DE3003287A1

DE3003287A1 - Selbststeuerndes fahrzeug

Info

Publication number: DE3003287A1
Application number: DE19803003287
Authority: DE
Inventors: Sten Hugo Nils Ahlbom
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1980-08-14
Also published as: US4816998A; IT8047793A1; ES488248A1; GB2042217B; CH643668A5; IT1167606B; IT8047793A0; FR2447842A1; GB2042217A

Description

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AB Volvo, Göteborg/Schweden

Selbststeuerndes Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein selbststeuerndes Fahrzeug, insbesondere ein selbststeuernder Gabelstapler oder anderweitiges Transportmittel, bei dem es erwünscht ist, das Fahrzeug entlang einem bevorzugt vorbestimmten Weg zu bewegen, welcher nicht leitschienengebunden ist.

Leitschienengebundene Fahrzeuge sind bereits seit langem bekannt. Zuzüglich zu schienengebundenen Fahrzeugen kann die allgemeine Kategorie der leitschienengebundenen Fahrzeuge ebenso Fahrzeuge umfassen, die ohne mechanisch gezwungen den Weg zu folgen, so angeordnet sind, daß das Fahrzeug dadurch einen bestimmten Verlauf nimmt, daß eine Markierung auf dem Boden erfaßt und ausgewertet wird. Eine Art einer derartigen Markierung, welche bereits in die Böden industrieller Gebäude verwendet wurde, besteht aus einer in den Boden verlegten Schleife, die eine elektromagnetische Strahlung abgibt. Im Fahrzeug befindet sich ein Übertrager, der die Lage des Fahrzeuges relativ zum "Bahnverlauf" feststellt und die Bewegung in Ausrichtung mit dem bestimmten "Bahnverlauf" steuert.

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Ein Beispiel einer Weiterentwicklung eines derartigen "leitschienengebundenen" Fahrzeuges bei breitester Auslegung dieses Begriffes, ist in der schwedischen Patentanmeldung 7709222-9 beschrieben, welche insbesondere das Problem des Folgens einer Kurve betrifft. Da diese Art von Fahrzeugen normalerweise vier Räder hat, ist es nicht unbedingt offensichtlich, welche Verfahrensweise für die Steuerung des Fahrzeuges die beste ist, damit ein optimales Folgen einer Kurve erzielt wird. Entsprechend der Beschreibung der vorgenannten Anmeldung wird das Problongelöst, indem die beiden Räder in jedem Paar von Rädern mit unterschiedlich kalkulierten Geschwindigkeiten angetrieben werden. Andere Lösungen, welche im Prinzip einfacher sind, erfordern, daß in Bewegungsrichtung vor den Rädern Sensoren angeordnet sind, die den Bahnverlauf erfassen. Solch eine Lösung ist in der US-PS 3 757 887 beschrieben.

Eine andere Konstruktion im Zusammenhang mit einem Gablerstapler, welcher Lasten automatisch beladen und entladen kann, ist in der schwedischen Patentanmeldung 7708916-7 beschrieben. Der Sensor ist in diesem Fall mittig unter dem Fahrzeug angeordnet. Die Beschreibung in dieser Anmeldung stellt fest, daß der Gablerstapler mit einem Odometer (Wegmesser) zum Messen der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke vorgesehen ist.

Die praktischen Erfahrungen hinsichtlich des Betriebes von Fahrzeugen, wie Gablerstapler und andere Arten von Flurfördermitteln, die dem Verlauf einer elektrischen Schlaufe folgen, waren recht positiv. Es war möglich, sehr hochentwickelte Systeme zu konstruieren, um Zeit und Arbeit zu sparen. Es ist jedoch nur natürlich, daß diese Systeme bis jetzt dort verwendet wurden, wo entsprechend ge-

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eignete Bedingungen herrschten, d.h. wo elektrische Drähte leicht verlegt werden konnten und wo betriebsmäßige Arbeiten und Aufgaben selten geändert wurden. Derartige Bedingungen herrschen jedoch nicht immer. In vielen Fällen ist es sowohl schwierig als auch teuer, Leitkabel zu verlegen. Oft besteht auch das Erfordernis für ein flexibles System oder für sehr unterschiedlich programmierte Bewegungen der Fahrzeuge, welche ein sehr umfangreiches System von Schlaufen erforderlich machen würden. Ein derartiges kompliziertes System würde sich jedoch wegen viel Informationen und viel Signalen unter Umständen störend selbst beeinflussen.

