DE2712330A1

DE2712330A1 - Vorrichtung zur kombinierten automatischen und manuellen steuerung von ein oder mehreren groessen bei einem fahrzeug oder einer fahrzeugzusatzausruestung

Info

Publication number: DE2712330A1
Application number: DE19772712330
Authority: DE
Inventors: Hans Erik Osborn Brelen; Erner Thore Olof D Brynielsson; Ralph Georg Dovertie; Stig Eric Robert Franzen; Sven Ivar Arne Otteblad
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1976-03-22
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1977-10-06
Also published as: CA1091792A; FR2345335A1; JPS52135132A; GB1571559A; FR2345335B1; US4176728A; AU508372B2; AU2344577A; SE400240B; SE7603515L

Description

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HOFFMANN · ILxTLE Oc PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E.HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE · OR. RER. NAT. K. HOFFMAN N ■ DIPL..ING. W. LE H N D-8000 MÖNCHEN 81 ■ ARABE ILASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELE FON (08?) Vl 1087 · TELEX 05-29419 (PATHE)

AB VOLVO, Göteborg / Schweden

Vorrichtung zur kombinierten automatischen und manuellen Steuerung von ein oder mehreren Grossen bei einem Fahrzeug oder einer Fahrzeugzusatzausrüstung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kombinierten automatischen und manuellen Steuerung von ein oder mehreren Grossen, die 1. die Stellung, 2. die Ausrichtung und 3. erst-, zweit- und drittrangige Zeitabweichungen derselben bei einem Fahrzeug oder einer Fahrzeugzusatzausrüstung bestimmen, mit wenigstens einer manuellen Steuereinrichtung und einer automatischen Anlage mit wenigstens einer ausführenden Einrichtung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein kombiniertes automatisches und manuelles Führungssystem.

Allgemeines Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines automatischen Hilfssystems, mit dem der Fahrer eines Fahrzeuges mit grosser Genauigkeit die Anhaltestelle von beispielsweise

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dem Fahrzeug oder einem Zubehörteil, die Bewegung über eine kritische Wegstrecke, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung sowie die zeitliche Änderung der Beschleunigung bestimmen kann. Das System ist u.a. für die Verwendung in Bussen vorgesehen, um diese zu Bushaltestellen mit hohen Plattformen zu führen, die sich in der Höhe des Bustrittbodens befinden, da es praktisch unmöglich für einen Busfahrer ist, routinemässig an solch hohe Plattformen mit ausreichender Genauigkeit heranzufahren.

Ein spezielles Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines kombinierten Systems der genannten Gattung, das das Fahrzeug, ohne fahrerseitigem Eingreifen zu einer Haltestelle fahren kann, wobei gleichzeitig der Fahrer visuell den Vorgang des Einlotsens beobachten kann und kontinuierlich per Gefühl von der Arbeit des automatischen Systems informiert wird. Der Fahrer muss zu allen Zeiten und ohne Vornahme besonderer Handbewegungen in der Lage sein, in das automatische Führungssystem eingreifen zu können. Ferner muss der Fahrer in der Lage sein, selbst das Fahrzeug unter Verwendung des Hilfssystems als beratende Einrichtung zu bedienen, wobei die Information dem Fahrer anstelle visuell per Gefühl zuzuführen ist.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die manuelle Steuereinrichtung und die ausführende Einrichtung der automatischen Anlage so miteinander gekoppelt sind, dass in der manuellen Steuereinrichtung eine Gegenkraft/ein Gegendrehmoment statischer oder pulsierender Art, gegen die vom Fahrer aufgegebene Kraft/ Drehmoment erzeugt wird, wobei die Gegenkraft/das Gegendrehmoment in einer solchen Funktion von der vom Fahrer geschaffenen Abweichung von dem Vorhaben der automatischen Anlage steht, dass der Fahrer über den gesamten Steuerbereich die Gegenkraft/das Gegendrehmoment überwinden kann, und dass dem Fahrer von den Wirkungen der automatischen Anlage durch die Stellung/Ausrichtung der manuellen Steuereinrichtung eine Information gegeben wird.

