am Ausgang 82 liegt ein Ausgangsbare Strahlung anspricht und nicht auf die vom Unter- Haltesignal an, wenn der Rückkopplungskreis 74 festgrund reflektierte unsichtbare Strahlung reagiert Der 60 stellt, daß sich entweder keine Führungslinie unter der Kontrast zwischen der Führungslinie und der Unter- Abtasteinrichtung 13 befindet oder aber andere Umgrundfläche ist somit maximal, was sich in einer erhebli- stände vorliegen, die ein Anhalten des Fahrzeuges erchen Verbesserung hinsichtlich der Zuverlässigkeit der forderlich machen; wie aus F i g. 3 erkennbar, liegen die Lenkeinrichtung gegenüber anderen Lenkeinrichtun- Ausgangsspannungen der Fotozellen 58 und 56 ebengen niederschlägt, welche mit reflektiertem Licht arbei- 65 falls am Rückkopplungskreis 74.

^ten- . Der automatisch geregelte Verstärker erhöht die Sta-

Die Abtasteinrichtung 13 enthält als Sensoreinrich- bilität der Lenkeinrichtung dadurch, daß ein konstantes

tung eine linke Fotozelle 56, eine rechte Fotozelle 58 Verhältnis des Fehlersignals gegenüber einer Verset-

zuing von der Mitte der Führungslinie aufrechterhalten wird.

Bei einer ersten Ausführungsform ist der automatisch geregelte Verstärker 78 so ausgebildet, daß er eine konstante Summation des linken und des rechten Fotozellen-Ausgangssigr,als aufrecht erhält.

Bei einer weiteren Ausführungsform hält der Rückkopplungskreib 74 eine konstante Differenz zwischen der Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 und dem Mittel der linken und der rechten Fotozellen-Ausgangsspannung aufrecht. Wenn die Stellungen der Fotozellen 56, 58, 60 so sind, daß sie ungefähr den gleichen Betrag an Umgebungshelligkeit von der gleichen Sichtfläche empfangen, so eliminiert die Differenzfunktion die Komponenten der Umgebungshelligkeit aus dem Gesamtsignal und behält eine Referenzspannung, die nur noch von der Signalstärke der Führungslinie 36 abhängig ist.

Um eine konstante Verstärkung der geschlossenen Rückkopplungsschleife mit dem verbesserten Rückkopplungskreis ohne Rücksicht auf die Umgebungshelligkeit aufrecht zu erhalten, ist eine Anordnung der mittleren Fotozelle 60 in der Weise erforderlich, daß die von ihr empfangene Umgebungshelligkeit tatsächlich gleich groß wie die von der linken und der rechten Fotozelle 56 und 58 empfangene Umgebungshelligkeit ist, wenn die Führungslinie 36 im Zentrum eingestellt ist. Da die von einer Fotozelle empfangene Intensität einer Lichtquelle eine Funktion sowohl der Sichtfläche der Fotozelle, an der das Licht empfangen wird, als auch des wirksamen Abstandes ist, den das Licht vor seiner Aufnahme durch die Fotozelle durchläuft, ist es möglich, bei direkt unterhalb der mittleren Fotozelle 60 angeordneter Führungslinie 36 die von jeder Fotozelle 56, 58, 60 empfangene Umgebungshelligkeit durch geeignete Einstellung der Fotozellen 56,58,60 gleich groß zu machen und erforderlichenfalls geeignete Blenden vor die Fotozellen 56, 58,60 zu setzen.

Obwohl die Verwendung eines Rückkopplungssignales mit der Differenz zwischen der Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 und dem Mittel der Ausgangsspannungen der beulen seitlichen Fotozellen 56, 58 ausreicht, um eine konstante Verstärkung der Rückkopplungsschleife ohne Störung durch die Umgebungshelligkeit aufrecht zu erhalten, bleibt die Signalverstärkung nur so lange konstant, wie die Führungslinie 36 ungefähr zentriert ist und von den Fotozellen 56,58,60 die gleiche wirksame Umgebungshelligkeit empfangen wird. 1st die Führungslinie 36 zur einen oder anderen Seite aus dem Zentrum heraus versetzt, so ändert sich der wirksame Betrag der von der jeweiligen Fotozelle empfangenen Umgebungshelligkeit, so daß eine entsprechende Komponente in das Rückkopplungssignal eingeht. Ferner wird die Differenz der Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 und der mittleren Ausgangsspannung der beiden seitlichen Fotozellen 56, 58 klein. Das durch Verschiebung der Führungslinie 36 entstehende Fehlersignal läßt sich zumindest teilweise vermeiden, indem man die Zeitkonstante der automatischen Verstärkungsregelung 78 ausreichend klein und die Reaktionszeit und Genauigkeit der Servoüberwachung ausreichend lang macht, so daß das Fahrzeug in eine Stellung ohne Abgabe eines Fehlersignales zurückbewegt wird, bevor die automatische Verstärkerregelung 78 reagiert und das Rückkopplungssignal wegen einer Versetzung ändert

