DE2649597A1

DE2649597A1 - Lenksystem fuer fahrzeuge mit selbstlenkung

Info

Publication number: DE2649597A1
Application number: DE19762649597
Authority: DE
Inventors: Thomas R Blakeslee
Original assignee: LOGISTICON Inc
Current assignee: Portec Inc
Priority date: 1975-11-06
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2649597C2; GB1548307A; CA1073544A

Description

lenkbare Achse oder vor die feste Achse des Fahrzeuges montiert ist, um das Fahrzeug zu leiten, wenn es in einer solchen Richtung fährt, daß die feste Achse sich vor dem Sensor befindet, indem effektiv ein Positionsabweichungssignal relativ zur Laufrichtung erzeugt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zwei Sensorspulen auf, deren Ausgänge kombiniert werden, um ein Abweichungssignal V = (1+K)R-KF zu erzeugen, wobei R bzw. F die Differenz von Ausgängen von zwei rückwärtigen bzw. vorderen Sensoren sind, und K gleich dem Verhältnis des Abstandes des rückwärtigen Spulenpaares zum virtuellen Abtastpunkt und dem Abstand zwischen dem rückwärtigen und vorderen Spulenpaar.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Lenkgeräte für selbstangetriebene Fahrzeuge, und insbesondere ein Leitgerät für ein Auftragsammelfahrzeug, das einem Draht folgt.

Bei der Behandlung von Materialien erlauben Auftragsammeifahrzeuge (order picker vehicles) mit hohem Anstieg eine Lagerung mit engen Gängen und Wiederaufnahmevorgänge bei palettenfreier Lagerung in Behältern oder stückweiser Lagerung. Solche Fahrzeuge tragen einen Bearbeiter auf einer Hebeplattform, der Bestellmengen oder Aufträge aus einer Palette oder einem Speichermodul aufnimmt. Die hebbare Plattform enthält die Fahrzeugsteuerung, so daß der Bearbeiter auf der Plattform fahren kann. Die Gangbreit;en sind extrem schmal und können nur 1,2 m (4 Fuß) betragen. Gemäß einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin erlaubt das Lenk- oder Leitsystem dem Bearbeiter, zwischen manueller Servolenkung des Fahrzeuges oder automatischer Lenkung des Fahrzeuges zu wählen. Im automatischen Lenk betrieb folgt das Fahrzeug einem mit Energie versorgtem

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Draht, der in den Boden eingebettet ist, über den das Fahrzeug läuft.

In vielen seIbstgelenkten Fahrzeugsystemen, einschließlich des Systems nach der gleichzeitigen Anmeldung der Anmelderin, weist das Fahrzeug ein Räderpaar auf einer festen, d.h. nicht lenkbaren Achse auf, und ein lenkbares Rad, das gewöhnlich im Vorderteil des Fahrzeuges, mit Bezug auf die normale Laufrichtung, angeordnet ist. Das Gerät, mit dem der eingebettete,.mit Energie versorgte Draht abgefühlt wird, weist dann wenigstens ein Spulenpaar auf, das den Draht übergreift und das auf das Fahrzeug vor der festen Achse montiert ist. Der Zweck der Montage der Spulen vor der festen Achse besteht darin, eine Servostabilität zu erhalten* Wenn es erwünscht ist, das Fahrzeug in umgekehrter Richtung zu bewegen, ist es dann zur Beibehaltung der Stabilität notwendig, ein Paar Hilfs-Sensorspulen derart am Fahrzeug zu montieren, daß sie sich vor der festen, nicht steuerbaren Achse befinden, wenn das Fahrzeug in der Gegenrichtung läuft. In der US-Patentschrift 5 667 564- wird beispielsweise ein aufwendiger Mechanismus beschrieben, um zwei Paar lenkbare Räder zu erhalten, von denen eines mechanisch aus der Position herausbewegt wird, wenn das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung läuft, und das zum Boden abgesenkt wird und lenkbar ist, wenn das Fahrzeug in Gegenrichtung, läuft. Das normale lenkbare Rad muß dann um seine Vertikalachse nicht drehbar sein. Die Rückwärtsrichtungs-Sensorspulen werden ebenfalls je nach Laufrichtung des Fahrzeuges in ihre Position abgesenkt oder aus dieser herausgenommen. Dieser Mechanismus ist sehr kompliziert und aufwendig. Ein weiteres Problem besteht darin, daß, falls eine Last hinter der festen Achse getragen werden muß, d.h. auf der Gabel selbst, die Last bei Absenkung zum Boden die Sensorspulen stört, die unterhalb der Stapelgabel und hinter der Achse angeordnet sind.

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Zusammenfassung der Erfindung

Diese Nachteile des bekannten Standes der Technik werden erfindungsgemäß bei einem selbstgelenkten Fahrzeug derart beseitigt, das automatisch einem extern definierten Weg in einer Vorwärtsrichtung folgt und das wenigstens ein auf dem Boden anliegendes lenkbares Rad aufweist, eine Sensoreinrichtung, die auf das Fahrzeug so montiert ist, daß sie ein Positionsabweichungssignal erzeugt, das die Position des Fahrzeuges mit Bezug auf den Weg repräsentiert, eine Lenkmotoreinrichtung, die am am Boden anliegenden lenkbaren Rad befestigt ist, um das Fahrzeug aufgrund eines Lenksteuersignals an die Lenkmotoreinrichtung zu lenken, und eine Lenkschaltung, der das Positionsabweichungssignal zugeführt wird, um ein erstes Lenksteuersignal für die Lenkmotoreinrichtung zu erzeugen, um dafür zu sorgen, daß die Lenkmotoreinrichtung das Fahrzeug automatisch längs des äußeren Weges lenkt. Die Verbesserung nach der Erfindung besteht aus einer Sensoreinrichtung, mit der das Positionsabweichungssignal relativ zu einem virtuellen Abtastpunkt rückwärts vom Fahrzeug erzeugt wird, um das Fahrzeug zu leiten, wenn es in Rückwärtsrichtung längs des Weges läuft.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Weg, über den das Fahrzeug läuft, durch einen eingebetteten, mit Energie versorgten Draht definiert. Die Sensoreinrichtung besteht aus einem Paar Vorwärts-Sensorspulen und einem Paar Rückwärts-Sensorspulen, wobei jedes dieser Spulenpaare so auf das Fahrzeug montiert ist, daß es normalerweise den eingebetteten Draht übergreift. «Jedes Spulenpaar liefert ein Ausgangssignal, das die Differenz der Ausgänge der Spulen jedes Paares repräsentiert. Die Sensoreinrichtung weist ferner eine Einrichtung auf, mit der das Positionsabweichungssignal (V) mit Bezug auf den virtuellen Abtast- punkt entsprechend der folgenden Gleichung erzeugt wird:

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V » (1+K)R-KF

wobei R die Differenz der Ausgänge des rückwärtigen Sensοrspulenpaares ist;

F die Differenz der Ausgänge des vorderen Sensorspulenpaares; und

K eine Konstante, die gleich dem Verhältnis des Abstandes des rückwärtigen Spulenpaares zum virtuellen Abtastpunkt, geteilt durch den Abstand zwischen dem rückwärtigen und dem vorderen Spulenpaar, ist.

Bei einer weniger vorteilhaften Ausführungsform wird das Positionsabweichungssignal zum virtuellen Abtastpunkt durch Rechts- und Links-Äbweichungsspulen erzeugt, die auf beiden Seiten des eingebetteten Drahtes montiert sind, zusammen mit einer Richtungssensorspule, mit der der Winkel festgestellt wird, den das Fahrzeug mit dem Draht einschließt. Die Richtungssensorspule ist mit dem Draht ausgefluchtet, so daß ihr Ausgang für kleine Winkel proportional dem Tangens des Winkels ist, den diese mit dem Draht einschließt. Die Sensoreinrichtung weist ferner eine Einrichtung auf, mit der das Positionsabweichungssignal (V) mit Bezug auf den virtuellen Abtastpunkt entsprechend der folgenden Gleichung erzeugt wird:

V = L-R+K0

wobei K eine Konstante ist, die zum Teil durch das maximale Ausgangs signal von der Richtungssensorspule und den Abstand von den Positionssensorspulen zum virtuellen Abtastpunkt bestimmt wird, und L und R selbstverständlich die Ausgänge der Links- bzw. Rechts-Abweichungsspulen sind. Diese Ausführungsform ist weniger vorteilhaft, weil sie sehr empfindlich auf Variationen in der Gradheit des eingebetteten Drahtes reagiert. Eine leichte Krümmung im Draht wird erheblich vergrößert und sorgt für ein wildes Abweichuhgssignal.