Es ist daher Zweck der vorliegenden Erfindung ein System zu entwickeln, bei dem diese Nachteile im wesentlichen eliminiert werden können. In diesem Sinne besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Leitschienenbindung im weitesten Sinne zu eliminieren und das Fahrzeug zu veranlassen, einem vorbestimmten Weg zu folgen, der als Information in irgendeiner Form dem Fahrzeug selbst innewohnt. Daher sollte ein selbststeuerndes Fahrzeug entsprechend der Erfindung durch "Kopplung" funktionieren, indem die Steuerung eine Kombination von Daten hinsichtlich der zurückgelegten Wegstrecke und der Richtung verwendet.

Dies schließt jedoch nicht die Notwendigkeit aus, die tatsächliche Lage des Fahrzeuges von Zeit zu Zeit festzustellen. Dies kann durch eine der bekannten Verfahren erfolgen. Man kann nicht eine perfekte Präzision erwarten, wenn eine Steuerung mittels Kopplung erfolgt, so daß eine periodische "Feststellung" erforderlich ist. Es ist ebenso denkbar, daß das Fahrzeug entlang bestimmten Abschnitten eines Weges einem "Bahnverlauf" folgt und daß entlang der

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übrigen Wegstrecken eine Kopplung erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch die Merkmale des Patentanspruchs T gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Prinzip der Funktion des Fahrzeuges kann kurz wie folgt beschrieben werden, wodurch jedoch keine Einschränkung der Erfindung folgt.

Das Fahrzeug, welches Steuerräder und Antriebsräder hat, ist beispielsweise mit zwei frei drehenden Rädern versehen, die entlang dem Boden rollen und vorzugsweise in Achsen gelagert sind, die collinear im Abstand gelagert und an den Seiten des Fahrzeuges angeordnet sind. Diese Meßräder, die keine Tragfunktion haben müssen, sind jeweils mit einer Einrichtung zum Messen der Rollstrecke versehen. Wenn das Fahrzeug geradeaus rollt (der einfachste Fall), sind die gemessenen zurückgelegten Wegstrecken der Räder dieselben. Wenn sich das Fahrzeug jedoch auf einem gekrümmten Weg bewegt, werden die gemessenen Werte unterschiedlich sein. Es ist möglich, die tatsächliche Lage des Fahrzeuges anhand dieser Werte zu bestimmen, wenn die Werte kontinuierlich erfaßt und gespeichert werden. In der Praxis werden die Rollstrecken in ziemlich kurzen, vorbestimmten Intervallen gemessen. Diese Intervalle sind ausreichend kurz, so daß die zurückgelegte Wegstrecke während jedes Intervalls angenähert genau ein Bogen eines Kreises sein kann. Die Kopplung beträgt dann im Prinzip eine Beschreibung der zurückgelegten Wegstrecke, bestimmt durch die Summierung derartiger Bogenabschnxtte mit sich veränderndem Krümmungsradius, wodurch die Lage zu jedem Zeitpunkt berechnet werden kann. Es ist ebenso möglich, die Abstandsmessung auf andere Weise als über zwei nicht verschwenkte Räder vorzunehmen. Jedoch wird dies später aufgegriffen. Zuerst wird die Funktion der beschriebenen Aus-

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- 9 führungsform diskutiert.

Wenn angenommen wird, daß während der Bewegung entlang eines Bogenabschnitts eines Kreises das Messen des linken Rads des Fahrzeuges eine Rollstrecke von Δχ und das rechte Rad eine Strecke von Δχ. zurückgelegt hat, und daß der Abstand zwischen den Rädern a ist, dann kann durch elementare geometrische Verhältnisse demonstriert werden, daß die Länge des zurückgelegten Bogenabschnitts mit dem Radius r und dem zurückgelegten Winkel α vom Zentrum der Krümmung beträgt:

Δχ, + Δχ
ra = (1)

während der Krümmungsradius sich aus der Gleichung:

- ^Axv

ergibt.

Es gibt mehrere annehmbare Verfahren zum Steuern des Fahrzeuges entlang einem bestimmten Bahnverlauf. Dank der Tatsache, daß die Koordinaten des Fahrzeuges in einem Koordinatensystem bekannt sind, kann die Lage und die Richtung in jedem anderen Koordinatensystem bestimmt werden, wenn eine entsprechende Transformation erfolgt. Ein einfaches Steuerprinzip könnte auf einen Punkt ausgerichtet sein, welcher in Relation zu den fahrzeugeigenen Koordinaten fest ist und in Bewegungsrichtung vor dem Fahrzeug angeordnet ist. Gemäß diesem einfachen Steuerprinzip wird die Abweichung des Punktes von einem Leitbahnverlauf in festem Verhältnis zum zweidimensionalen Abstand der Bodenebene berechnet. Somit kann der Abstand

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zwischen dem Punkt und dem Leitbahnverlauf bzw. dem Bezugsbahnverlauf die Winkellage des Steuerrades bestimmen. Dieses Steuerprinzip ist bei Vorrichtungen mit im Boden verlegten Drähten bekannt und zwar im Zusammenhang mit dem Umgangsausdruck "der Daumen im Bahnverlauf". Die Steuergleichung kann dann ganz einfach sein und der Winkel des das Fahrzeug steuernden Rades kann direkt proportional zur bestimmten Abweichung zwischen dem Fahrzeug-festen Punkt und dem Bahnverlauf gemacht werden, dem gefolgt werden soll.