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Erfindungsgemäss hat daher der Fahrer stets die übergeordnete Autorität und kann zu jedem Zeitpunkt die automatische Anlage umgehen. Wenn beispielsweise vor dem Fahrzeug oder dessenzübe hörteil ein Hindernis erscheinen sollte, kann er ohne Schwierigkeiten abbremsen oder nach einer Seite weglenken.

Gemäss einer Weiterbildung hat die automatische Anlage eine ausführende Einrichtung zum Steuern der Stellung des Fahrzeuges in Form von einem elektromechanischen Nachstellmotor, der mit der Steuerwelle des Fahrzeuges verbunden ist. Die Wechselwirkung ist so, dass das vom Fahrer aufgebrachte Lenkdrehmoment gegen das vom Nachstellmotor aufgebrachte Drehmoment abgewogen wird, wobei das resultierende Drehmoment auf die normale Lenkanlage des Fahrzeuges wirkt. Der Fahrer kann entweder selbst lenken oder den Lenkvorgang dem automatischen System überlassen. Lenkt er selbst,so fühlt er die Abweichung von dem Vorhaben des Hilfssystems anhand der Grosse und der Richtung des Lenkdrehmomentes, welches er aufbringen muss.

Um bei dieser Information eine bessere Auflösung zu erhalten, kann das auf die Lenkwelle wirkende Gegendrehmoment moduliert werden (impulsförmig erfolgen).

Um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu steuern, kann die automatische Anlage gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung eine ausführende Einrichtung in Form von einer pneumatischen oder hydraulischen Kolbenzylindereinrichtung haben, die mit einem kombinierten Brems- und Gaspedal gekuppelt ist. Die vom Fahrer auf das Pedal ausgeübte Kraft wird gegen die Kraft von der Kolbenzylindereinrichtung entsprechend der vorbeschriebenen Weise abgewogen.

In den zuvor genannten Systemen zum Steuern der Lage und der Geschwindigkeit kann die automatische Anlage mit Vorteil integriert werden.

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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1 eine schematische Ansicht von einem kombinierten automatischen und manuellen System zum Steuern der Stellung eines Busses,

Fig. 2 ein System zum Steuern der Stellung des Busses, und

Fig. 3 ein Blockdiagramm von einem kombinierten automatischen und manuellen System zum Steuern der Busgeschwindigkeit.

Das in Fig. 1 gezeigte System, das als Seitenführungssystem bezeichnet werden kann, dient als Hilfe für den Fahrer eines Busses, um diesen an eine Bushaltestelle mit hoher seitlicher Genauigkeit heranfahren zu können. Das automatische System lässt sich erstens in ein Messystem zur Bestimmung der seitlichen Stellung des Busses und zweitens in ein System aufteilen, das auf die gelenkten Räder wirkt.

Um die tatsächliche Steuerung des Fahrzeuges vorzunehmen, wurde ein direkt angetriebener elektromechanischer Nachsteuermotor 1 gewählt, der über die Lenksäule 2a mit dem Lenkrad 2 gekuppelt ist und auf die reguläre hydraulische Servolenkeinheit 3 wirkt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass an den im gewöhnlichen manuellen Lenksystem des Busses enthaltenen Bauteilen keine Eingriffe erforderlich sind, und dass keines dieser Bauteile für die automatische Lenkung ausser Eingriff gebracht werden muss. Dies bedeutet, dass der Fahrer, der visuell die automatische Lenkung überwacht, sofort eingreifen und das automatische System umgehen kann, ohne dass hierzu irgendwelche

besonderen Handbewegungen erforderlich sind.

Anstelle des Vorsehens einer separaten Einheit könnte die ausführende Einrichtung des automatischen Systems leicht in das

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reguläre Servolenksystem des Busses integriert werden, so dass ein und dieselbe Energiequelle verwendet werden kann.

Das Messystem umfasst ein Führungskabel 4, das längs des gewünschten Fahrweges in der Strasse angeordnet ist und ein magnetisches Feld erzeugt. Der Charakter dieses Feldes, d.h. die Stellung des Busses in Bezug auf das Kabel, wird durch am Bus angeordnete Messpulen 5 erfasst. Diese Spulen sind an einen Demodulator 6 angeschlossen, der nach Demodulation des von den Messpulen 5 abgegebenen Signals ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zur Abweichung vom gewünschten Fahrweg ist. Um den Nachsteuermotor 1 mit Hilfe des elektrischen Signals steuern zu können, wird das Signal einem Leistungsverstärker 7 zugeführt, der mit dem Motor 1 gekoppelt ist.