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Durch die Erfindung soll also ein Leit- oder Lenksystem für ein Lastbewegungsfahrzeug mit eigenem Antrieb verfügbar gemacht werden, daß dem Fahrzeug erlaubt, in Rückwärtsrichtung zu laufen, ohne daß Sensorspulen notwendig werden, die der festen Achse des Fahrzeuges vorangehen.

Veiter soll durch die Erfindung ein Lenkgerät für ein selbstangetriebenes Fahrzeug verfügbar gemacht werden, das die Position und den Winkel des Fahrzeuges mit Bezug auf den eingebetteten Draht feststellt und ein Positionsabweichungssignal relativ zu einem virtuellen Abtastpunkt erzeugt, der sich vor dem Fahrzeug befindet.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Auftragsammeifahrzeuges, das mit einem Leitsystem nach der Erfindung ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Auftragsamme1-

fahrzeuges mit dem Leitsystem nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Leitweg aus einem

eingebetteten Draht für ein Fahrzeug nach der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf die Sensorspulenanordnung der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

einer der Sensorspulen-Einheiten nach der Erfindung;

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Fig. 6 eine schematische Ansicht einer der Sensorspulenanordnungen nach der Erfindung;

Fig. 7A

und 7B zusammen ein schematisches Blockschaltbild

des elektronischen Lenksystems nach der

Erfindung;

Fig. 8

und 9 ein detaillierteres Schema von Teilen der

Schaltung nach Fig. 7A und 7B;

Fig.10 ein Spannungsverlaufsdiagramm der vorderen

Sensorspulenausgänge des Lenksystems nach Fig. 7A und 7B;

Fig.11 eine Aufsicht auf eine alternative Spulenanordnung bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.12 ein Schaltbild einer Modifikation der Schaltung

gemäß Fig. 7 zur Berücksichtigung der zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig.13 ein Schema des Richtungs-Sensor-Logikteils

der Schaltung nach Fig. 7A und 7B·

Soweit möglich, sind in der vorliegenden Anmeldung die gleichen Bezugszeichen verwendet worden wie in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung.

Das in Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Grund-Auftragsamme1-fahrzeug 10, das beim Lenksystem nach der Erfindung verwendet wird, ist konventionell aufgebaut. Es weist einen rückwärtigen Teil 12 auf, der den Motor und die Speicherbatterien aufnimmt, die das Fahrzeug antreiben. Gemäß Fig. 2 ist das am weitesten links befindliche Rad ein am Boden anliegendes Lenkrad 14, das in einer horizontalen Ebene um eine vertikale Achse verschwenkbar ist und das

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vom Motor im Gehäuse 12 angetrieben wird. Zwei horizontal voneinander entfernte Elemente 16 stehen vom rechten Ende des Fahrzeuges, gesehen in Fig. 2, vor, und jedes trägt zwei am Boden anliegende Radrollen 18 auf nicht schwenkbaren, festen Achsen. Eine Gabelstapleranordnung 20 wird von einem Vertikalgestell 22 abgestützt, das sich oberhalb der Horizontalteile 16 erstreckt. Die Gabelstapleranordnung 20 weist eine Bearbeiterkabine 24 und ein Steuerpult 26 auf, das in die Kabine 24 montiert ist. Ein Lenkmodus-Wahl-Handrad 7^- erlaubt es dem Bearbeiter,das Fahrzeug manuell zu lenken, servozulenken oder automatisch zu leiten. Der Betrieb dieser Mechanismen ist in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung beschrieben. Der Gabelstaplermechanismus 20 wird unter Steuerung vomBearbeiter mit üblichen Einrichtungen am Gestell 22 angehoben bzw. abgesenkt, die hier nicht näher erläutert werden. Die winkelmäßige Ausfluchtung des am Boden anliegenden Lenkrades 14 wird visuell oberhalb des Fahrzeuges 10 mit einem drehbaren Indikator 28 auf der Oberseite des rückwärtigen Gehäuses 12 dargestellt.

Die Beschreibung des Fahrzeuges 10 war bis zu diesem Punkt die Beschreibung eines konventionellen Fahrzeuges. Um das Fahrzeug 10 für das Leitsystem nach der Erfindung zu modifizieren, ist die Vorwärtsrichtungs- oder Frontsensorspuleneinheit 30 auf der Unterfläche des Fahrzeuges unmittelbar hinter den Rädern 14 montiert und längs der Symmetrieachse des Fahrzeuges 10. Die normale Vorwärts-Laufrichtung des Fahrzeuges 10 ist nach links in Fig. 2, wie durch den Pfeil 5 angedeutet. Ein Rückkopplungssensor 32 ist auf die Oberseite des Indikators 28 montiert, um die Winkelposition des Indikators 28 abzufühlen. Eine Rückwärtsrichtungs- oder Rück-Sensorspulenanordnung 31 ist an der Bodenfläche des Fahrzeuges längs der Fahrzeugsymmetrieachse und zwischen die Spuleneinheit 30 und die nicht lenkbaren Festachsen-Räder 18 montiert. Das Fahrzeug 10 übergreift bei Betrieb

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ΛΑ

im automatischen Leitbetrieb einen eingebetteten Draht 34 im Boden 36. Der Draht 34- ist an eine Leitungstreibereinheit 38 für 6,3 kHz angeschlossen, die hochfrequente Signale längs des Drahtes 34- schickt. Wie noch näher erläutert wird, wird das Fahrzeug 10 bei Betrieb im automatischen Leitbetrieb über den Draht 34 zentriert und die Sensorspulenanordnungen 30 und 31» die den Draht übergreifen, nehmen die Drahtsignale auf und führen sie einem elektronischen Lenksystem zu. Das Lenk- oder Leitsystem dreht, durch eine noch zu beschreibende motorisierte Einheit, das am Boden anliegende Lenkrad 14 in der Weise, daß das Fahrzeug 10 längs des Drahtes 34 gelenkt wird.

Die Auslegung des Drahtes 34 in einer typischen Anlage ist in Fig. 3 dargestellt, die zeigt, daß der Draht 34 serpentinenartig durch eine Vielzahl von Lagergängen 40 führt. Das Fahrzeug 10 wird manuell in einer noch zu beschreibenden Weise in die Lagereinrichtung servogelenkt, bis es sich dem Draht 34 nähert, und zu diesem Zeitpunkt schaltet der Bearbeiter den Leitmechanismus in Automatikbetrieb, wenn er sich dem Draht 34 nähert. Wenn das Fahrzeug entweder über den Draht 34 gelaufen ist und von diesem wegfährt, oder relativ nahe an den Draht 34 herangekommen ist und von diesem wegfährt, verrastet das Lenk- oder Leitsystem elektronisch mit dem Draht und leitet das Fahrzeug über den Draht 34 und zwischen den Lagergängen 40 hindurch, bis der Bearbeiter das Fahrzeug 10 anhält.

Der elektronische Sensorteil des Lenkgerätes nach der Erfindung wird anhand von Fig. 4, 5 und 6 beschrieben. Das elektromagnetische Feld, das von dem Wechselstrom gesendet wird, der durch den eingebetteten Draht 34 läuft, wird radial längs des Drahtes verteilt, wie durch die magnetischen Flußlinien 156 in Fig. 6 illustriert. Die vordere Magnetspulensensoreinheit 30, die vom Fahrzeug 10 getragen wird,

