DE3042723A1

DE3042723A1 - "verfahren und vorrichtung zur spurfuehrung eines fahrzeugs"

Info

Publication number: DE3042723A1
Application number: DE19803042723
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 8000 München Dreher; Peter Dr.-Ing. 8031 Steinebach Meinke; Michael Dipl.-Ing. Waterloo Ontario Stieber
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1982-05-27
Also published as: US4576246A; JPS57111613A

Description

gü/sd

M.A.N. MASCHIMENFARRIK AUGSRURfi-NORNBERG Aktiengeseil schaft

München, 5. November 1980

Verfahren und Vorrichtung zur Spurführung

eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spurfuhren eines gleisfreien Fahrzeugs entlang einer Leitlinie, mit mindestens einem zur Erfassung üer relativen Lage zwischen (\er Fahrzeuglängsachse und der Leitlinie dienenden Abtastorgans und mit einer Regeleinrichtung, die über ein Lenksignal den Lenkwinkel des Fahrzeugs so beeinflußt, daß der Abstand eines Bezugspunktes auf der FahrzfMigl ängsachse zur Leitlinie möglichst klein bleibt.

Derartige Vorrichtungen können u.a. im Personennahverkehr zur Verringerung des Rreitenbedarfs für gesonderte Omnibus-Fahrwege dienen. Das Fahrzeug wird automatisch entlang eines beispielsweise in Straßenbett verlegten Leitkabels geführt, indem über das Abtastorgan jede Abweichung des Fahrzeugs von der Leitlinie registriert und über einen ™ Lenkregler ausgeglichen wird. Die Abweichung der Lage des Fahrzeugs kann durch Störungen, wie Windböen, Straßenunebenheiten, Leitlinien-Feldverzerrungen oder durch Krümmung der Leitlinien verursacht werden, wobei /-e letzteres bei der Auslegung von Regel systemen

^OJ von größerer Bedeutung ist.

7.2026
05.11.1980

BAD ORIGINAL

Aus (!er DE-OS 18 01 967 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der das Lenksignal direkt aus einer Summation der von zwei Abtastorganen gemessenen Abstände und des augenblicklichen Lenkwinkels in der Weise bestimmt wird, daß sich das Fahrzeug nach jeder Abweichung von einer geraden Leitlinie wieder auf diese zurückbewegt. Jedoch läßt sich die Korrektur bei einer Krümmung der Leitlinie nur bedingt zufriedenstellend ausführen, und zwar nur bei relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten.

Un die Genauigkeit, mit der das Fahrzeug insbesondere bei höheren· Geschwindigkeiten der Leitlinie in Kurven zu folgen vermag, zu verbessern, ist in der DE-OS 25 21 571 eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, bei der mit Hilfe eines dritten Abtastorgans der Kurvenradius der Leitlinie ermittelt wird und die Parameter des Reglers in Abhängigkeit von der Krümmung veränderbar sind. Mit Hilfe des ermittelten Krümmungsradius wird ein Soll-Lenkwinkel gebildet und in das Regelsignal eingebracht.

Es hat sich hierbei jedoch gezeigt, daß die Verbesserung der Genauigkeit mit einer Verminderung des Fahrkomforts ei ngeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit dem Fahrzeuge mit einer hohen Genauigkeit bei hohem Fahrkomfort geführt v/erden können.

Die Aufgabe wird erf i ndungsgenäß dadurch gelöst, daP> bei dar Bildung des Lenksignals unterschieden wird zwischen den Einflüssen, die von Störungen verursacht werden und jenen, die von der Krümmung der Leitlinie herrühren.

7.2026
05.11.1980

BAD ORIGINAL

Hiermit ist es möglich, die Steuerung des Fahrzeugs auf die stör- bzw. kurvenhedingten Abweichungen getrennt abzustellen, so daß die Rückstel1 bewegung in jedem Fall sanft eingestellt werden kann und dabei trotzdem, auch bei hohen Geschwindigkeiten, eine geringstmögliche Abweichung des Bezugspunktes von der Leitlinie in jeder Situation gewährleistet wird. Dadurch wird erreicht, daß beliebige Bahnkurven mit hoher Genauigkeit und hohen Komfort befahrbar sind.