Entsprechend einem bevorzugten Steuerverfahren wird es jedoch bevorzugt, die von den beiden Meßrädern gemessenen Werte und insbesondere die Information hinsichtlich der Winkelstellung oder Lage des Fahrzeuges relativ zum Bezugsbahnverlauf zu verwenden. Wenn die Lage des Fahrzeugs zu Beginn eines kurzen Meßintervalls, bei dem die Bewegung nahezu auf einem Kreisbogenabschnitt erfolgt φ₁ ist, und der entsprechende Wert am Ende des Meßintervalls φ₂ ist, und wenn der Abstand zwischen dem Bezugsbahnverlauf und dem Mittelpunkt zwischen den Meßrädern zum Beginn des Intervalls S₁ und am Ende des Intervalls S₂ ist, und wenn der Bezugsbahnverlauf hinsichtlich des Radius einem Basiswert für den Steuerradwinkel von δ am Ende des Intervalls entspricht, kann ein neuer, geeigneter Wert δ für den Steuerradwinkel durch folgende Gleichung berechnet werden:

φ - φ · S₂-S₁

δ = a ·φ_ο + b — +c · s„ + d +

² At ² At

= 1 wenn S₂ und φ₂ haben dasselbe Vorzeichen

= 0 andererseits

δ > Ο)

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dabei sind a, b, c, d, e und f Konstanten in der Steuergleichung, At ist die Länge des Zeitintervalls und

<b der tatsächliche Wert des Steuerradwinkels, a

Wenn die Konstanten dieser Steuergleichung auf geeignete Weise gewählt und eingestellt sind, erfolgt ein stabiles ' und gleichmäßiges Folgen von normal auftretenden Bahnverläufen.

Normalerweise bildet der Bezugsbahnverlauf eine Reihe von sequentiellen Segmenten, bestehend aus geraden Linien und kreisförmigen Bogenabschnitten, die von dem selbststeuernden Fahrzeug gefolgt werden. Die sukzessive, durch die Meßräder zugeführten Informationen ermöglichen es dem Fahrzeug, von selbst dem Bahnverlauf zu folgen. Wenn der zurückzulegende Weg geschlossen ist, ist es sinnvoll, daß ein Teil des Weges, vorzugsweise ein gerader Abschnitt, mit einer Markierung im Boden versehen ist (in herkömmlicher Art), um die Koordinaten festzulegen oder auf den neuesten Stand zu bringen.

Wenn der Weg bestimmt wird, ist es ratsam, insbesondere bei relativ kleinen Krümmungsradien, dafür zu sorgen, daß der Weg nicht direkt beispielsweise von einem geraden Abschnitt in einen bestimmten Krümmungsradius übergeht, und zwar wegen der plötzlichen seitlichen Beschleunigung, die durch einen solchen Wechsel auftreten würde. Daraus resultiert eine erhebliche Beanspruchung des Fahrzeuges und der von diesem getragenen Last. Ein entsprechendes Problem begegnet auch den Schienenfahrzeugkonstrukteuren. Die dabei gemachten Erkenntnisse können auch auf die sogenannten Leitbahn-ungebundenen Fahrzeuge übertragen werden. Eine sogenannte Uberführungskurve wird verwendet, bei der die Ableitung der "Krümmung konstant

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ist. Die Lösung dieses Problems in einem rechtwinkligen Cartosischen Koordinatensystem ist eine Differentialgleichung dritten Grades. Siehe hierzu den Artikel "Krümmungsverhältnisse der Eisenbahnen" in Lueger: "Lexikon der gesamten Technik", 2. Ausgabe (1904).

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das selbststeuernde Fahrzeug ein Gablerstapler mit zwei Meßrädern und einem Steuerrad, welches im Prinzip als drittes, einzelnes Steuerrad funktioniert, aber aus zwei Rändern zusammengesetzt ist, die über eine Verbindungsstange miteinander verbunden sind. Beide Räder sind Antriebsräder, die mittels einer Steueranordnung ver.schwenkbar sind. Infolge der Tatsache, daß zwei Steuerräder vorgesehen sind, ist es daher sinnvoll, die durchzuführenden Berechnungen anhand eines theoretischen Steuerwinkels eines imaginären Einzelrades mit derselben Anordnung am Fahrzeug anstelle der tatsächlichen Steuerwinkel von zwei Rädern vorzunehmen. Da jeder derartige theoretische Steuerwinkel einer tatsächlich aufgezeichneten Steuerwinkelstellung entspricht, ist es sinnvoll, eine einfache variable Transformation vorzunehmen, welche beispielsweise mittels einer in den Steuercomputer eingegebenen Funktionstabelle durchgeführt wird, die jedoch durch einen einfachen mechanischen Nomographen oder durch ein anderes ähnliches Verfahren bewerkstelligt kann.