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besteht aus zwei Rechts- und Links-Bezugsspulen 158 und und zwei Rechts- und Links-Abweichungsspulen 162 bzw. 164. Die Ausdrücke rechts und links beziehen sich in Fig. 4 auf die Vorwärtslaufrichtung, die durch den Pfeil 5 angedeutet ist, und in Fig. 6 auf einen Beobachter, der hinter den Spulen steht und in Laufrichtung (links) schaut. Die Bezugsspulen 158 und 160 haben einen Abstand von etwa 19 cm (7,5"), d.h., sie haben jeweils einen Horizontalabstand von 9,5 cm (3,75") vom eingebetteten Draht 34. Die Abweichungsspulen und 164 haben einen Abstand von etwa 37 cm (14,5"), d.h. einen Horizontalabstand von 18 cm (7,25") vom eingebetteten Draht 34. Die rückwärtige Sensorspuleneinheit 31 befindet sich etwa 60 cm (2 Fuß) hinter der vorderen Sensorspuleneinheit 30 und besteht aus zwei Rechts- und Links- Sensorspulen 33 bzw. 35, die einen Abstand von etwa 19 cm (7,5") haben und sich auf beiden Seiten des eingebetteten Drahtes befinden. Das heißt, jede Spule hat einen Horizontalabstand von etwa 9,5 cm (3,75") vom Draht. Die rückwärtige Spuleneinheit befindet sich 2,4 m (8 Fuß) vor einem hypothetischen virtuellen Abtastpunkt 29.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 soll angenommen werden, daß das Fahrzeug so vom Leitweg abweicht, daß sich der eingebettete Draht unter einem Winkel 0 mit Bezug auf die Fahrzeugsymmetrieachse befindet, wie durch den unterbrochen dargestellten Draht 34' in Fig. 4 angedeutet. Die Methode, mit der die Lenkschaltung nach der Erfindung ein Abweichungssignal liefert, wenn das Fahrzeug vorwärts in Richtung des Pfeils 5 läuft, wird in der erwähnten gleichzeitigen Anmeldung der Anmelderin beschrieben. Wenn das Fahrzeug jedoch rückwärts läuft, dann wird durch geometrische Konstruktion erkennbar, daß die Positionsabweichung (V) zwischen den virtuellen Abtastpunkten 29 und 29' gegeben ist durch die Gleichung

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R - (F - R) H

V - (1 + Dv/Ds)E - Il

wobei bedeuten: F = Abweichung am vorderen Sensor 30, d.h.

Differenz der Ausgänge der Spulen 160 und 158;

R = Abweichung.am rückwärtigen Sensor 31, d.h. Differenz der Ausgänge der Spulen 35 und 33;

Dv = Abstand der rückwärtigen Spuleneinheit vom virtuellen Abtastpunkt 29; und

Ds = Abstand zwischen den Spuleneinheiten 30 und 31·

Wenn beispielsweise die Sensoren 30 und 31 einen Abstand von 60 cm (2 Fuß) haben und der virtuelle Abtastpunkt sich 3 m (10 Fuß) hinter dem rückwärtigen Sensor 31 befinden soll, ist das Projektionsverhältnis 300/60 = 5 (10/2 = 5), so daß das virtuelle Sensorsignal das Sechsfache des rückwärtigen Sensorsignals minus das Fünffache des vorderen Sensorsignals sein würde·

Da das Abweichungssignal die Differenz zwischen zwei großen Zahlen ist, müssen beide Sensorcharakteristiken sehr genau sein. Eine 5 %ige Nichtlinearität in der Charakteristik des rückwärtigen Sensors ergibt beispielsweise eine 5 x 5 = 25 %ige Nichtlinearität im Ausgang für den virtuellen Sensor. Da Variationen in der Sensorneigung Variationen im Schleifengewinn verursachen, ist eine lineare Sensorkennlinie wichtig, wenn ServoStabilität und -genauigkeit erforderlich sind. Ein weiteres Problem, das durch den hohen Sensorgewinn verursacht wird, ist die höhere Empfindlichkeit gegen Störungen

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vom Antriebsmotor. Ein sehr linearer und reproduzierbarer Sensor mit guter Rauschsperre wird dadurch erhalten, daß der Sensor als steifes Sandwich gemäß Fig. 5 aufgebaut wird. Die Spulen, wie die Spule 158, sind alle horizontal auf eine Platine 157 einer gedruckten Schaltung mit ihren Leitungen montiert. Die Spulenzuleitungen werden in noch zu beschreibender Weise mit der gedruckten Schaltung verbunden. Die Seite der Platine 157 gegenüber den Spulen wird fest gegen eine Montageeinheit aus Platten gepresst, die aus einer Gummiplatte 161 von 3 mm (1/8") Stärke, einem 5 x 18 cm (2" χ 7") Streifen/aus Mümetall von 0,15 mm (0,006") Stärke und einem 3 mm (1/8") starken Streifen 165 aus kaltgewalztem Stahl besteht. Der Eümetallstreifen 163 endet nahe dem inneren Ende der Sensorspule und ergibt einen horizontalen Rückflußweg niedriger Reluktanz für die Flußlinien 156 vom Leitdraht 34-. Dadurch wird die Sensorausgangsleistung erhöht und die Antwort auf Störungen vom Fahrzeugantriebsmotor verringert. Das Mümetall linearisiert auch die Sensorkennlinie und reduziert Variationen der Sensorkennlinie, die von stählernen Fahrzeugbauteilen hervorgerufen werden. Das ist sehr wichtig da Verzerrungen des Magnetfeldes vom Draht durch stählerne Fahrzeugbauteile vorn und hinten nicht aneinander angepaßt werden können. Die resultierenden nicht-angepaßten Nichtlinearitäten der Sensorkennlinien können stark vergrößerte Nichtlinearitäten in der resultierenden virtuellen Sensorkennlinie hervorrufen. Durch den Aufbau wird auch eine sehr dünne Sensorpackung möglich. Bei einer Ausführungsform sind die Sensorspulen HF-Drosselspulen von 50 mH. Es ist darauf hinzuweisen, daß der gleiche Aufbau sowohl für die Sensoreinheiten 30 als auch 31 verwendet wird.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems wird in Verbindung mit Fig. 7A und 7B beschrieben. Die Ausgänge RF und -LF entgegengesetzter Phase von der rechten und linken Bezugsspule 158 bzw. 160 werden durch getrennte Verstärker 102 bzw. 101 mit variabler Verstärkungs-Steilheit zum

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Minus- bzw. Plus-Eingang eines Summierknotens 104 geführt. Der resultierende Ausgang LF+RF vom Summationsknoten 104 wird durch ein 6,25 kHz-Bandpassfilter IO5 an den Eingang eines Gleichrichterverstärkers 106 für automatische Verstärkungsregelung geführt. Der Ausgang des AVR-GIeiehrichterverstärkers 106 wird den Gleichspannungs-Verstärkungsregelungseingängen der Verstärker 101 und 102 mit variabler Verstärkung-Steilheit zugeführt. Der Ausgang der Verstärker und 102 steht in Proportion zum Gleichspannungs-Verstärkungsregelungs-Eingangsstrom. Das Resultat dieser Schleifenschaltung besteht darin, die Verstärkung der Verstärker und 102 so einzustellen, daß die Summe der Ausgänge von den linken und rechten Bezugsspulen (gesehen am Ausgang des Bandpassfilters IO5) konstant gehalten wird. Die Differenz zwischen den Links- und Rechts-Bezugssensorspulen-Ausgängen wird damit weniger empfindlich gegen die Distanz zum eingebetteten Draht 3^ und wird damit auch besser linear. In ähnlicher Weise werden die Ausgänge -RR und LR entgegengesetzter Phasenlage von der rechten und linken Sensorspule 33 bzw. 35 durch Verstärker 107 bzw. 108 variabler Verstärkung-Steilheit an den Plus- bzw. Minus-Eingang eines Summationsknotens 109 geliefert. Das resultierende Ausgangssignal LR+RR vom Summationsknoten 109 wird durch ein 6,25 kHz-Bandpassfilter 110 an den Eingang eines AVR-GIeichrichterverstärkers 111 geliefert. Die Ausgangsgleichspannung vom AVR-Gleichrichterverstärker 111 wird dem "Schaltkontakt" eines elektronischen einpoligen Umschalters 112 zugeführt. Der Schalter 112 wird durch eine Fahrzeugrichtungs-Sensorlogikschaltung 114 betätigt. Wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt, wird das Äquivalent des Kontaktarms 112 so geschaltet, daß es den Ausgang des AVR-Gleichrichterverstärkers 111 dem Gleichspannungs-Verstärkungsregelungseingang der Steilheitsverstärker IO7 und 108 zuführt. Wenn das Fahrzeug sich vorwärts bewegt, wird der Ausgang vom

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AVR-Gleichrichterverstärker den variablen Verstärkungssteuereingängen von zwei Steilheitsverstärkern 100 und 103 zugeführt. Der Verstärker 100 wird mit dem Ausgang von der linken Abweichungsspule 164 und der Verstärker 103 mit dem Ausgang von der rechten Abweichungsspule 162 gespeist. Die entsprechenden Ausgänge LFO und -RFO von den Verstärkern und IO3 werden ebenfalls den Minus- und Plus-Eingängen des Summationsknotens IO9 zugeführt. Da, wenn der Schalter 112 sich in Vorwärtsstellung befindet, die Verstärker I07 und keinen Verstärkungsregelungsgleichstrom erhalten, werden sie effektiv ausgeschaltet, und dem Summationsknoten 109 werden nur die Signale LFO und -RFO zugeführt. Umgekehrt, wenn der Schalter 112 sich in Rückwärtsstellung befindet, erhalten die Verstärker 100 und 103 keine Verstärkungsregelungsgleichstromsignale und werden effektiv ausgeschaltet, so daß nur die Signale LR und -RR dem Summationsknoten IO9 zugeführt werden. Wie im Falle der Verstärker 101 und 102, ist der Zweck der Schleife, die das Bandpassfilter 110 und den AVR-Gleichrichterverstärker 111 enthält, die Verstärkungen der entsprechenden Verstärker so einzustellen, daß die Summe der Links- und Rechts-Sensorspulensignale, die dem Summationsknoten 109 (gesehen am Ausgang des Bandpassfilters 110) zugeführt werden, konstant gehalten wird.