Bei bisher bekannten Vorrichtungen kann dagegen nicht unterschieden v/erden, ob eine Abweichung von der Leitlinie durch Storei nflüsse oder durch eine Krümmungsänderung des Leitweges verursacht wird. Das Regelsystem muß in diesen Fällen auf die Krümmungsänderungen ausgelegt werden, wodurch sich bei den Korrekturen von Störeinflüssen ruckartige Lenkbewegungen einstellen.

Vorzugsweise werden die krünmungsbedingten Einflüsse zu veränderlichen Sollwerten für die Erzeugung des Lenksignals verarbeitet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden, aufgrund der störungs- bzw. krümmungsbedingten Einflüsse je ein getrenntes Lenksignal w bzw.w, gebildet, die

ζ κ

zu einem Gesamt-Lenksignal w addiert v/erden.

Die Sollsignale können vorteilhaft so gebildet werden, daß sie den tatsächlichen Sollsignalen gleichen, die bei idealer Fahrzeugführung entlang der Leitlinie im ungestörten Fall auftreten wurden, das heißt, bei einer idealen Führung, bei UQr lediglich Lenkungen aufgrund des Verlaufes der Leitlinie erfolgen würden.

7.2026
05.11.1980

BAD

' Dabei ist es möglich, die Sollwerte mittels eines Filters zu erzeugen, das von der Krümmung der Leitlinie sowie von anderen Größen, wie z.B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, Beladung und Urnweltdaten angesteuert wird und zwar ohne Hinzuziehung von etwaigen Störungen, wie Feldverzerrungen im Leitkabelmagnetfeld, Windböen usw.

Mit einen deartigen Filter lassen sich auch für den Fall von zwei getrennten Lenksignalen unter den gleichen Be-'" dingungen die Sollwerte für das störungsbedingte Signal und gleichzeitig das krümmungsbedingte Lenksignal erzeugen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Sollwerte und gegebenenfalls das führimgsbedingte Lenksignal mittels einer Schätzung, d.h. ohne die Kenntnis der Krünming bestimmt. In diesen Fällen kann die Schätzung vorteilhaft aufgrund von Istwerten durchgeführt werden, wobei Bedingungen für die Sollwerte, wie

z.B. die Stellung des Fahrzeugs, die Bezugspunktanordnung, Lenkwinkeleinsfcel1ung, mit eingegeben werden.

Die den Verlauf der Leitlinie kennzeichnenden, verantwortlichen Größen können von vornherein in die Regel-

einrichtung eingespeichert oder aber während der Fahrt gemessen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird

die Differenz der gemessenen Signale und der geschätzten 30

Signale und der Sollsignale zu einem Lenksignal bzw. zu einem störungsbedingten Lenksignal verarbeitet.

05. 11.1OHO

BAD ORIGINAL

^ (ay + ft ) dt minimiert wird, wobei a ein gr>-

-9-

Durch die Kenntnis der Bewegung des Fahrzeugs im ungestörten Fall lassen sich die gemessenen Signale nit den Sollwert der ungestörten Bewegung vergleichen und daraus eine Korrektur steuerung ableiten. Hierzu wird nittels eines auf größtmögl ichen Konfort hin ausgelegten Regelgesetzes ein störungsbedingtes Lenksignal gebildet, das neben den flihrungsbedingten Signal auf das Lenksystem einwirkt.

Un zwischen den gegenläufigen Forderungen einerseits nach exakter Führung und andererseits nach gutern Fahrkomfort einen optimalen Kompromiß zu erzielen, wird das Fahrzeug aufgrund des störungsbedingten Lenksinnais näherungswei se so angesteuert, daß das GUtekri t'-?ri un

I =
Ό

schv/i ndi gk ei t sabhän g i ger fiowi chtsf.aktor, y die Abweichung

des Bezugspunktes von der Leitlinie und β die s t ö r u η g s bedingte Lenkgeschwindigkeit ist.