Es sollte festgestellt werden, daß es nicht notwendig ist, die Meßräder als Stützräder auszubilden. Sie können vollständig unabhängige freie Räder sein. Außerdem ist es nicht notwendig, daß sie collineare Drehachsen haben. Sie können in Relation zur primären Vorwärtsbewegungsrichtung des Fahrzeuges gestaffelt angeordnet.sein. Es ist tatsächlich sogar unnötig, die Achsen der Meßräder parallel anzuordnen, wenn sie so angeordnet sind, daß eine Bewegung parallel zur jeweiligen Achse ohne eine Drehung in einem

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Schlupf resultiert. Es kann dann sinnvoll sein, die Umfange der Räder mit Rollen o.dgl. zu versehen, deren Achsen in der lokalen Richtung des Umfanges orientiert sind, um einen derartigen Schlupf zu erleichtern. Ein Meßrad, welches in einer Richtung schlüpft und in einer Richtung senkrecht dazu dreht, ist als Planimeter bekannt.

Ein anderes Verfahren zum Messen eines zurückgelegten Weges in zwei Dimensionen besteht in der Anordnung einer "Kugel" in einer Sitzfläche, welche mit Rollen versehen ist, gegen die die Kugel rollt, wenn das Fahrzeug sich bewegt, und zwar so weit wie möglich ohne Schlupf gegen die Rollen. Wenn ein Meßrad angeordnet ist, welches ohne Schlupf alle Bewegungen entlang zwei großen Kreisen zur Sitzfläche der Kugel mißt, können Bewegungswerte in zwei verschiedenen Richtungen erhalten werden. Wenn diese großen Kreise senkrecht zueinander ausgerichtet sind, kann die Bewegung entlang einer x- und einer y-Koordinate registriert werden, die senkrecht zueinander angeordnet sind.

Ein weiteres Verfahren gemäß dem der Bahnverlauf der zurückgelegten Wegstrecke des Fahrzeuges eingehalten wird, sieht vor, anstatt zwei feste Meßräder ein einzelnes, frei verschwenkbares Rad zu verwenden, für das die Abrollstrecke ebenso wie die Winkelstellung jederzeit gemessen wird. Aus der vorstehenden Diskussion wird klar, daß die dadurch erzielten gemessenen Werte auf ziemlich analoge Weise verarbeitet werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Gabelstapler der verwendeten Art,

Fig. 2 ein dreirädriges selbststeüerndes Fahrzeug, teilweise als Flußplan, welches entsprechend der Erfindung funktioniert,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform,

Fig. 4 eine weitere abgeänderte Ausführungsform, bei der die Bewegung des Fahrzeuges mit einem steuerbaren Rad gemessen wird, welches mit einer Winkelmeßeinrichtung versehen ist, und

Fig. 5 ein Diagramm hinsichtlich der Art der Verwendung des gesteuerten Rades entsprechend Fig. 4 zur Bestimmung der Kurvenbewegung des Fahrzeuges und des zurückgelegten Abstandes.

Fig. 1 zeigt einen Gabelstapler der herkömmlichen Art, welcher nicht im einzelnen beschrieben zu werden braucht. Im Prinzip funktioniert das Fahrzeug als dreirädriges Fahrzeug, obwohl das Steuerrad 1 tatsächlich aus zwei Rädern besteht (nicht dargestellt), die dicht nebeneinander angeordnet und durch eine Verbindungsstange miteinander verbunden sind. Zwei parallel zueinander angeordnete, nicht angetriebene Räder 2, 3 mit dicken Gummireifen tragen das Fahrzeug zusammen mit dem Steuerrad 1.

Die Räder 2 und 3 sind mit gezahnten Rändern versehen, die in dieser Figur nicht sichtbar sind. Diese gezahnten Ränder werden durch einen Sensor 4 abgetastet. Es ist ebenso aus der Fig. 1 ersichtlich, daß das Steuerrad 1 über eine Lenkeinrichtung gesteuert wird, welche aus einem Zahnrad 5 und aus einem Lenkmotor 6 besteht, welcher auf das Zahnrad 5 einwirkt.