Die Ausgänge RF und -LF der Verstärker 102 bzw. 101 gehen auch an die Eingänge eines Subtraktionsknotens 113» dessen Ausgang LF-RF dem Eingang eines Steilheitsverstärkers 115 zugeführt wird. Der Ausgang des Steilheitsverstärkers 115 wird einem Summationsknoten 116 zugeführt. Der Summationsknoten 116 hat die Eigenschaft, daß sein Ausgang das Fünffache des Wertes seiner Eingänge ist.

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Die Minus- und Plus-Eingänge des Summationsknotens 109 werden auch einem zweiten Subtraktionsknoten 117 zugeführt, dessen Ausgang einem Steilheitsverstärker 118 zugeführt wird. Der Ausgang des Steilheitsverstärkers 118, der im Rückwärtsbetrieb EE-LR und im Vorwärtsbetrieb RFO-LFO ist, wird ebenfalls einem der Eingänge des Summationsknotens 116 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 118 wird ebenfalls einem weiteren Summationsknoten 119 zugeführt. Ein weiterer Eingang des Summationsknotens 119 ist ein elektronischer CMOS-Schalter 120,der am Ausgang des Summationsknotens liegt. Der Schalter ist im Rückwärtsbetrieb geschlossen und im Vorwärtsbetrieb offen.

Im Rückwärtsbetrieb ist also der Ausgang des Summationsknotens 119 das Sechsfache des rückwärtigen Sensorsignals minus das Fünffache des vorderen Sensorsignals für eine Projektionsdistanz zum virtuellen Abtastpunkt gleich dem Fünffachen des AbStandes zwischen den Sensoreinheiten 30 und 31· Die Differenzbildung wird dadurch erhalten, daß LF-RF dem Signal RR-LR addiert wird, was äquivalent einer Subtraktion von RF-LF von RR-LE ist. Trimpot-Einstellungen sind vorgesehen, um Variationen im Sensorspulenausgang und den Kreisverstärkungen zu eliminieren. Im Vorwärtsbetrieb wird das Signal RFO-LFO, entsprechend der Differenz der rechten und linken Abweichungsspulen 103 und 100, dem Ausgang des Summationsknotens 119 zugeführt. Die gefilterte Summe der Rechts- und Links-Bezugsspulensignale RF und LF wird als Bezugssignal für einen Synchrondetektor 180 verwendet, der noch näher erläutert wird.

Die Richtung des Fahrzeuges wird aus der Ankerspannung des Antriebsmotors und den Vorwärts- und Rückwärts-Schaltern, symbolisiert durch Schalter 121, in der Motorsteuerung bestimmt. Vergleiche auch Fig. 13. Wenn der Fahrzeugsrichtungsbefehl umgekehrt wird, sorgt die Trägheit dafür,

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daß sich das Fahrzeug einige Zeit in der gleichen Richtung weiterbewegt. Während dieser Zeit ist die Ankerspannung umgekehrt. Die tatsächliche Fahrzeugrichtung wird also dadurch abgetastet, daß ein Logikklinkenkreis 124 nur dann auf die Richtung eingestellt wird, die vom Steuerschalter befohlen ist, wenn die Ankerspannung nicht umgekehrt ist. Das wird von der Richtungsfühler-Logikschaltung 114 abgefühlt, deren Ausgang nur dann "wahr" ist, wenn das Fahrzeug in der befohlenen Richtung läuft.

Um nicht notwendigen Energieverbrauch vom Fahrzeuglenkmotor zu verhindern, wenn das Fahrzeug steht, bereitet eine Pausenschaltung 122, die unter der Steuerung der Richtungssensor-Logikschaltung 114· arbeitet, das Lenksteuersignal über einen elektronischen CMOS-Schalter 123 nur dann vor, wenn die Ankerspannung anzeigt, daß sich das Fahrzeug bewegt. Diese Schaltung schaltet sehr schnell ein, schaltet die Lenkschaltung jedoch nur nach einer Verzögerung von 15 Sek. ab.

Der Ausgang des Bandpassfilters 105 wird einem Eingang eines Invertierverstarkers 172 und einem Arm eines Potentiometers 174 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 172 ist "-(LF+RF)" bezeichnet und wird dem anderen Arm des Potentiometers 174 zugeführt. Der Abgriff des Potentiometers 174 ist mechanisch mit dem am Bodedanliegenden Lenkrad 14 verbunden, wie durch die unterbrochene Linie zum Motor 44 angedeutet. Die Winkelorientierung des am Boden anliegenden Lenkrades 14 wird also in der Position des Abgriffs des Potentiometers 174 widergespiegelt. Das Potentiometer 174-, zusammen mit der mechanischen Verbindung, die als unterbrochene Linie zum Motor 44 dargestellt ist, repräsentiert also tatsächlich den Sensor 32, der auf den Indikator 28 auf dem Rücken des Fahrzeuggehäuses 12 montiert ist, wie ia Fig. 1 und 2 dargestellt.

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Wenn das am Boden anliegende Lenkrad 14 soweit wie möglich nach rechts gedreht wird, wird der Abgriff des Potentiometers 174 in die Position bewegt, wo er das Signal -(LF+RF) aufnimmt. Wenn das am Boden anliegende Lenkrad soweit wie möglich nach links gedreht ist, befindet sich der Abgriff des Potentiometers 174 am entgegengesetzten Ende und nimmt das Signal (LF+EB¹) auf. Das Ausgangs signal vom Abgriff wird mit FB bezeichnet, weil es sich um ein negatives Rückkopplungssignal handelt, und dieses Signal FB wird dem Summationsknoten 119 addiert. Der Ausgang des Summationsknotens ist also "R-L+FB", wobei E-L gleich ist 6(RR-LR)-5(RF-LF) im Rückwärtsbetrieb und RFO-LFO im Vorwärtsbetrieb. Dieses Signal wird dem Eingang eines Operationsverstärkers 176 zugeführt.

Das Verstärkersignal R-L+FB vom Ausgang des Verstärkers wird durch einen variablen Schleifengewinnwiderstand 178 einem Eingang eines Synchrondetektors 180 zugeführt. Das verstärkte Bezugssignal -(LF+RF) vom Ausgang des Verstärkers 172 wird einem anderen Eingang des Synchrondetektors 180 zugeführt. Der Synchrondetektor detektiert Signale, die mit dem Bezugssignal kohärent sind, d.h., wenn das Bezugssignal weniger als 180° außer Phase zum Abweichungssignal ist, integriert der Synchrondetektor das Abweichungssignal R-L+FB. Wenn das Bezugssignal mehr als 180° außer Phase mit dem Abweichungssignal ist, invertiert der Synchrondetektor das Abweichungssignal R-L+FB und integriert es. Auf diese Weise werden Störsignale ausgemittelt. Der Ausgang des Synchrondetektors 180 ist ein Gleichspannungssignal, dessen Größe die Positionsabweichung des Fahrzeuges 10 repräsentiert und dessen Polarität anzeigt, auf welcher Seite des Drahtes sich das Fahrzeug 10 befindet. Der Ausgang wird durch ein 5 Hz-Tiefpassfilter 184 geleitet, um hochfrequente Impulse auszufiltern, und der

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Ausgang des Filters 184- wird einem 0,1-1,2-Hz-Voreilfilter zugeführt, das eine Phasenvoreilung von etwa 60° einführt, um Schwingungen in der Rückkopplungsschleife zu verhindern. Der Ausgang vom Voreilfilter 186 wird einem Anschluß eines elektronischen einpoligen Umschalters 188 zugeführt.