Ober die Fuhrgenauigkeit und den Fahrkomfort hinaus hat die Erfindung insbesondere aufgrund des variablen Sollwertes den weiteren Vorteil, daß die Lage des Bezugs- punktes und (\er Abtastorgane unabhängig voneinander frei gewählt v/erden kann. Bei den bisher bekannten Systenen ist es erforderlich, daß ein Abtastorgan mit de:n Bezugspunkt, d.h., mit dem Punkt auf der Fahrzeuglängsachse, dessen Abstand zum Leitkabel möglichst klein sein soll, übereinstimmt, um diese Abstandsbedingung auch in den Krümmungen der Leitlinie erfüllen zu können, in denen nämlich die Fahrzeuglängsachse und die Leitlinie nicht mehr parallel verlaufen. Bei dem erfindungsgenäßen Verfahren sind nämlich im Gegensatz zu den bisher

° konstant zu haltenden Abstands-Sol !werten (\p.r Abtast-

7.2026
05.11.19R0

BAD ORIGINAL

' organe variable Sollwerte vorgesehen, die die kurvenbedingten Abweichungen vorn MuI 1 abstand berücksichtigt, wenn das Abstaruisorgan nicht auf dein den Schnittpunkt zwischen Fahrzeuglängsachse und Kurve bildenden ßezugs-ρunkt liegt.

Die Unabhängigkeit der Lage der Abtastorgane vom Bezugspunkt erweitert das Bedingungsspektrum, das bei der Lagebestircmung Berücksichtigung finden kann. So ist es z.R. möglich, eine Verringerung der Meßfehler zu erreichen, und zwar, indem der Bezugspunkt zwischen z.B. zwei Abtastorganen gewählt wird. Ferner kann d^r Bezugspunkt Vorzugs we. i se an der Vorderachse gewählt v/erden, wodurch die Fahrbahnbreite für eine in beide Fahrtrichtungen benutzte Leitlinie optimiert werden kann.

Durch die Trennung der kurvenbedingten Steuersignale von Störunge reg!er, kann außerdem der Regler einfacher und insbesondere sicherer ausgebildet werden. Der Regler ist gegenüber den bei den herkömmlichen Systemen erforderlichen Regler ptirai.ieteruneinpf i ndl icher, nachden der Regler nach Abzug der kurvenbedingten Signale nur noch schwache Störungsignale verarbeiten muß.

^Zü Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Leitlinie durch einen von Wechselstrom durchf1ossenen Leiter gebildet wird, dessen Feld mittels Antennen induktiv abgetastet wird, ist in den Abbildungen Fig. 1 bis 3 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch die gesamte Anordnung.

Mit den Hinter- und Vorderachsen 10 bzw. 12 und den zugehörigen Rädern 13 ist ein Fahrzeug angedeutet, das entlang

der als Leitkabel ausgebildeten Leitlinie 14 führbar ist.

7.2026
05.11.1*180

BAD ORIGINAL

3042723 -πι Das Feld des Leitkabels wird von zwei auf der Längsachse 15 des Fahrzeugs befindlichen Antennen 16 und 17 erfaßt. Die Antennensignale werden einer Steuereinheit zugeführt, die aus einer Sensorelektronik 20, einen Lenkregler 21, einem Stell regler 22 sowie einem Krümmungsgeber 23 bestehen. Die Sensorelektronik 20 bestimmt die Abstände d„> d der Antennen zur Leitlinie 14 aus den Antennensignalen. Die Abstandssi gnal e x„> x^ ^werc!en zusammen mit einen Geschwindigkeitssignal v, einem vom Krümmungsgeber herrührenden Krümmungssi fjnal k und einem den an der Spurstange 18 induktiv gemessenen Lenkwinkel ß entsprechenden Signal x, im Lenkregler 21 zu einen Lenksignal w verarbeitet, und dem Stellregler 22 zugeführt. Der Stellregler 22 steuert einen hydraulischen Stellzylinder 25 an, der die Vorderräder 13 bewegt und kontrolliert deren Einstellung über eine Rückführung des tatsächlichen Lenkwinkels β · Das Fahrzeug wird dabei so gelenkt, daß ein auf der Vorderachse 12 gewählter Bezugspunkt 27 mit der Leitlinie 1.4 w A h r c η d ri_er Fahrt einen kl einstmöglichen Abstand y beibehält. Für die Sensorolektronik 20 und den Stellregler 22 können herkömmliche Schal tschenen verwendet v/erden.