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Die gesamte Steueranordnung ist deutlicher ersichtlich schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellten Räder 2 und 3 sind mit Zahnkränzen 20 und 30 versehen,'die sich zusammen mit den Rädern drehen. Jedem Zahnkranz 20 und 30 ist ein Sensor 4 zugeordnet, welcher am Fahrzeug befestigt ist. In diesem Fall handelt es sich um einen magnetischen Sensor. Optische Sensoren können natürlich ebenso verwendet werden. Von den Sensoren ausgehende Signale entsprechend der Richtung und dem Bewegungsabstand gelangen über ein Paar von Leitungen 4 0 bzw. 41 zu einem Zählmechanismus für das rechte bzw. das linke Rad. Die Zählmechanismen sind in einer zentralen Einheit 8 angeordnet' und mit den Bezugszeichen 9 und 10 versehen. Eine Computereinheit 11 vollzieht Berechnungen entsprechend den zuvor genannten Gleichungen (1), (2) und (3) und bestimmt mit Hilfe eines Rechenprogramms den einzustellenden Steuerradwinkel. Die in der Computereinheit digital verarbeitete Information wird in einem D/A-Wandler 12 in einen Analogwert umgewandelt und über eine Leitung 80 zu einem Gleichstromservo 14 (DC-Servo) geleitet, um einen Motor 6, welcher das Steuerrad 1 in die geeignete Wickelstellung bringt,.mit Strom versorgt. Das Rad 1 wird ebenso mit einer Antriebsenergie versorgt, um das Fahrzeug vorwärtszubewegen (in der Figur nicht dargestellt).

Die tatsächliche Winkelstellung des Steuerrades 1 wird mittels eines Digitalsensors 7 erfaßt, der von derselben Art sein kann, wie der für die Meßräder verwendete Sensor.

Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung kann wie folgt beschrieben werden. Wenn das Fahrzeug sich bewegt, drehen sich die Vorderräder. Bei dieser Drehung der Räder erzeugt jeder Sensor 4 eine Impulskette, die die Richtung und die Größe der Bewegung anzeigt. Die Impuls-

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kette wird zu einem 8-bit-Zähler 9 oder 10 geleitet, welcher für die Vorwärtsbewegung aufzählt und für die Rückwärtsbewegung zurückzählt.

Mit ihren 8 bits decken die Zähler den Bereich von 0 bis 255 ganzen Zahlen ab (Dezimal). Wenn so das Fahrzeug sich nach vorne bewegt, ergibt sich ein Überfluß, wenn der Zähler die ganze Zahl 255-überschreitet. Der Zähler beginnt dann wieder bei 0. Ein entsprechender Vorgang erfolgt bei der Rückwärtsbewegung: Wenn der Zähler die Zahl 0 erreicht, beginnt der Lesevorgang wieder mit 255, wenn die Bewegung nach rückwärts fortgesetzt wird.

Die Zähler sind mittels eines 8-bit-Paralleleingangs (pro Zähler) oder auf eine andere geeignete Weise mit dem Computer gekoppelt. Mit Hilfe des aufeinanderfolgenden Ablesens kann der Computer dann die Bewegungen der Räder bestimmen.

die Schwäche dieses Systems besteht darin, daß der Computer nicht mit Sicherheit feststellen kann, in welche Richtung das Rad gedreht wurde. Beispielsweise angenommen, daß ein Zähler bei einer Ablesung den Wert 0 hat. Bei der nächsten Ablesung hat er den Wert 100. In diesem Fall hat sich das Rad vorwärtsbewegt, so daß der Zähler 0, 1, 2, ... 99, 100 gezählt hat. Oder aber der Zähler hat bei der Rückwärtsbewegung 0, 255, 254, ... 101, 100 gezählt. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß man beim Computer eine Lesefrequenz und ein Auflösungsvermögen der Zählerlesungen hat, so daß der Computer immer die richtige Wahl trifft, wenn zwischen den beiden möglichen Fällen gewählt werden muß. Eine verwendete Lösung bei dem in Frage stehenden Fall besteht darin, die Ablesungen derart frequent zu machen, daß man mit Sicherheit weiß, daß das"Rad sich nicht mehr als die Hälfte des ganzzahligen Bereiches des ent-

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sprechenden Zählers bewegt hat. Das folgende Rechenverfahren wurde verwendet:

x. = Zählwert bei der Ablesung 1 X₂ = Zählwert bei der Ablesung 2 Ax = Radbewegung (pos .vorwärts, neg rückv/ärts)

wenn X₂~^X1 — ^ l^x2~^xil ^. 128 dann ist Δχ = X₂-X₁-256

Ix₂-X₁ I < 128 dann ist Δχ = χ,,-x.,

wenn X₂ ^-X₁ < 0 Ix₂-X₁I 2l 128 dann ist Δχ =* (x₂~x..+256)