Die beschriebene Anordnung ist im Prinzip ausreichend, um die Radstellung mit einem elektrischen Signal zu steuern. Der Ausgang vom Nachsteuermotor 1 ist jedoch ein Lenkdrehmoment und nicht eine genau definierte Radstellung,und selbst wenn dies der Fall wäre, würde vorhandenes Spiel sowie dynamische und statische Ungenauigkeiten zu einer relativ ungesteuerten Winkelstellung der Räder führen. Daher muss die Stellung der Abtriebswelle 8 der Servoeinheit 3 nachgeprüft werden. Zu diesem Zweck ist mit der Welle 8 ein Potentiometer 9 verbunden, um mittels des Potentiometers 9 eine Rückführung der Stellung der Welle zu erhalten und die Stellung der Welle mit einer gewünschten Stellung zu vergleichen (dem Signal mit dem gewünschten Wert). Es wird jedoch nicht die Abtriebswelle 8 der Servoeinheit 3 letztlich in eine genau definierte Stellung gebracht, sondern der Radwinkel selbst. Wegen u.a. der Elastizität in der mechanischen übertragung zwischen Servoeinheit und den Rädern 10 liegt weiterhin eine üngenauigkeit in der Radstellung vor. Diesem Mangel wird durch ein Potentiometer 12 abgeholfen, das mit der Verbindungsstange 11 verbunden ist. Das Potentiometer 12 schafft eine Rück-

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führung der tatsächlichen Radstellung, wie sie durch die Stellung der Verbindungsstange zwischen den Rädern wiedergegeben wird.

An die Genauigkeit beim Heranfahren eines Busses an eine Bushaltestelle mit Hilfe des vorbeschriebenen Systems können so grosse Anforderungen gestellt werden, dass das System instabil werden kann. Um sicherzustellen, dass das System selbst unter diesen Umständen stabil bleibt, wird eine zusätzliche Messpule 13 vorgesehen. Diese Spule 13 erfasst die Richtung des Busses in Bezug auf das Kabel 4. Das Richtungssignal bedingt, dass das System sich gleichmässigen Winkelabweichungen vom Führungskabel 4 wiedersetzt und wirkt daher systemstabilisierend.

Es wurde festgestellt, dass die Richtunginformation von der Messpule 13 die Fähigkeit vermindert, exakt dem Führungskabel bei niedrigen Geschwindigkeiten zu folgen, so dass die Information an der letzten Wegstrecke vor Anhalten des Busses entfernt werden sollte, da zu diesem Zeitpunkt Genauigkeitsanforderungen in der Grössenordnung von Zentimetern vorliegen. Aus diesem Grund kann der Demodulator des Systems die Richtungsund Positionsverstärkung verändern, d.h. er kann den Grad an Berücksichtigung von Richtungs- und Positionsfehlern variieren. Die Richtungsverstärkung ist am grössten am Anfang des Kabels und fällt im wesentlichen linear auf einen Wert von praktisch Null kurz vor der Anhaltestellung ab. Die Positionsverstärkung ist beispielsweise um einen Wert von 20 % der Maximalverstärkung am Anfang des Kabels am geringsten und steigt im wesentlichen linear zum Maximum kurz vor der Anhaltestellung an.

Schliesslich kann das beschriebene System einen Lenkkraftdrehmomentenumformer 14 enthalten, der mit der Lenkwelle verbunden ist und das manuelle Drehmoment beim Lenken erfasst. Er modifiziert (schwächt, moduliert) das durch das automatische System auf-

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gegebene Drehmoment bei zunehmendem manuellen Drehmoment.