Der andere Anschluß des Schalters 188 ist mit dem Servolenkung st achomet er 46 verbunden, das mit dem Handrad 74- gedreht wird. Der Ausgang des Voreilfilters 186 wird auch einer Vorbereitungslogikschaltung 190 zugeführt. Ein weiterer Eingang der Vorbereitungslogikschaltung 190 kommt vom Signalamplitudendetektor 192, dessen Eingang vom Invertierverstärker 172 kommt.

Der Zweck der Vorberei*bungslogikschaltung 190 ist, festzustellen, wann das Lenksystem den eingebetteten Draht 34-"aufgenommen" hat. Der Ausgang des Signalamplitudendetektors 192 repräsentiert ein Schwellwertsignal, das einfach eine verstärkte Version des Bezugssignals -(LF+RF) ist. Dieses Schwellwertsignal, zusammen mit dem Signal vom Voreilfilter 186, erlaubt es der Vorbereitungslogikschaltung I90, festzustellen, ob das Signal kräftig genug ist, um die Schaltung zu leiten, und, aus den Vorzeichen von Neigung und Polarität des Abweichungssignals, ob das Fahrzeug 10 den Draht überkreuzt hat und von ihm wegfährt oder sich dem Draht stark genähert hat und von ihm wegfährt.

In Fig. 10 ist graphisch der Spannungsverlauf des Bezugssignals -(LF+RF) und des Abweichungssignals R-L mit Bezug auf den eingebetteten Draht 34- dargestellt. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, hat das Bezugssignal eine leichte Eintiefung der Amplitude, wenn das Fahrzeug 10 über dem eingebetteten Draht 3^ zentriert ist. Das Abweichungssignal durchläuft Null, wenn das Fahrzeug 10 über dem Draht 34· zentriert ist. Wenn das Abweichungssignal und das Bezugssignal

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auf der gleichen Seite der Abszisse liegen, sind sie in Phase, und wenn sich das Abweichungssignal auf der entgegengesetzten Seite der Abszisse befindet, sind Abweichungsund Bezugs-Signal außer Phase. An dem Punkt, an dem das Fahrzeug 10 dabei ist, den Draht zu kreuzen, ändert sich die Polarität des Ausgangs des Synchrondetektors von einer Polarität zur anderen, und die Neigung des Abweichungssignals nähert sich Null. Dieser Zustand triggert die Vorbereitungslogikschaltung 190, um den elektronischen Schalter 188 zu aktivieren, so daß dieser den Ausgang des Voreilfilters 186 mit dem Plus-Eingang eines Summationsknotens 194 verbindet$ Bis dieser Zustand erreicht ist, verbindet die Vorbereitungslogikschaltung 190 das Servolenkungstachometer mit dem Plus-Eingang des Summationsknotens 194. Der Manuell-Auto-Schalter 146 ist ebenfalls mit der Vorbereitungslogikschaltung I90 verbunden, so daß es dem Bearbeiter möglich ist, manuell dafür zu sorgen, daß der Schalter 188 das Servolenkungstachometer 46 mit dem Summationsknoten 194 verbindet, wenn sich das Handrad 74 in seiner Zwischenstellung befindet. Die „_;) Vorbereitungslogikschaltung I90 läßt auch das "Auto"-Licht 136 aufleuchten, wenn der Schalter 198 in der Position ist, in der das Voreilfilter 186 mit dem Summationsknoten 194 verbunden ist.

Der Ausgang des Summationsknotens 194 geht an eine impulsbreitenmodulierte Leistungstreiberschaltung 196. Der Ausgang des Treibers 196 besteht aus einer Reihe von Impulsen, deren Breite proportional der Größe des Abweichungssignals ist und deren Polarität der Polarität des Ausgangssignals vom Synchrondetektor 180 entspricht, d.h., die Polarität hängt davon ab, auf welcher Seite des eingebetteten Drahtes 34-das Fahrzeug steht. Eine Ausgangsleitung vom Treiber 196 ist direkt mit dem Motor 44 verbunden. Die andere Ausgangsleitung führt über einen niedrigen Widerstand 198 zum Motor Ein elektronisches Tachometer 200 hat drei Eingänge, die mit

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dem Ausgang des Treibers 196 und dem Motor 44- verbunden sind, so daß sie in der Lage sind, sowohl den Spannungsabfall über dem Motor 44- als auch den Spannungsabfall über dem Widerstand 198 ab zufühl en. Der Motor 44- wirkt effektiv wie ein Generator. Wenn bekannt ist, wieviel des Spannungsabfalls über dem Motor durch Widerstandsverluste im Anker verursacht ist, ist es möglich, durch Abfühlen des Stroms durch den Motor, repräsentiert durch den Spannungsabfall über dem Widerstand 198, die wahre Rück-EMK zu berechnen, die vom Motor 4-4 erzeugt wird. Diese Information wird im elektronischen Tachometer in analoger Weise berechnet, um ein Rückmeldesignal zu erzeugen, das am Knoten 194- subtrahiert wird. Dieses negative Rückkopplungssignal ergibt eine Dämpfung, um den Motor daran zu hindern, durch Überlauf in Schwingung zu kommen, was sonst aufgrund der negativen Haupt-Rückkopplungsschleife durch das Potentiometer 174- geschehen könnte.

Die Schaltung nach Fig. 7A und 7B wird näher in Verbindung mit Fig. 8 und 9 erläutert. Die gleichen Komponenten, die in Fi. 7A und 7B dargestellt sind, sind mit unterbrochenen Linien eingeschlossen und werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Bezugssignal -(LF+RF) wird einem Eingang eines DifferentialVerstärkers 180 zugeführt, der als Synchrondetektor geschaltet ist. Der Ausgang des Synchrondetektors 180 wird einem 5 Hz-Tiefpassfilter 184- zugeführt, das aus einem Kondensator besteht, der zwischen den Ausgang des Synchrondetektors 180 und Schaltungserde geschaltet ist, und einem Widerstand, der zwischen den Ausgang des Synchrondetektors 180 und Signalerde geschaltet ist. Es ist hervorzuheben, daß einige Komponenten der Schaltung mit Schaltungserde verbunden sind, während andere mit Signalerde verbunden sind. Der Grund dafür liegt darin, daß, wie im unteren Teil der Fig. 8 zu erkennen ist, die allgemein mit 202 bezeichnete Stromversorgung einen Ausgang +12V gegen Schaltungserde

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- JHr-

hat und einen Ausgang +7V, der mit Signalerde verbunden ist.

Der Ausgang des Tiefpassfilters 184 wird einem Eingang eines Differentialverstärkers 204 zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang vom Voreilfilter 186 beaufschlagt wird, das aus einer Parallel-RC-Schaltung besteht, die in Rückkopplungsform mit dem Verstärker 204- verbunden ist.

Der Ausgang der Differentialverstärkerschaltung I70 wird auch dem Signalamplitudendetektor 192 zugeführt, der aus einem Eingangswiderstand 206 besteht, der mit der Kathode einer Diode 208 verbunden ist, deren Anode mit dem Eingang eines Differentialverstärkers 210 verbunden ist. Der andere Eingang des Verstärkers 210 ist über einen Widerstand 212 mit Schaltungserde verbunden und über einen Kondensator mit der Anode der Diode 208. Eine Vorspannung von + 12 V wird über einen Widerstand 216 an die Anode der Diode 208 geliefert. Das Ausgangssignal vom Verstärker 210 kann als das Schwellwertsignal bezeichnet werden und wird über eine Leitung 220 an die Vorbereitungslogikschaltung I90 geliefert. Der "MAN¹J-Anschluß des einpoligen Umschalters 14-6 ist mit der Leitung 220 verbunden. Der Schaltarm des Schalters ist mit Schaltungserde verbunden. Wenn also der Schalter sich in der Position "MAN¹.¹ befindet, ist die Leitung 220 geerdet und es wird kein Schwellwertsignal an die Vorbereitungslogikschaltung 192 geliefert, als ob kein Schwellwertsignal erzeugt worden wäre. Diese beiden Zustände werden im Folgenden als logisch unten bezeichnet.