[X₂-X₁I < 128 dann is.t Δχ = X₂-X₁

Nachfolgend erfolgt eine kurze Beschreibung des Programms zum Berechnen des Steuerradwinkels vom Vorderradzähler-data,

Anfang:

^S1 ^:	= 0 = 0 - 0	Takt
Δχ_ν =	= 0 = arctan (d/R)	At Vx)/2
At =	= 0
Schleife:
Lesen Radzähler und
speichere Ax, , Ax , rechne K = (Δχ, ⁺ ^

rechne α = (^Δχ _η ~ Δχ )/a

rechne β = K/R

wenn K >^ das eingestellte Rechnungsintervall:

rechne φ₂ = φ₁ + α-3

rechne s_o = S₁ + Κ(φ₁/2 + φ_ο/2)

rechne φ-, = (φ·₉ - φ₁)/Δt

rechne S₂ = (s₂ - S₁)ZAt

rechne 6 =

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Einstellen	♦ι	= φ₂
	^S1 α	= ^S2 = O
	3	= O
	Δχ, h ^Δχν At	Il Il Il O O O
Endschleife	•

Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist es wünschenswert, daß der Sensor 4 sowohl die Zahl der Zähne auf den Zahnkränzen 20 und 30 als auch die Richtung anzeigen kann, in die sich die Meßräder drehen. Sensoren mit einer derartigen Funktion sind bekannt, bei der zwei Sensorkomponenten vorgesehen sind, die die Zähne mit einer bestimmten Phasenverschiebung erfassen, so daß die Richtung unmittelbar erhältlich ist. Beim beschriebenen Beispiel wurde ein im Handel erhältlicher Sensor namens Airpax 14-0002 verwendet. ·

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.3 dargestellt, bei dem anstatt der Verwendung der Konstruktion mit zwei nicht gesteuerten Stützrädern und einem Steuerrad, der Antrieb und der Lenkvorgang gleichzeitig über zwei Räder 103 und 104 erfolgt, von denen jedes einzeln von einem Motor 105 bzw. 106 angetrieben wird. Die beiden Räder dienen zur selben Zeit zum Messen der Räder und sind mit Zahnkränzen und Sensoren entsprechend dem vorbeschriebenen Beispiel versehen. Bei dem Fahrzeug 100 sind an den Enden zwei Räder 101, 102 angeordnet, die sich frei drehen und frei gesteuert sind. Dieses Beispiel dient in erster Linie der Demonstration dahingehend, daß die Erfindung ebenso dort anwendbar ist, wo die Lenkung durch einen Differen-

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tialantrieb von zwei Rädern auf collinearen Achsen erfolgt. In vielen Fällen kann es jedoch ratsam sein, das Messen und Antreiben über getrennte Räder vorzunehmen, um die Gefahr von Fehlern durch Schlüpfen des Antriebsrades zu vermeiden.

Die Computerfunktion beim Beispiel gemäß Fig. 3 ist nahezu analog zu der des voranbeschriebenen Beispiels, in dem die Kopplung durch Abfragezähler einer Computereinheit 107 erfolgt, die an die Meßräder gekuppelt sind. Für diesen speziellen Fall muß die Lenkung durch eine Differentialsteuerung der Motoren 105 und 106 erfolgen, was eine Differentialeinheit 108 erfordert, die zwei Ausgangssignale erzeugt, eines für jeweils eine Motorantriebseinheit 109, 110. Eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges erfolgt durch eine differenzierte Versorgung der beiden Motoren. Wenn die Motoren dieselbe Versorgung, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen erhalten, wird sich das Fahrzeug 10 um einen Punkt drehen, welcher auf halbem Weg zwischen den Rädern 103 und 104 liegt.

Fig. 4 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der ein sich drehendes Meßrad 2' verwendet wird, welches mit einer Winkelmeßeinrichtung 30' versehen ist. Über den vorgenannten Beispielen ist das Meßrad mit einem Zahnkranz 20' und einer entsprechenden Meßeinrichtung für die Rollstrecke versehen. Die Prozessoreinheit 8" weist eine Winkelmeßeinheit 10' und einen Radzähler 9' auf. Die Funktion der Computeroder Recheneinheit 11' ist natürlich ein wenig unterschiedlich, was unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert wird.