Der Lenkregler 21, der in Fig. 2 als Blockschaltbild näher dargestellt ist, besteht aus einen Sollwertgeber 30, einem Differenzbildner 31 und einem Regler 32. Die Krümmung k der Leitlinie 14 wird nach einer herkömmlichen Art, wie z.R. mit einer aus der DE-OS 25 21 571 bekannten Vorrichtung aus Meßgrößen bestimmt.

Die Krümmung k wird dem Sollwertgeber 30 zugeführt, (\er über Filter die Sollwerte bzw. Sol 1 v/ertsi gnal e s für alle Meßgrößen und ein kurvenbedingtes Lenksignal w. erzeugt.

7.2026
05.11.1980

BAD ORIGiNAL

Das Filter repräsentiert bestimmte Eigenschaften des Fahrzeugs und wird gemäß der augenblicklichen Geschwindigkeit ν abgestimmt. Durch Einstellungsmöglichkeiten am Filter kann der Bezugspunkt 27 beliebig und damit unabhängig von der Lage der Antennen 16 bzw. 17 eingestellt werden, wenn die Faktoren beladungs- bzw. witterungsabhängig gemacht werden, können die durch Reladung.s- bzw. Hi tterungsänderungen verursachten Veränderungen des Fahrverhai tens ausgeglichen werden, so daß eine hohe Führ genauigkeit am Bezugspunkt von Beladung bzw. Witterung unabhängig gewährleistet ist.

Die Sol 1 wfM'tsi qnal e s v/erden dem Differenzbildner 31 zugeführt, der die Differenz zwischen den Sollwerten und Istmeß größe η x. bildet, die aufgrund von Störungen Zustandekommen. Diese nunmehr nur"noch von störungsbedingten Einflüssen bestimmten Differenzsiqnale d. werden schließlich vom Regler 32 zu einem störungs-

bedingten Einflüssen bestimmten Differenzsiqnale d.

einem störungs bedingten Lenksignal w verarbeitet.

Die Additon des krümmii ngshed i ngten Lenksignals w. mit den störungsbedingten Lenksignal w ergibt das Gesamt Lenksignal w, das in Verbindung mit der augenblicklichen Geschwindigkeit ν über den Stellregler 22 die Betätigung der StelIzylinder auslöst.

Der Regler 32 ist als Optimalreg!er ausgelegt, dem ein Opt iini eru ngskri teri um der Form

7.202(3

0 5.11.1980

BAD ORIGINAL

'oo ₉ .2

I = I (a(v) y'-(t) + β (t)) dt

y:= horizontaler Abstand des Bezugspunktes zum

L ρ i t k a b e 1

a:=¹ geschv/i nd i gk ei tsabhän gi ger Gewichtungsfaktor

t: = Zeit

ft = Lenkgeschwindigkeit aufgrund der störungshedingten Lenk signale

zugriindegel egt ist, das mit. den gewünschten Störverhalten minimiert v/erden soll.

