DE3147819A1 - Erfassung der fahrzeugposition durch abzaehlen von nuten - Google Patents

Description

• "Erfassung der Fahrzeugposition durch Abzählen von Nuten"
• Beschreibung der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die berührungslose lineare elektrische Messung der Position und der Geschwindigkeit eines bewegten Körpers gegenüber einer quer zu der Bewegungsrichtung mit Nuten versehenen ferromagnetischen genuteten Schiene, insbesondere zur Anwendung bei einem durch einen ortsfesten eisenbehafteten synchronen oder asynchronen Langstatorlinearmotor angetriebenen Verkehrssystem, gekennzeichnet durch einen am bewegten Träger angeordneten, in der ferromagnetischen genuteten Schiene einen Transversalf.luß erzeugenden Sensor und einen nachfolgenden. elektrischen Meßwandler.
• Möglichkeiten der berührungsfreien Messung des Weges und der Geschwindigkeit eines bewegten Körpers wurden .in vielfältiger Weise untersucht und eingesetzt.
• Eine in der Offenlegungsschrift 26 10 752 beschriebene Schaltungsanordnung zum Betrieb eines fahrweggebundenen elektrischen Triebfahrzeuges mit einem Linearmotor umfaßt eine auf dem Triebfahrzeug angeordnete Sendeeinrichtung sowie eine an der Trasse angeordnete Empfangseinrichtung mit einer Meßwicklung, einem Amplitudendemodulator sowie einer Decodierschaltung, deren analoge Ausgangssignale ein Maß für den Polstellungswinkel (Fahrzeugposition bezüglich der Trassenwicklung) darstellen.
• Eine weitere in der Auslegeschrift 2341 761 beschriebene Schaltungsanordnung zum Betrieb eines fahrweggebundenen Triebfahrzeuges mit einem synchronen Linearmotor beruht darauf, die Polstellung (Fahrzeugposition bezüglich der Trassenwicklung) aus den abgegriffenen elektrischen Meßwerten an der Wanderfeldwicklung (Trassenwicklung) in einer Reihenschaltung in Form der vom bewegten Fahrzeug induzierten Hauptfeldspannung zu ermitteln.
• Beiden Verfahren haften Nachteile dadurch an, daß entlang des gesamten Fahrweges eine gesonderte Meßwicklung zu verlegen ist, oder aber, daß eine Positionsermittlung bei stehendem Fahrzeug nicht möglich ist.
• Maßgebend für die erfindungsgemäße Einrichtung ist, daß entlang des Fahrweges keine besonderen Maßnahmen erforderlich sind und eine Positionserfassung auch bei stehendem Fahrzeug möglich ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein am Fahrzeug angebrachter Sensor die magnetischen Leitwertschwankungen, hervorgerufen durch die genutete Schiene des Langstatormotors, erfaßt und das Signal in einer nachfolgenden elektronischen Schaltung ausgewertet wird.
• Um eine magnetische Entkopplung von den in den Nuten der Schiene angeordneten Leitern der Langstatorwicklung zu erreichen, wird von dem Sensor in der Schiene ein Transversalfluß- erzeugt. Dies kann durch einen Permanentmagneten (3), (Abb. 1) oder aber durch eine von einem Gleich- oder Wechselstrom durchflossene Wicklung (8), (Abb. 2) erfolgen.
• Flußsensoren (9), (10), (11), (12) erfassen die lokale Flußdichte auf den der genuteten Schiene (6) zugewandten Ebenen (4), (5), (Abb.- 3).
• Die Fluß sensoren sind dabei als maqnetfeldabhängige Halbleiter bei einem zu messenden Gleichfluß oder wahlweise als Spule bei einem zu messenden WechselflWß ausgebildet.
• Die Verknüpfung der Flußsondensignale gemäß Gleichung 1 eliminiert durch die Differenzbildung u9, -u10 und u11-u12 aus der Schiene tretende Normalflußkomponenten; durch die Differenzbildung der Signale der um eine halbe Nutteilung versetzt angeordneten Sondenpaare (9)-(10) und (11)-(12) erfolgt eine Unterdrückung des vom Luftspalt abhängigen Anteiles. Das entsprechend Gleichung 1 gebildete Gleich- oder Wechselsignal ist somit durch die Zahn-Nut-Struktur der Schiene im wesentlichen sinusförmig moduliert. Eine weitere Anordnung, bestehend aus den Sonden (13), (14), (15), (16)- mit einer der Gleichung 1 entsprechenden Signalverknüpfung, welches aber den Sonden (9), (10), (11), (12) gegenüber räumlich um (2n+1) yN/4 verschoben ist, liefert ein N Signal, dessen räumliche und zeitliche Abhängigkeit um tN/4 bzw. t/2 verschoben ist, gegenüber dem aus den Sonden (9), (10), (11), (12) gebildeten Verlauf.
• Die Struktur der weiteren Signalverarbeitung ist in Abb. 5 dargestellt. Die Sondensignale usl (7) und us2 (8) sowie die Signale eines Referenzsystems sin #R (14) und cosr 'R und R (15) werden einem Koordinatenwandler (1) zugeführt. Die mathematische Beschreibung erfolgt in Gleichung 2. Das Ausgangssignal des Koordinatenwandlers 1 enthält entsprechend Gleichung (3) die beiden Komponenten u5 (t)Cos(- #R) und ûs(t) sin (#- - ). Das Ubertragungsglied (2) kann als freu (t) sin(# - #R).
• R quenzselektives Filter und Amplitudendemodulator sowie als Dividierschaltung ausgebildet sein und liefert ein amplitudenunabhängiges Regelsignal (10), welches einem Regler (3) zugeführtwird. Der unter anderem durch integrierendes Verhalten gekennzeichnete Regler (3) liefert einen Frequenzsollwert (11), der einerseits zur Geschwindigkeitsermittlung herangezogen werden kann, andererseits über einen spannungsgesteuerten Oszillator (4) und einen sin/cos-Konverter (6) die Phasenlage des Referenzvektors uR(t) (Gleichung 2) derart beeinflußt, daß sich die Winkelabweichung ( R) zu Null ergibt. Durch entsprechende Dimensionierung der Reglerparameter ist somit eine Filterung von Geschwindigkeits- und Positionssignal möglich.
• Werden die Taktimpulse (12) des spannungsgesteuerten Oszillators (4) einem Zähler (5) zugeführt, so ist der Zählerstand (13) ein Maß für die Position- des bewegten Kippers (Fahrzeuges). Erfolgt ein periodisches Rücksetzen des Zählers (13) in der Weise, daß die Summe der jeweils aufsummierten Taktimpulse (12) gerade dem innerhalb einer Wicklungsperiode der in der genuteten Schiene angeordneten Statorwicklung zurückgelegten Weg entspricht, so gibt das Signal (13) den räumlichen Winkel des Körpers bezüglich der Statorwicklung an. Aus dem Signal (13) werden in einem weiteren sin/cos-Konverter (16) die Komponenten (17), (18) des Lagevektors ermittelt.
• Leerseite