Fig. 5 zeigt schematisch die Art und Weise, wie die Messung durchgeführt wird. Aus dem dargestellten Schema für das Computerprogramm ergibt es sich, daß es ausreichend ist,

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wenn anstatt von Δχ, und Δχ die Werte K,α und 3 verwendet werden, die aus zwei gemessenen Werten berechnet werden können. Diese beiden gemessenen Werte erhält man vom Meßrad 2¹. Es handelt sich dabei um die Rollstrecke AS.,

und den Winkel γ entsprechend der Fig. 5 während der Zeitperiode At.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Rad 2' mit der Hauptachse des Fahrzeuges einen Winkel γ bildet. Damit das gleiche Rechensystem für beide Radmessungen verwendet werden kann, muß nun eine Transformation der Koordinaten verwendet werden, so daß die mit den Werten AS und γ während der Zeit At registrierte Verschiebung mit der Komponente K für die Vorwärtsverschiebung des Fahrzeuges verwendet werden kann, wobei 3 den Drehwinkel um das Drehzentrum 0 und α den Drehwinkel um den festen Mittelpunkt P des Fahrzeuges zwischen den Rädern darstellt. Aus Fig. 5 sind folgende Relationen ersichtlich:

K <£ AS_M cos γ

AS_m AS_M sin γ

3=

AS sin(Y+v)

_α_ _

ι/?Τ7

Es ist ersichtlich, daß £, b und ν konstant sind und lediglich von der Anordnung des Rades 2' im Verhältnis zu den Rädern 2 und 3 abhängt. Weiterhin ist ersichtlich, daß die vorgenannten Gleichungen nur auf ein drehbares Rad anwendbar sind. Der Fachmann versteht, daß das Rad 2' in der Praxis im Fahrzeug eine Drehachse haben muß, die sich nicht mit Achse des Rades schneidet, da son-st das Rad 2* nicht der Bewegung folgen würde. Weiterhin ist es dem Fach-

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mann klar, daß die vorgenannten Kalkulationen ein wenig komplizierter sind, da der Abstand zwischen der Drehachse des Rades und seiner Drehachse berücksichtigt werden muß.

Die wichtigsten Eigenschaften der Erfindung liegen in der Tatsache, daß periodisch bestimmt wird, wie das Fahrzeug tatsächlich seine Lage und Stellung verändert hat, wodurch das Lenken des Fahrzeuges bewirkt werden kann. Daher sollte der dargestellte Mechanismus nicht als ausschließliche Möglichkeit im Rahmen der Erfindung betrachtet werden, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Lenkein-. richtungen und Meßeinrichtungen bei einem Fahrzeug verwendet werden können, das die Grundeigenschaften gemäß der Erfindung beinhaltet.

Bei dem zuerst genannten Ausführungsbeispiel beträgt de t: Abstand zwischen den Rädern 2 und 3 1,129 m und der Abstand zwischen einer Verbindungslinie zwischen den beiden Rädern und dem Steuerrad 1 1,435 m. Durch Simulieren in einem Analogcomputer wurden geeignete Konstanten für die Steuergleichung (3) bestimmt. Die bestimmten Konstaaten waren a = 2,4, b = 0,7, c = 1,4, d = 0,6, e = 1,0 und f = 0,6, ausgedrückt in rationellen metrischen Einheiten.

Untersuchungen haben ergeben, daß mit der Erfindung eine praktisch ausreichende Lenkgenauigkeit erzielt wird. Die Erprobung erfolgte über einen geschlossenen Weg mit einer Vielzahl von Kurven über eine Gesamtlänge von ungefähr 100 m. Eine Markierungslinie wurde an einem Ort des Weges gezogen. Während jeder Überlappung wurde eine Untersuchung vorgenommen und der Computer entsprechend auf den neuesten Stand, gebracht. Der Positionsfehler des Fahrzeuges, welcher durch Kopplung errechnet wurde, betrug höchstens ungefähr 30 cm, trotz der großen Länge der Strecke auf .dem Boden eines Industriebetriebes, welcher nicht als ideal bezeichnet werden konnte.

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Infolge der Tatsache, daß die vorliegende Erfindung nicht nur die Bewegung des Fahrzeuges sondern auch seine Stellung berücksichtigt, folgen derartige Fahrzeuge nur schwierig einem schienenähnlichen Verlauf. Es ist daher wesentlich, daß man den Unterschied zwischen dem Folgen einer vorbestimmten Bahn, bestimmt als bestimmtes Data wie die Räder ihre Kurven nehmen, und dem Folgen eines vorbestimmten Verlaufes versteht, was bedeutet., daß ein bestimmter fester Punkt eines Fahrzeuges einer bestimmten zweidimensionalen Kurve folgt. Das Folgen einer Bahn gibt weniger Freiheitsgrade als das Folgen einem Verlauf, wenn man von der vorgenannten Definition ausgeht.