Damit keine Verstärkungsänderung der Rückkopplungsschleife bei abnehmender Differenz der Ausgangsspannung der nrttleren Fotozelle 60 und der mittleren Ausgangsspannung der beiden seitlichen Fotozellen 56, 58 bei zunehmender Versetzung von der Mittellinie 36 auftritt, kann man den Absolutwert des Fehlersignals zur Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 addieren, bevor die mittlere Ausgangsspannung der linken und der rechten Fotozelle 56,58 subtrahiert wird. Wenn das Ausgangssignal der mittleren Fotozelle 60 in dieser Weise modifiziert wird, so kann die Ausgangsspannung der automatischen Verstärkungsregelung 78 sogar bei beträchtlichen Versetzungen der Mittellinie gegenüber der Führungslinie 36 relativ konstant bleiben.

Der Hauptzweck des Rückkopplungssignales besteht darin, daß vermieden werden soll, daß Änderungen in

der Linienhelligkeit oder im Linienkontrast bzw. Änderungen hinsichtlich des Pegels der ultravioletten Strahlung die Ausgangsverstärkung beeinflussen. Auf diese Weise verringert der automatisch geregelte Verstärker 78 die Verstärkung, wenn der Pegel des Signals kleiner wird. Indem man den Rückkopplungskreis 74 von der Umgebungshelligkeit unbeeinflußbar macht, spricht die Verstärkungsregelung 78 nur auf wechselnde Bedingungen des bei Versetzung auftretenden Fehlersignals an, wenn dieses Signal bei Veränderung der Führungslinie 36 zusammen mit der Fotozellen-Ausgangsspannung ausgewertet wird.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Lenkeinrichtung ergibt sich aus dem Einbau eines Linienabtastschaltkreises, der eine Aktivierung der Lenkeinrichtung verhindert, wenn das Fahrzeug mit seiner Lenkeinrichtung sich nicht über einer echten und einwandfreien Führungslinie befindet

Bei einer ersten Ausführungsform wird eine echte Führungslinie erst dann angezeigt, wenn die Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 größer ist als die Ausgangsspannungen sowohl der linken als auch der rechten Fotozelle 56, 58. Zu diesem Zweck wird die Differenz der Ausgangsspannungen der mittleren und der linken Fotozelle 60, 56 und die Differenz der Ausgangsspannungen der mittleren und der rechten Fotozelle 60,58 im Rückkopplungskreis 74 ausgewertet Diese Differenzspannungen werden mit einer geeigneten Referenzspannung verglichen. Damit eine Führungslinie am Anfang erfaßt wird, muß die Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 größer sein als die Ausgangsspannungen sowohl des rechten als auch des linken Kanals, und der Pegel des Signals muß ausreichend hoch sein, um ein Erfassen der Linie zu gewährleisten. Wenn der Pegel des rechten oder linken Kanals größer als der des mittleren Kanals ist so erzeugt der Rückkopplungskreis 74 am Ausgang 82 ein Haltesignal und hält das Fahrzeug an. Mit dieser Kontrolleinrichtung ist gewährleistet daß die programmierte Linie hell genug ist und die richtige Breite aufweist Mit dieser Kontrolleinrichtung wird weiterhin eine falsche Linienanzeige verhindert, wie sie sonst von einem Stück Papier oder einem schwarz-weißen, schachbrettartigen Kachelboden erzeugt werden könnte. Ist die Linie erst einmal erfaßt so berücksichtigt die Logik, daß die Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 größer als die des linken oder des rechten Kanals sein muß. Ist letztere Bedingung nicht erfüllt so erzeugt der Rückkopplungskreis 74 ein Haltesignal und hält das Fahrzeug an.

Um den Betrieb des Fahrzeugs bei zu schwacher Führbngsünie zu verhindern, lassen sich Einrichtungen in den Rückkopplungskreis 74 einbauen, die eine Aktivierung des Fahrzeuges so lange verhindern, bis die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der mittleren Foto-

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zelle «Λ und dem Ausgangssignal der linken bzw. rechten Fotozelle 56,58 einen vorgegebenen Wert erreicht.