Das Regeigeset ζ des Optimalreglers enthält für alle '^ Eingangssignale d. geschwindigkeitsabhängige Verstärkungsfaktoren η., riic mittels einer Pochpnschal tunn durch PoIy-

rioi'if· cingf.Tiohfrt, werderi. !! i ordurch k tiriruMi !·(>! i ch i '|^;> Geschwindigkeitsabhängigkeiten einfach und schnell eingestellt werden.
20

Es ist aber auch möglich, die störungsbedingten und die krünnungsbedingten Einflüsse im Sollwertgeber 30 zu lediglich Sollsignalen s. zu verarbeiten, mit denen über den Differenzb-ildner 31 und den Regler 32 ein für

die Korrektur alleinverantwortliches Lenksignal erzeugt wird. In diesen Fall wird von einem getrennten krünnuingsbedingten Lenksignal w. abgesehen, so daß die in Fig.

angedeuteten Signale w und w gleich sind.

7.2026
05.11.1980

BAD ORlGIMAL

Leerseite

Claims

gü/sd M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesell schaft

München, 5. November 1980

Patentansprüche

Verfahren zur Spurführung eines gleisfreien Fahrzeuges entlang einer Leitlinie, mit mindestens einem zur Erfassung der relativen Lage zwischen der Fahrzeuglängsachse und der Leitlinie dienenden Abtastorgang und mit einer Regeleinrichtung, die über ein Lenksignal den Lenkwinkel des Fahrzeugs so beeinflußt, daß (\er Abstand eines Bezugspunktes auf der Fahrzeuglängsachse zur Leitlinie möglichst klein bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Lenksignals (w) unterschieden wird zwischen den Einflüssen, die von Störungen verursacht werden und jenen, dip von der Krümmung ή er Leitlinie (14) herrühren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenksignal (w) unter Berücksichtigung von veränderlichen Sollwerten gebildet wird.
3.

7.2026

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lenksignale, nämlich ein störungsbedingtes Lenksignal (w ) und ein von Verlauf

BAD ORIGINAL

der Leitlinie abhängiges führungsbedingtes Lenk

signal (w,) gebildet und addiert werden, κ
4. ' Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sollwertgeber (30) Sollsignale (S₁J gebildet werden, die den tatsächlichenSignalen gleichen, die bei idealer Führung des Fahrzeuges entlang der Leitlinie (14) im ungestörten Fall auftreten wurden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte und das führungsbedingte Lenksignal (w, ) aus der Krümmung der Leitlinie (14) unter Be

rücksichtigung von nicht stcrungsabhängigen Größen, insbesondere von der Fahrgeschwindigkeit (v) und der Masse der Zuladung bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte und gegebenenfalls das führungsbedingte Lenksignal (w, ) mittels einer Schätzung bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung aufgrund von Istwerten unter Hinzuziehung von Bedingungen für die Sollwerte durchgeführt wird.

7.2026
05.11.1980

BAD ORfQIfMAL

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der gemessenen Meßsignale (χ.) oder geschätzter · Istsignale und der Sollsignale (s.) zu einem Lenksignal (w) verarbeitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Differenz bestimmte Lenk-Lenksignal ein störungsbedingtes Lenksignal (W₂) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch, gekennzeichnet, daß das Fahrzeug aufgrund des störungsbedingten Lenksignals (w.,) näherungsweise so angesteuert wird, daß das GUtekriterium

I a /""(ay + β ) dt minimiert wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 2Q Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein

Differenzbildner (31) vorgesehen ist, der die Differenz zwischen Istsignalen (x.) und in einen Sollwertgeber (30) erzeugten Sollsignalen (s.) einem geschwindigkeitsabhängigen Regler (32) zuführt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der SolIwertgeber (30) so ausgelegt ist, daß der Bezugspunkt (27) auf der Vorderachse (12) liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Sollwerte im Sollwertgeber (30) ein Filter vorgesehen ist.

7.2026
05.11.1980

BAD ORIGINAL

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Regler (32) eine Rechenschaltung (Fig. 3) vorgesehen ist, mit der geschwind!gkeitsabhängige Größen durch Polynome angenähert werden.

7.2026 05.11.1980

BAD ORIGfNAL