Die Leitung 220 ist mit dem Eingang eines Inverters 222 verbunden, dessen Ausgang einem Eingang eines NOR-Gatters zugeführt wird. Der Ausgang des NOR-Gatters wird einem Eingang eines zweiten NOR-Gatters 226 zugeführt, und dem

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Steuereingang eines CMOS-Schalters 228 und dem Eingang eines Inverters 230. Der andere Eingang des NOR-Gatters 224 ist der Ausgang des NOR-Gatters 226. Der Ausgang des Inverters 230 wird über einen Widerstand 232 mit der Basis eines KPN-Transistors 234- verbunden. Der Emitter des Transistors 234· ist mit Schaltungserde verbunden. Die LED 138 liegt in Reihe zwischen der +24"V-Stromversorgung und dem Kollektor des Transistors 234.

Der Ausgang des Inverters 230 ist ferner mit dem Steuereingang eines zweiten CMOS-Schalters 236 verbunden, dessen Eingang mit dem Ausgang des Servolenkungstachometers 46 beaufschlagt wird. Die Ausgänge der CMOS-Schalter 228 und 236 werden kombiniert und einem Eingang eines Differentialverstärkers 238 zugeführt.

Der andere Eingang des NOR-Gatters 226 kommt vom Ausgang eines EXOR-Gatters 240. Wie noch näher erläutert wird, ist der Ausgang des ODER-Gatters 240 ein Signal, das repräsentiert, ob die Vorzeichen von Neigung und Polarität des Abweichungssignals nach der Synchrondetektion gleich sind oder nicht, um die Logik "vorzubereiten", d.h., dafür zu sorgen, daß das Lenksystem den eingebetteten Draht 34 aufnimmt.

Wenn, wie oben erwähnt, der Schalter 146 sich in Manuell-Stellung befindet, oder wenn kein Schwellwertsignal auf Leitung 220 steht, steht logisch hoch am entsprechenden Eingang des NOR-Gatters 224. Wenn das geschieht, wirken die NOR-Gatter 224 und 226 als ein Flip-Flop, wobei der hohe Eingang vom Inverter 222 zum NOR-Gatter 224 ein übersteuernder Rückstellbefehl ist. Dadurch ist der Ausgang des NOR-Gatters 224 logisch unten und der Ausgang

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des NOR-Gatters 226 logisch, hoch, unabhängig vom Ausgang des EXOR-Gatters 240. Logisch unten am Ausgang des NOR-Gatters 224 sorgt dafür, daß der Transistor 234 leitend wird, um die LED 138 zu erregen. Das gleiche logische Unten sorgt auch dafür, daß der CMOS-Schalter 228 öffnet und wegen des Inverters 230 der CMOS-Schalter 236 geschlossen wird.

Wenn der CMOS-Schalter 228 offen und der CMOS-Schalter 236 geschlossen ist, wird der Ausgang des Servolenkungstachometers 46 dem Eingang des Differentialverstärkers 238 zügeführt. Der Ausgang des Verstärkers 238 kann als Geschwindigkeitsbefehl, oder effektiv als Lenksteuersignal für den Motor, aufgefaßt werden. Die Polarität des Signals legt fest, in welcher Richtung die Motorsteuerung dreht.

Wenn der Schalter 146 in die Position "Auto" gebracht wird, wie in Fig. 8 dargestellt, und ein Schwellwertsignal auf Leitung 220 erscheint, ist der Ausgang des Inverters logisch unten. Angenommen, daß der Ausgang vom EXOR-Gatter 240 ebenfalls logisch unten ist, wodurch angezeigt wird, daß das Vorzeichen der Neigung nicht gleich dem Vorzeichen der Polarität des synchrondetektierten Abweichungssignals ist, und daß der Ausgang des NOR-Gatters 224 weiterhin logisch unten ist, dann ist der Ausgang des NOR-Gatters 226 logisch hoch. Selbst wenn der Schalter 146 sich in Stellung "Auto" befindet, läuft zu diesem Punkt das Fahrzeug 10 weiter im Servolenkungsbetrieb, bis die Vorzeichen von Neigung und Polarität des modifizierten Abweichungssignals gleich sind. Wenn das geschieht, wird der Ausgang des EXOR-Gatters 240 logisch hoch, so daß der Ausgang des NOR-Gatters 226 logisch tief wird. Mit zwei logischen Tiefwerten am Eingang des NOR-Gatters 224 ändert sich dessen Ausgang auf logisch hoch und klinkt den Flip-Flop ein.

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tb

Logisch hoch, am Ausgang des KOR-Gatters 224 sorgt dafür, daß der CMOS-Schalter 228 leitend wird und der CMOS-Schalter sperrt. Die LED 138, die vom Ausgang des Inverters 230 gespeist wird, verlischt ebenfalls. Das Eingangssignal des Verstärkers 238 wird also der Leitsteuereingang von den Sensorspulen und das Fahrzeug 10 wird automatisch gelenkt.

Um die Polarität und die Neigung des Abweichungssignals festzustellen, wird der Ausgang des Verstärkers 2CW- einem Eingang eines Verstärkers 242 zugeführt, dessen anderer Eingang mit Chassis verbunden ist und dessen Ausgang einem Eingang des EXOR-Gatters 240 zugeführt wird. Der Ausgang vom Verstärker 204 wird auch einem Eingang eines Differentialverstärkers 244 zugeführt und, über einen Widerstand 246, dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 244. Dieser andere Eingang ist ebenfalls über einen Kondensator 248 mit Schaltungserde verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 244 wird zum anderen Eingang des EXOR-Gatters 240 geliefert. Der Ausgang des Verstärkers 242 repräsentiert die Polarität des Ausgangs des Verstärkers 204 und der Ausgang des Verstärkers 244 repräsentiert die Neigung des gleichen Signals. Wenn das Fahrzeug 10 ausreichend nahe an den eingebetteten Draht 34- gekommen, ist, so daß das Schwellwert signal am Ausgang des Verstärkers 210 aufgebaut wird, bestimmen die beiden Verstärker 242 und 244 zusammen mit dem EXOR-Gatter 240, ob das Vorzeichen der Neigung des Abweichungssignals gleich dem Vorzeichen seiner Polarität ist, wodurch angezeigt wird, daß das Fahrzeug 10 vom Draht wegläuft. Wenn das geschieht, ist der Ausgang des EXOR-Gatters 240 logisch hoch.

Es ist zu erwähnen, daß der Lenk-Flip-Flop aus den NOR-Gattern 224 und 225 effektiv ein verriegelnder Flip-Flop ist. Sobald der Flip-Flop 224 in den Auto-Betrieb übergegangen ist, wird er nur aufgrund einer Änderung im

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Zustand des Signals zurückgestellt, das vom Ausgang des Inverters 222 kommt und anzeigt, daß entweder der Schalter 146 in den manuellen Betrieb gelegt worden ist oder daß das Schwellwertsignal verlorengegangen ist. Vorausgesetzt, daß das Schwellwertsignal vorhanden ist und der Schalter 146 sich in der Auto-Stellung befindet, beeinflussen keine Änderungen am Ausgang des EXOR-Gatters 240 den Zustand des Flip-Flops.

Um den Bearbeiter darauf aufmerksam zu machen, daß der Lenk-Flip-Flop seinen Zustand geändert hat, beispielsweise, wenn das Schwellwertsignal aus irgendwelchen Gründen verlorengegangen ist, wird der Ausgang des NOR-Gatters 224 über eine Reihen-RC-Schaltung 246 an einen Eingang eines Tief-Wahr-NAND-Gatters 248 geführt. Dieser gleiche Eingang des NAND-Gatters 248 wird auch mit einer entsprechenden Vorspannung von + 12 V beaufschlagt. Der andere Eingang des NAND-Gatters liegt direkt am Auto-Anschluß des Schalters 146 und über einen Widerstand 250 an der LED 136. Der Ausgang des NAND-Gatters 248 liegt an der Basis eines NPN-Transistors 252, dessen Emitter mit Schaltungserde verbunden ist und dessen Kollektor in Reihe mit einem Alarm 254 an eine + 24 V-Quelle geschaltet ist.

Im Betrieb ist der vom Schalter 146 kommende Eingang des NAND-Gatters 248 logisch unten. Wenn der Ausgang des NOR-Gatters 224 ebenfalls auf logisch unten übergeht, wodurch angezeigt wird, daß der Lenk-Flip-Flop sich irgendwie selbst zurückgestellt hat, dann wird der Ausgang des NAND-Gatters 248 logisch hoch, so daß der Alarm 254 über den Transistor 252 getriggert wird. Ein Verstärker 256, von dem eine Leitung über eine Diode 258 an die + 12 V-Quelle geschaltet ist, und dessen Ausgang über einen Widerstand

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mit der Basis des Transistors 252 verbunden ist, aktiviert den Alarm 254-, wenn Stromausfall erfolgt.