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Claims

33027 τ-

AB Volvo/ Göteborg/Schweden

Selbststeuerndes Fahrzeug

t Patentansprüche ,·,

Selbststeuerndes Fahrzeug mit gesteuerten und angetriebenen Rädern, einem Motor zum Antreiben des angetriebenen Rades (Räder) und einer Einrichtung zum Steuern des Steuerrades (-räder) und mit zumindest einem auf dom Boden abrollenden Rad zum Messen der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines Wechsels der Fahrzeug-festen Richtung in Relation zu einer relativ zum' Boden festen Linie, durch eine Einrichtung zum Bestimmen der Krümmung eines Verlaufes auf dem Boden, zurückgelegt durch einen ausgewählten Fahrzeug-festen Punkt, eine Einrichtung zum Bestimmen des vom Fahrzeug-festen Punkt entlang dem Verlauf zurückgelegten Abstandes, und durch programmierte Rechenmittel in Abhängigkeit von drei gerade erwähnten Variablen, um die Einrichtung zur Steuerung des Steuerrades (-räder) zu steuern.

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2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:/ daß eine Einrichtung zum Speichern eines Leitoder Bezugsbahnverlaufes für die Bewegung des Fahrzeuges und eine Einrichtung zum Vergleich zwischen der zurückgelegten Wegstrecke und der Bezugswegstrecke vorgesehen sind.
3. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in Abhängigkeit von den genannten Variablen eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Positionskorrektur in Relation zu einem vorbestimmten Bahnverlauf und eine Winkelkorrektur im Verhältnis zur bodenfesten Richtung durchzuführen.
4. Fahrzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei auf dem Boden abrollende Meßräder (2, 3) vorgesehen sind, die unverschwenkbar an verschiedenen Punkten des Fahrzeuges gelagert sind, um die Rollstrecke zu .messen, und daß eine programmierte Recheneinheit (8) vorgesehen ist, die ausgehend von den Meßergebnissen der Meßräder die Abweichung des Fahrzeuges vom vorbestimmten Bahnverlauf errechnet und zu der Steuereinrichtung ein Steuer- · signal abgibt, um eine Abweichungskorrektur durchzuführen.
5. Fahrzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerung, d.h. die Lenkung über eine Lenkeinrichtung

(6) erfolgt, die zum Verschwenken zumindest eines Steuerrades in Abhängigkeit vom Steuersignal angeordnet ist.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrad als Antriebsrad ausgebildet ist. ' '

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7. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßräder (2, 3) auf ihren Achsen drehbar sind, wobei die Achsen collinear auf jeweils einer Seite des Fahrzeugs angeordnet sind.
8. Fahrzeug nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der beiden Meßräder mit einem Zahnkranz (20, 30) versehen ist, dessen Zähne gleichmäßig verteilt sind, daß in der Nähe des Zahnkranzes ein Fahrzeug-fester Sensor (4) angeordnet ist, der elektrische Impulse abgibt, wenn die Zähne den Sensor passieren, und daß sich in der Recheneinheit ein mit jedem Sensor verbundener Zähler (9, 10), eine Prüfeinheit (in 11) zum Prüfen der Zähler in vorbestimmten Intervallen, eine Einrichtung zum Bestimmen von ersten Unterschieden, d.h. den Unterschied zwischen den Ablesungen eines Zählers bei zwei aufeinanderfolgenden Stichproben, eine Einrichtung zum Berechnen des Hauptwertes von zwei ersten Unterschieden, eine Einrichtung zum Berechnen eines zweiten Unterschiedes zwischen den beiden ersten Unterschieden zur Erzielung eines Schwenkwinkelwertes, und eine Einrichtung zum Unterteilen des Hauptwertes für die beiden ersten Unterschiede durch den Schwcnkwinkelwert befindet.
9. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t , daß die Meßräder (2, 3) ebenso als Antriebsräder und Steuerräder angeordnet sind, daß verschwenkbare Räder (101, 102) frei drehend und frei verschwenkbar angeordnet sind, wobei jedes Meßrad, welches ebenso zur Steuerung vorgesehen ist, mit einem einzelnen Motor (105, 106) gekuppelt ist, und daß die Recheneinheit (8) programmiert ist,.um die antreibenden, messenden und steuernden Räder individuell so zu steuern, daß die Steuerung durch einen unterschiedlichen Antrieb der Räder erfolgt.

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10. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Meßrad (2¹) verschwenkbar montiert und mit einer Winkelmeßeinrichtung so versehen ist, daß ein Wert für die Rollstrecke (AS.,) und ein Wert des Schwenkwinkels (γ) erzielbar sind, wobei mit diesen Werten die Bewegung des Fahrzeuges, seine Dreh- oder Schwenkbewegung relativ zu einer bodenfesten Richtung und die Krümmung des tatsächlichen Verlaufes zu jedem Zeitpunkt kalkulierbar sind.

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