Fig. 2 zeigt ein alternatives System zum Messen der Stellung des Busses. Dieses System besteht aus zwei Führungskabeln 4', 4", die in Abstand voneinander in der Strasse angeordnet sind, und aus einem Paar Spulen 5', 5". Die beiden Führungskabel 4¹, 4" bilden zusammen eine Schleife, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Indem der Abstand zwischen den beiden Führungskabeln zunehmend kleiner wird, erhöht sich die "Verstärkung" des durch die Kabel gemessenen Positionsfehlers, Zweckmässigerweise liegt die Achse der Spule 5' parallel zu den Radachsen, während die Achse der anderen Spule 5" sich vertikal erstreckt. Die erste Spule 5¹ erfasst die Amplitude des magnetischen Feldes in horizontaler Richtung. Beide Spulen müssen jedoch zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt ein kombiniertes automatisches und manuelles System zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Das System, das als Längsführungssystem bezeichnet werden kann, hat die Aufgabe, ein geeignetes Verzögerungsverhalten zu schaffen, das mit Anhalten an einer definierten Stelle mit einer gewissen Genauigkeit endet. Zur Durchführung dieser Geschwindigkeitssteuerung ist eine pneumatische Kolbenzylindereinrichtung 20 mit einem kombinierten Gas- und Bremspedal 21 verbunden, das in hier nicht im Detail gezeigter Weise mit dem regulären System des Busses zur Steuerung des Treibstofflusses und zum Bremsen gekuppelt ist. Das Pedal 21 ist nur schematisch gezeigt. Wie bei dem vorbeschriebenen Seitenführungssystem erfordert diese Konstruktion keinen wesentlichen Eingriff in die im normalen Geschwindigkeitsreguliersystem enthaltenen Bauteile und ist ebenfalls kein manuelles Umschalten zwischen automatischer und manueller Steuerung erforderlich. Der Fahrer überwacht das automatische System nach Gefühl und kann jederzeit in das automatische System eingreifen und dieses ausser Betrieb setzen.

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Wie In dem Blockdiagramm nach Fig. 3 gezeigt, enthält das System eine Positionsmesseinrichtung, die die Stellung des Busses relativ zur Anhaltestellung misst. Dies z.B. indem ein von dem Kabel abgegebenes Signal erfasst wird oder indem das Überfahren von lokalen magnetischen Feldern in der Strasse längs der Verzögerungswegstrecke erfasst wird.

Die gemessene Position wird in einem Funktionsgenerator in die Geschwindigkeit gebracht, mit der sich der Bus unter Berücksichtigung der restlichen Wegstrecke zur Anhaltestellung bewegen sollte. Gleichzeitig misst z.B. ein Tachogenerator die tatsächliche Geschwindigkeit, die in einem Regler mit Differenzdetektor und Verstärker mit der gewünschten Geschwindigkeit verglichen wird. Der Regler gibt ein Ausgangssignal ab, das den gewünschten Wert für die Einstellung des Pedals 21 kennzeichnet. Dieses Signal mit gewünschtem Wert wird in einem Differenzdetektor mit einem Signal verglichen, das die tatsächliche Einstellung (den tatsächlichen Betrag) des Signals 21 wiedergibt und das von einem mit dem Pedal verbundenen Potentiometer 22 erhalten wird. Das Differenzsignal wird in einem elektronischen Regler verarbeitet, dessen Ausgangssignal in einem I/P-Wandler in einen Luftdruck überführt wird. Der Luftdruck wird in einem pneumatischen Verstärker auf den geeigneten Druck verstärkt, um die Kolbenzylindereinrichtung 20 und damit das Pedal 21 entsprechend dem Unterschied zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit des Busses und seiner gewünschten Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Wegstrecke bis zur Anhaltestellung zu verstellen. Wenn die tatsächliche Geschwindigkeit grosser als die gewünschte ist, verstellt die Kolbenzylindereinrichtung 20 das Pedal 21 entsprechend diesem Unterschied, so dass die Bremsen in Eingriff treten und die Geschwindigkeit des Busses soweit abnimmt, bis der Geschwindigkeitsunterschied im wesentlichen Null wird.

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Das System zur Geschwindigkeitssteuerung kann auch beratend und abhängig von herrschenden Geschwindigkeitsrichtlinien sein.

Das erfindungsgemässe System kann auch beratend hinsichtlich der Beschleunigung (abhängig von den maximal zulässigen oder gewünschten Längs- und Querbelastungen) oder hinsichtlich Beschleunigungsänderungen (die davon abhängig sind, wie rasch ein Fahrgast auf "auftretende Kräfte reagieren kann") sein.