Gemäß Fig. 9 wird das Geschwindigkeitsbefehls-Ausgangssignal vom Verstärker 238 einem Eingang eines !Comparators 262 und dem entsprechenden Eingang eines zweiten !Comparators 264 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 262 wird einem Eingang eines EXOR-Gatters 266 zugeführt, dem Eingang eines Inverters 268 und durch eine Parallelschaltung 270 von Diode und Widerstand einem Eingang eines Verstärkers 272. Der gleiche Eingang des Verstärkers 272 ist über einen Kondensator 274- mit Schaltungserde verbunden. Der Ausgang des Inverters 268 liegt über eine ähnliche Parallelschaltung 276 aus Diode und Widerstand an einem Eingang eines Verstärkers 278. Dieser gleiche Eingang des Verstärkers liegt über einen Eondensator 280 an Schaltungserde. Die anderen Eingänge der Verstärker 272 und 278 sind mit einer Quelle für + 12 V verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 278 liegt an der Basis eines NPN-Transistors 282, dessen Kolektor über einen Widerstand 284- mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 286 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 286 liegt direkt an + 24- V für den Motor. Die Basis des Transistors 286 wird über entsprechende Widerstände von der Quelle für + 24- V in Vorwärtsrichtung vorgespannt.

Der Ausgang des Verstärkers 272 liegt an der Basis eines NPN-Transistors 288, dessen Kollektor über einen Widerstand 290 am Kollektor eines PKP-Transistors 292 liegt. Der Emitter des Transistors 292 liegt direkt an der Motorquelle von + 24- V, und seine Basis wird durch entsprechende Widerstände von der Quelle für + 24- V in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Basen der Transistoren 286 und 292 sind

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auch, mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 29A- verbunden, dessen Emitter an Schaltungserde liegt.

Um die Richtung der Stromversorgung für den Motor 44 zu steuern, ist der Kollektor des Transistors 286 mit der Basis eines PHP-Transistors 296 verbunden, dessen Emitter an der Motorquelle + 24 V liegt. Der Kollektor des Transistors 296 liegt an einem Knotenpunkt 298 und am Kollektor eines NPN-Transistors 300. Die Basis und der Emitter des Transistors 300 liegen am Kollektor des Transistors 288 bzw. an einem Knotenpunkt 302. Der Emitter des Transistors 282 liegt an der Basis eines NPN-Transistors 304, dessen Emitter mit dem Punkt 302 verbunden ist und dessen Kollektor mit einem Knotenpunkt 306 verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 292 ist mit der Basis eines PNP-Transistors 308 verbunden, dessen Emitter mit der Motorbatterie bei + 24 V verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 308 ist mit dem Knotenpunkt 306 verbunden. Der Punkt 302 liegt in Reihe mit einem Draht 310 mit sehr niedrigem Widerstand am Minuspol der Motorbatterie. Der Motor 44 ist an einer Seite mit dem Knotenpunkt 298 und über den Widerstand 198 mit dem Knotenpunkt 306 verbunden.

Der Ausgang des EXOR-Gatters 266 liegt an einem Eingang eines NOR-Gatters 314. Der Ausgang des NOR-Gatters 314 wird einer Kombination von Invertern und Operationsverstärkern zugeführt, die allgemein mit 316 bezeichnet ist und das NOR-Gatter 314- in einen Mono-Flop von 200 Mikrosekunden umwandelt. Der Ausgang des NOR-Gatters 314-, effektiv der Ausgang des monostabilen Multi-Vibrators, liegt über einen

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Inverter 318 an der Basis des NPN-Transistors 294-.

Venn irgendeiner der Eingänge des NOR-Gatters 314- logisch hoch ist, ist dessen Ausgang logisch tief, und der Transistor 294 leitet, um die Transistoren 286 und 292 in Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Wenn die Transistoren 286 und 292 in Torwartsrichtung vorgespannt sind, d.h. leiten, schließen sie Basis und Emitter der Transistorsn 296 bzw. 3O8 miteinander kurz, so daß eie nicht leitend werden, so daß der Motor nicht läuft. Solange alle Eingänge des NOR-Gatters 314- logisch tief sind, ist dessen Ausgang logisch hoch und die Transistoren 286 und 292 sperren.

Angenommen, daß der Ausgang des Verstärkers 262 logisch hoch ist, so sorgt der Ausgang des Verstärkers 272 dafür, daß der Transistor 288 leitend wird, so daß der PNP-Transistor 3O8 und der HPH-Transistor 300 leitend werden, indem ihre Basen über den Widerstand 290, der beispielsweise einen Wert von 600 0hm haben kann, zusammengeschaltet werden. Ersichtlich fließt dadurch ein Strom von der 24-Volt-Batterie über den Transistor 308, den Widerstand 198, den Motor 44, den Transistor 300 und den Widerstand 310 zum Minuspol der Batterie. Der Motor läuft dann also in einer vorgegebenen Richtung, die durch den Stromfluß festgelegt ist. Wenn in ähnlicher Weise der Ausgang des Verstärkers 262 logisch hoch ist, werden die gleichen Transistoren abgeschaltet und durch den Inverter 286 und den Verstärker 278 werden die Transistoren 282, 304 und 296 leitend, so daß Strom zum Motor 44 geliefert wird, wenn auch in der entgegengesetzten Richtung, so daß sich dieser in der Gegenrichtung dreht. Die Polarität des Ausgangs des Verstärkers 262 bestimmt also die Richtung, in der sich der Motor dreht. Wie noch erläutert wird, hängt die Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 262 von der Polarität des Geschwindigkeitsbefehlssignals vom Verstärker 238 sowie vom Ausgang

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des elektronischen Tachometers 200 ab.

Wie oben in Verbindung mit Fig. 7 A und 7B erläutert worden ist, ist das elektronische Tachometer 200 parallel zum Motor und über den Widerstand 198 geschaltet. Wie in Fig. 12 dargestellt.ist, werden diese Verbindungen durch Leitungen 312, 320 und 322 hergestellt, die mit den Punkten 298, dem Verbindungspunkt von Motor und Widerstand 198,bzw. Punkt 306 verbunden sind. Diese Leitungen 312, 320 und sind die drei Eingänge des elektronischen Tachometers 200, das aus einem Differentialverstärker 324 besteht, dessen Eingänge von den Leitungen kommen, die mit dem Motor verbunden sind, und dessen Ausgang mit den Eingängen der Verstärker 262 und 264 verbunden ist, die nicht mit dem Ausgang des Verstärkers 238 verbunden sind. Wie oben erwähnt, werden die Ausgänge der Verstärker 262 und 264 den Eingängen eines EXOR-Gatters 266 zugeführt. Das EXOR-Gatter wirkt als gesteuerter Inverter, dessen Ausgang niedrig ist, sobald die absolute Größe des Geschwindigkeitsbefehlssignals die absolute Größe des Tachometerausgangssignals übersteigt, vorausgesetzt, daß die beiden Signale gleiche Polarität haben. Wenn die beiden Signale entgegengesetzte Polarität haben, dann ist der Ausgang des ODER-Gatters niedrig. In jedem anderen Zustand ist der Ausgang des ODER-Gatters 266 logisch hoch, so daß der Motor 44 abgeschaltet wird. Die Minimalzeit, während der der Motor 44 abgeschaltet ist, beträgt etwa 200 MikroSekunden, was durch die Schaltungswerte innerhalb des Multi-Vibrators 316 festgelegt wird. Die Zeitdauer, während der der Motor 44 eingeschaltet ist, wird durch die Zeitspanne bestimmt, die das Ausgangssignal vom elektronischen Tachometer 200 benötigt, um dem Geschwindigkeitsbefehlssignal

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vom Verstärker 238 gleich, zu werden. Um sich, gegen die Möglichkeit zu schützen, daß zwei in Reihe geschaltete Leistungstransistoren, wie die Transistoren 296 und 300 oder 308 und 304, gleichzeitig leitend werden, gewährleisten die Parallelschaltungen 276 und 270 aus Widerstand und Diode zusammen mit den zugehörigen Kondensatoren 280 und 274-, daß, wenn sich eine Änderung der Polarität des Geschwindigkeitsbefehlssignals ergibt, alle Leistungstransistoren abgeschaltet werden, ehe irgendein anderer Satz eingeschaltet wird.