Die verschiedenen logischen Bedingungen zum Erfassen einer Führungslinie zu Beginn des Betriebes und zur Anzeige einer echten Führungslinie nach dem Erfaissen der Führungslinie haben den Zweck, die wirksame Sichtfläche zu vergrößern, wenn die Führungslinie einmal erfaßt ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Anzeige einer nicht vorhandenen Führungslinie erfolgt, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit bewegt und sich mit einem scharfen Bogen auf einer schwachen oder trüben Führungslinie dreht.

Andererseits lassen sich die Eingangs- oder Ausgangssignale des automatisch geregelten Verstärkers 78 dazu verwenden, eine echte Führungslinie 36 zu ermitteln. Bei dieser Ausführung wird das Eingangs- oder Ausgangssignal des automatisch geregelten Verstärkers 78 mit einer Referenzspannung in einer Pegelabtasteinrichtung verglichen. Die Referenzspannung ist so eingestellt, daß di«? Pegelabtasteinrichtung eine negative Linienanzeige abgibt, wenn der automatisch geregelte Verstärker seine Sättigung erreicht. Wenn keine echte Führungslinie 36 abzutasten ist, kann der automatisch geregelte Verstärker 78 keine konstante Spannungsdifferenz aufrecht erhalten und läuft rasch in die Sättigung. Somit läßt sich die Sättigung zwischen der Ausgangsspannung der mittleren Fotozelle 60 und dem Pegel der seitlichen Fotozellen 56,58 des automatisch geregelten Verstärkers 78 dazu verwenden, eine nicht vorhandene Linie zu ermitteln.

Es ist wünschenswert, wenn in den Rückkopplungskreis 74 eine Einrichtung zur Begrenzung der Versetzung eingebaut ist, die eine heftige Reaktion beim Erfassen einer Führungslinie 36 verhindert Eine derartige Einrichtung zur Begrenzung der Versetzung arbeitet mit der absoluten Differenz der Ausgangsspannungen der rechten und der linken Fotozelle 56, 58 und vergleicht diese Differenz mit einer geeigneten Referenzspannung, beispielsweise 1 Volt, im Rückkopplungskreis 74. Jedesmal wenn die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der rechten und der linken Fotozelle diese vorgegebene Referenzspannung überschreitet, wird am Ausgang 82 ein Haltesignal erzeugt 45 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Lenkeinrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs längs einer Führungslinie, mit eine· Strahlungseinrichtung am Fahrzeug zum Aussenden von Strahlung in Richtung zur Führungsiinie, mit einer Sensoreinrichtung am Fahrzeug zum Aufnehmen der von der Führungsiinie emittierten Strahlung zum Erzeugen eines Fehlersignales, welches der Abweichung der Stellung des Fahrzeuges von einer vorgegebenen seitlichen Versetzung gegenüber der Führungsiinie entspricht, und mit einer auf das von der Sensoreinrichtung erzeugte Fehlersignal ansprechenden Steuereinrichtung am Fahrzeug zur Lenkung des Fahrzeugs so, daß das Fahrzeug in der vorgegebenen seitlichen Versetzung gegenüber der Führungslinie bleibt, wenn sich das Fahrzeug längs der Führungslinie bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungslinie (36) bei norma- ler Umgebung-Helligkeit unsichtbar ist und ein Material enthält, das bei Stimulation durch die von der Strahlungseinrichtung (30) am Fahrzeug (10) in einem zweiten Frequenzbereich abgegebene Strahlung eine Strahlung in einem ersten Frequenzbereich abgibt, und daß die Strahlungseinrichtung (50) auf den zweiten und die Sensoreinrichtung (56—60) auf den ersten Frequenzbereich abgestimmt sind.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Führungslinie (36) enthaltene Materiel fluoreszierend ist, und daß der erste und der zweite Frequenzbereich der Strahlungen im sichtbaren bzw. im nicht iichtbai<:n Spektralbereich liegen.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Führungsiinie (36) enthaltene fluoreszierende Material bei Erregung durch unsichtbare ultraviolette Strahlung im ersten Frequenzbereich emittiert, daß die Strahlungseinrichtung (50) eine ultraviolette Lampe aufweist, die ultraviolette Strahlung im zweiten Frequenzbereich emittiert, und daß die Sensoreinrichtung (56—60) Fotozellen (56, 58, 60) zur Erzeugung eines der Intensität des einfallenden sichtbaren Lichtes proportionalen Ausgangssignales aufweist.

4. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Modulieren der von der Strahlungseinrichtung (50) emittierten Strahlung des zweiten Frequenzbereiches und durch eine synchronisierte Demodulationseinrichtung in der Steuereinrichtung (15, 70, 74, 78) zum Beseitigen des von der Umgebungshelligkeit herrührenden Anteils aus dem Fehlersignal.

5. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen von der Stärke der Umgebungshelligkeit unbeeinflußten Rückkopplungskreis (74) zum Aufrechterhalten eines weitgehend konstanten Verhältnisses zwischen dem Pegel des Fehlersignals und einer Versetzung der Führungslinie (36) bezüglich einer vorgegebenen Mittellinie, wenn das Fahrzeug (10) der Führungslinie (36) folgt und die Führungslinie (36) bei eingeschalteter Strahlungseinrichtung (50) heller als di e Umgebungshelligkeit ist.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (56—60) Folozcllcn (56,58,60) aufweist, welche zumindest in drei verschiedenen Positionen der Strahlungsintensität dieser drei Positionen entsprechend diskrete Ausgangssignale erzeugen, wobei die drei Positionen bei zentrierter Sensoreinrichtung (56—60) eine mittlere, über der Führungsiinie (36) liegende Position sowie eine nach links und eine nach rechts bezüglich der Führungs'inie (36) versetzte Position sind, daß die Fotozellen (56,58,60) am Fahrzeug (10) in der Weise angeordnet sind, daß bei zentrierter Führungslinie (36) bezüglich der Sensoreinrichtung (56—60) in allen drei Stellungen ungefähr die gleiche Umgebungshelligkeit empfangen wird, und daß der Rückkopplungskreis (74) eine konstante Differenz zwischen dem Ausgangssignal der mittleren Fotozelle (60) und dem Mittelwert der Ausgangssignale der linken und rechten Fotozelle (56,58) aufrechterhält, wenn die Führungslinie (36) bezüglich der Sensoreinrichtung (56—60) zentriert ist

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis (74) das Ausgangssigna! der mittleren Fotozelle (60) durch Addieren zum Absolutwert der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der linken und der rechten Fotozelle (56, 58) modifiziert, wobei die Differenz zwischen dem modifizierten Ausgangssigna! der mittleren Fotozelle (60) und dem Mittel der Ausgangssignale der linken und der rechten Fotozelle (56, 58) das Differenzsignal bildet, welches vom Rückkopplungskreis (74) weitgehend konstant gehalten wird.

8. Lenkeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an di*? Sensoreinrichtung (56—60) angeschlossene Linienabtasteinrichtung, die einer Aktivierung der Lenkung (12) entgegenwirkt, solange die Sensoreinrichtung (56—60) nicht über einer echten Führungslinie (36) angeordnet ist

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linienabtasttinrichtung einer Aktivierung der Lenkung (12) solange entgegenwirkt, bis das Ausgangssignal der mittleren Fotozelle (60) größer ist als das jeweilige Ausgangssignal der linken und der rechten Fotozelle (56,58).

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linienabtasteinrichtung eine einmal erfaßte Anzeige einer echten Führungslinie (36) solange aufrechterhält, bis das Ausgangssignal der mittleren Fotozelle (60) unter den Pegel der Ausgangssignale der linken und der rechten Fotozelle (56,58) fällt.

U. Lenkeinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Begrenzer, der einer Anzeige einer echten Führungslinie (36) solange verhindert, bis die Differenzen zwischen dem Ausgangssignal der mittleren Fotozelle (60) und dem jeweiligen Ausgangssignal der linken und der rechten Fotozelle (56, 58) einen vorgegebenen Wert erreichen.

12. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis (74) für die Sensoreinrichtung (56—60) ein Rückkopplungssignal in Abhängigkeit von einem Fehlersignal erzeugt, welches einer Veränderung der Differenz zwischen dem Ausgangssignal der mittleren Fotozelle (60) und den mittleren Ausgangssignalen der linken und der rechten Fotozelle (56,58) bei bezüglich der Führungslinie (36) zentrierter Sensoreinrichtung entspricht, und daß die Lenkung (12) mit einer Linienabtasteinrichtung verse-

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hen ist, die dem Arbeiten der Lenkung (12) entge- sein, so daß diese nur ultraviolette Strahlung aussendet,

genwirkt, wenn das Fehlersignal einen vorgegebe- Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lenkein-

nen Pegel überschreitet richtung besteht darin, daß sie in der Lage ist, eine t«i

13. Lenkeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch normaler Beleuchtung unsichtbare Linie zu verfolgen,

gekennzeichnet, daß die Linienabtasteinrichtung der 5 welche nur bei Erregung durch von der Lenkeinrichtung

Aktivierung der Lenkeinrichtung (12) entgegen- selbst erzeugte unsichtbare ultraviolette Strahlung

wirkt, wenn die Absolutdifferenz der Ausgangssi- sichtbar wird. Somit lassen sich die Anpassungsfähigkeit