Die Erfindung lässt sich weiter auch zur Führung von mit dem Fahrzeug verbundenen Zusatzausrüstungen, z.B. Verladevorrichtungen (mit denen standardisierte Paletten in Warenhäuser gebracht werden) oder zur Führung von Zusatzausrüstungen bei Schleppern (in der Forst- und Landwirtschaft) einsetzen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

, Λ J Vorrichtung zur kombinierten automatischen und manuellen Steuerung von ein oder mehreren Grossen, die 1. die Stellung, 2. die Ausrichtung und 3. erst-, zweit- und drittrangige Zeitabweichungen derselben bei einem Fahrzeug oder einer Fahrzeugzusatzausrüstung bestimmen, mit wenigstens einer manuellen Steuereinrichtung und einer automatischen Anlage mit wenigstens einer ausführenden Einrichtung, dadurch gekennnzeichnet , dass die manuelle Steuereinrichtung (2, 21) und die ausführende Einrichtung (1, 20) der automatischen Anlage so miteinander gekuppelt sind, dass in der manuelle.'. Steuereinrichtung eine Gegenkraft/ein Gegendrehmoment statischer oder pulsierender Art, gegen die vom Fahrer aufgegebene Kraft/Drehmoment erzeugt wird, wobei die Gegenkraft/das Gegendrehmoment in einer solchen Funktion von der vom Fahrer geschaffenen Abweichung von dem Vorhaben der automatischen Anlage steht, dass der Fahrer über den gesamten Steuerbereich die Gegenkrait/das Gegendrehmoment überwinden kann, und dass dem Fahrer von den Wirkungen der automatischen Anlage durch die Stellung/Ausrichtung der manuellen Steuereinrichtung eine Information gegeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die automatische Anlage eine ausführende Einrichtung in Form eines elektromagnetischen Nachstellmotors

(1) hat, der mit der Lenkwelle (2a) des Fahrzeuges gekuppelt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausführende Einrichtung der automatischen Anlage mit einem Servolenkmotor integriert ist, der auch die manuelle Lenkeinrichtung bedient.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e ■ kennzeichnet , dass die automatische Anlage wenigstens

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ORIGINAL INSPECTED

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ein längs des beabsichtigten Fahrweges laufendes Führungskabel (4) , das ein magnetisches Feld erzeugt, und wenigstens eine Messpule (5, 13) aufweist, die an dem Fahrzeug angeordnet ist, das magnetische Feld erfasst und die ausführende Einrichtung (1) über einen Demodulator (6) und einen Verstärker (7) steuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die automatische Anlage ein Führungskabel (4) , zwei zusammenwirkende Messpulen (5), die die Stellung des Fahrzeuges relativ zum Führungskabel erfassen, und eine Messpule (13) aufweist, die die Richtung des Fahrzeuges relativ zum Führungskabel (4) erfasst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Anlage so ausgelegt ist, dass sie graduell den Berücksichtigungsgrad von Stellungsoder Richtungsfehlern verändert, die durch die Messpulen (5, 13) erfasst werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die automatische Anlage zwei Führungskabel (4¹, 4"), die in Abstand voneinander angeordnet sind, und zwei Messpulen (5¹, 5") aufweist, die den Stellungsfehler des Fahrzeuges erfassen und mit sich ändernder Verstärkung die ausführende Einrichtung steuern, wobei die Verstärkung sich mit änderndem Abstand zwischen den Führungskabeln ändert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die automatische Anlage einen Drehmomentenumformer (14) aufweist, der das manuelle Drehmoment erfasst und das durch die ausführende Einrichtung (1) der automatischen Anlage aufgegebene Drehmoment mit zunehmendem manuellen Drehmoment modifiziert.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Anlage eine ausführende Einrichtung in Form von einer druckmediumbetätigten Kolbenzylindereinrichtung (20) aufweist, die mit der manuellen Einrichtung (21) am Fahrzeug zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Einrichtung (21) ein kombiniertes Gas- und Bremspedal ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , dass die automatische Anlage eine Einrichtung zum Messen und Vergleichen der tatsächlichen und gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie ein von dem Unterschied zwischen diesen Geschwindigkeiten abhängiges Signal an die ausführende Einrichtung (20) abgibt, um die manuelle Steuereinrichtung (21) zu verstellen.

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