Die beiden Eingänge eines Differentialverstärkers 326 sind parallel mit dem Widerstand 310 verbunden, so daß sie als Drehmomentbegrenzungssensor wirken, um den Motor in dem Falle abzuschalten, in dem aufgrund irgendeiner körperlichen Behinderung des Lenkradmechanismus der Motor gezwungen wird, einen zu hohen Strom zu ziehen, der den Motor beschädigen würde. Wenn die Spannung über dem Widerstand 310 über einen vorgegebenen Wert wächst, erreicht der Ausgang des Verstärkers 226 einen Wert, der logisch Hoch entspricht, das einem Eingang des NOR-Gatters 314-zugeführt wird. Dieses logisch Hoch sorgt dafür, daß der Motor aberregt wird. In ähnlicher Weise wird ein Stromausfallsignal vom Ausgang des Verstärkers 256 einem Eingang des NOR-Gatters 314 zugeführt, um den Motor abzuschalten, falls Leistung für die Lenkschaltung ausfällt.

In Fig. 11 und 12 ist eine modifizierte Ausführungsform des Rückwärtslenksystems nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind keine rückwärtigen Sensorspulen vorhanden, sondern stattdessen eine einzige Winkelsensorspule 125j die mehr oder weniger zwischen den Rechtsund Links-Bezugsspulen 158' bzw. 16O¹ angeordnet ist. Die

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Eiclitungssensorspule 125 kann die Form einer langen Ferritspule haben, nicht unähnlich der Art, wie sie manchmal als Antennenspule in tragbaren Rundfunkempfängern oder tragbaren Peilempfängern verwendet wird. Die Spule 125 ist am Boden des Fahrzeuges so angeordnet, daß sie sich normalerweise direkt über dem eingebetteten Draht 34 befindet. Angenommen, daß das Fahrzeug korrekt über dem Draht 34 steht, aber in einer Richtung unter einem Winkel 0 zum Draht, liefert die Spule 125 am Ausgang A sin 0, wobei A die Maximalamplitude am Spulenausgang ist. Ersichtlich ist für sehr kleine Winkel 0 der Sinus von 0 etwa gleich dem Tangens von 0.

Wenn es erwünscht ist, das Fahrzeug mit Bezug auf einen virtuellen Abtastpunkt 29' zu lenken, der sich im Abstand hinter dem Fahrzeug befindet und jenseits der Räder mit festen Achsen, wenn das Fahrzeug einen Winkel 0 mit dem Draht 34 einschließt, ist dieser virtuelle Abtastpunkt um einen Abstand d gegen den Draht versetzt. Wenn der virtuelle Abtastpunkt sich in einem Abstand D von der Mitte der Spule 125 befindet, ist aufgrund einer geometrischen Konstruktion die Abweichung d etwa gleich D sin Θ, oder

j · A sin O = d

Da A sin O einfach der Ausgang der Spule 125 ist, und da D /A eine Konstante ist, kann das Abweichungssignal geschrieben werden als K0, wobei 0 der Ausgang der Spule ist. Zu diesem muß das normale Positionsabweichungssignal von den Spulen 162 und 164 addiert werden, das anzeigt, wie weit sich das Fahrzeug vom eingebetteten Draht 34 entfernt befindet. Das endgültige Abweichungssignal ist

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also R - L + K0, wobei E und L die Ausgänge der Abweichungsspulen 162 und 164 sind.

Gemäß Fig. 12 ist die Schaltung nach Fig. 7 A so modifiziert, daß die Schaltungselemente 107, 108, 113, 115, 116 und weggelassen sind. Weiter wird das Verstärkungsregelungssignal für die Verstärker 100 und 103 direkt vom Ausgang des AVR-Gleichrichterverstärkers 111 statt von der Klemme des Schalters 112 abgenommen. Der Ausgang der Richtungssensorspule 125 wird den Eingängen eines Steilheitsverstärkers 126 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Plus-Eingang des Summationsknotens IO9 und dem Plus-Eingang des Summationsknotens 117 verbunden ist. Ersichtlich ist also der Ausgang vom Verstärker 118 RFO-LFO, wenn sich der Schalter 112 in Vorwärtsstellung befindet, und wenn sich der Schalter 112 in der Rückwärtsstellung befindet, so daß ein Verstärkungssignal an den Verstärker 126 geliefert wird, ist der Ausgang des Verstärkers 118 RFO-LFO+K0. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7 A wird der Ausgang des Verstärkers

118 an den Summationsknoten 119 geliefert, wo er mit dem Rückmeldesignal FB kombiniert wird. Der Ausgang des Knotens

119 geht zum Schalter 123, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7A.

Wie eingangs erwähnt worden ist, ist diese Ausführungsform etwas weniger vorteilhaft als die Mehrspulen-Anordnung gemäß Fig. 7A, weil diese Ausführungsform zu empfindlich gegen Variationen der Geradheit des eingebetteten Drahtes ist. Eine leichte Schlangenlinie im Draht wird stark vergrößert und verursacht ein wildes Abweichungssignal. Diese Effekte können etwas reduziert werden, wenn eine lange Richtungssensorspule 125 verwendet wird, und das System nur bei einem Fahrzeug mit relativ kleiner Radbasis

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verwendet wird. Das hat den Effekt, daß die Projektionsdistanz D reduziert wird, mit der Konsequenz, daß Variationen in der Geradheit des eingebetteten Drahtes nicht so stark vergrößert werden. Das ergibt sich aus der Tatsache, daß die Konstante K tatsächlich gleich ist D/A. Jede Herabsetzung von D reduziert also den Effekt irgendwelcher Variationen in der Geradheit des eingebetteten Drahtes.

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Lee r~s"e i t e

Claims

IdA P2 D

Pat ent anspräche

Lenksystem für ein Fahrzeug, das automatisch einem extern definierten Weg in Vorwärtsrichtung folgt und wenigstens ein am Boden anliegendes lenkbares Rad hat, einen Vorwärtsrichtungs-Sensor, der auf das Fahrzeug montiert ist, um ein Positionsabweichungssignal zu erzeugen, das die Position des Fahrzeuges mit Bezug auf den Weg repräsentiert, einen Lenkbetätiger, der am am Boden anliegenden Lenkrad befestigt ist, um das Fahrzeug entsprechend einem Lenksteuersignal an den Lenkbetätiger zu steuern, und eine Lenkschaltung, die mit dem Positionsabweichungssignal beaufschlagt wird, um ein erstes Lenksteuersignal für den Lenkbetätiger zu erzeugen, so daß dieser automatisch das Fahrzeug längs des externen Weges lenkt, gekennzeichnet durch einen Rückwärtsrichtungs-Sensor zur Erzeugung des Positionsabweichungssignals relativ zu einem virtuellen Abtastpunkt rückwärts vom Fahrzeug, um das Fahrzeug zu leiten, wenn es in Rückwärtsrichtung längs des Weges läuft.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, wobei der Weg durch einen eingebetteten, mit Energie versorgten Draht definiert ist und der Vorwärtsrichtungs-Sensor zwei Vorwärts-Sensorspulen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtsrichtungs-Sensor zwei Rückwärts-Sensorspulen aufweist, wobei die Ausdrücke vorwärts und rückwärts

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ORIGINAL INSPECTED

im Sinne einer Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges zu verstellen sind, jedes der beiden Spulenpaare beider Richtungssensoren so am Fahrzeug montiert ist, daß sie normalerweise den Weg übergreifen und jedes Spulenpaar ein Ausgangssignal erzeugt, das die Differenz der Ausgänge der Spulen jedes Paares repräsentiert, und daß eine Differentialschaltung vorgesehen ist, um das Positionsabweichungssignal (V) mit Bezug auf den virtuellen Abtastpunkt entsprechend folgender Gleichung zu erzeugen:

V = (1+K)R-KF

wobei bedeuten R = Differenz der Ausgänge des

rückwärtigen Sensorspulenpaares ;

F = Differenz der Ausgänge des vorderen Sensorspulenpaares; und

K = konstant = Verhältnis des Abstandes zwischen dem rückwärtigen Spulenpaar und dem virtuellen Abtastpunkt zum Abstand zwischen dem rückwärtigen und vorderen Spulenpaar.

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ORIGINAL