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e U Einrichtung für die berührungslose lineare elektrische Messung der Pollage, der Position und der Geschwindigkeit eines bewegten Körpers gegenüber einer quer zu der Beweguflgsrichtung mit Nuten versehenen ferromagnetischen Schiene, insbesondere zur Anwendung bei einem durch einen ortsfesten eisenbehafteten synchronen oder asynchronen Langstatorlinearmotor angetriebenen Verkehrssystem, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h einen oder mehrere im bewegten Körper angeordnete Sensoren mit nachfolgenden elektronischen Meßwandlern, wobei ein Sensor so beschaffen ist, daß in der genuteten ferromagnetischen Schiene ein zeitlich gleich- oder wechselförmiger Transversalfiuß in der Weise erzeugt wird, daß die durch die Nutung der ferromagnetischen Schiene hervorgerufene Modulation des Transversalfiusses durch Flußänderungs- oder Flußdichtemessung erfaßt und zur Ermittlung er Zahn-Nut-Struktur herangezogen wird.
2. 2 Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch Gestalt und Anordnung von Flußleitstücken (1), (2) sowie Ausbildung des Flußleitstückes (3) als Permanentmagnet derart, daß in der genuteten ferromagnetischen Schiene (6) ein Transversalfluß (7) erzeugt wird (Abb. 1).
3. 3 Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch Gestalt und Anordnung von Flußleitstücken (1), (2), (3) sowie einer zusätzlich angeordneten,von einem Gleich- oder Wechselstrom durchflossenen Wicklung (8) derart, daß in der genuteten ferromagnetischen Schiene (6) ein zeitlich gleich-oder wechselförmiger Transversalfluß (7) erzeugt wird (Abb. 2).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß auf den der ferromagnetischen Schiene zugewandten Abenen (4), (5) der Flußleitstücke (1), (2) Hallsonden oder Spulen (9), (10), (11), (12) derart angeordnet sind, daß sich zwei Hallsonden oder Spulen jeweils paarweise. gegenüber befinden und zueinander um eine halbe Nutteilung räumlich versetzt angeordnet sind, wobei eine Verknüpfung der Sonden- oder Spulensignale gemäß Gleichung 1 erfolgt (Abb. 3).
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, g e k e n n -zeichnet dadurch, daß auf den der ferromagnetischen Schiene zugewandten Ebenen (4), (5) der Flußleitstücke (1), (2) weitere Hallsonden oder Spulen (13), (14), (15), (16) derart angeordnet sind, daß sie zueinander eine den Hallsonden oder Spulen (9), (10), (11), (12) entsprechende Lage und Signalverknüpfung TN haben, insgesamt räumlich jedoch um (1 -+ 2n) 4 verschoben sind (Abb. 4).
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangssignale (7), (8) der Sondenanordnungen (9), (10) , (11), (12) und (13), (14), (15), (16), (Abb. 4) einem Koordinatenwandler (1) zugeführt und in ein Referenzkoordinatensystem transformiert werden und das auf diese Weise gebildete Signal (9),(9') einem Ubertragungsglied (2)- sowie das Signal (10) einem Regler (3), das Signal (11) einem spannungsgesteuerten Oszillator (4), das Signal (12.) einem Zähler (5) und einem sin/cosKonverter (6), die Signale (14), (15) dem Koordinatenwandler (1) zugeführt werden (Abb. 5).
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 6, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß das Ubertragungsglied (2), (Abb. 5) als frequenzselektives Filter, Amplitudendemodulator sowie als Dividierschaltung ausgeführt ist,
8. 8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 6, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß das Regierausgangssignal (11), (Abb. 5) zur Geschwindigkeitserfassung des bewegten Körpers herangezogen wird.
9. 9 Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 6, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Zähler (5) periodisch in der Weise auf Null gesetzt -wird, daß die Periodizität des Zählers gleich der Wicklungsperiodizität eines synchronen Langstatormotors ist, und daß das Signal (13) einen sin/cos-Konverter (16), (Abb. 5) speist, der in zwei Komponenten (17), (18) der Lage (Pollage) des bewegten Körpers innerhalb der Wicklungsperiode liefert.