DE3723332C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Standlinien- oder Standortbestimmung eines Fahrzeugs nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 (DE 32 42 551 C2).

Ein mit einer induktiven Identifi­ zierungseinrichtung ausgerüstetes Fahrzeug soll einerseits den Kode des gerade im Wirkungsbereich befindlichen passi­ ven Kodeträgers lesen können, andererseits die Standlinie, aber auch den Standort in bezug auf den Kodeträger bestim­ men können.

Bei fahrerlosen Transportsystemen sind Identifizierung­ seinrichtungen im Einsatz, die induktiv arbeiten. Sie bau­ en ein magnetisches Wechselfeld auf, das - wenn es in die Nähe eines passiven Kodeträgers gerät - diesen induktiv mit Energie versorgt. Der Kodeträger beeinflußt durch Be­ schalten seiner Antenne das magnetische Feld nach der ihm vorgegebenen Information. An der Empfangseinrichtung der Identifizierungseinrichtung macht sich die Feldbeeinflus­ sung als amplitudenmoduliertes Signal oder als Amplituden­ änderung bemerkbar. Wird dieses Signal ausgewertet, so wird es der Identifizierungseinrichtung ermöglicht, den Kode oder die Information des Kodeträgers zu lesen. Wei­ terhin sind Systeme bekannt, die über einem passiven Kode­ träger die Position bestimmen können, indem sie das Maxi­ mum des Rückwirkungssignals durch den Kodeträger detektie­ ren. Das Verfahren ist relativ ungenau.

Die Standortermittlung mit diesen Systemen wird durch die Existenz eines zusätzlichen Leitdrahtes ermöglicht, auf den das Fahrzeug durch eine Leiteinrichtung ausgeregelt wird.

Will man dagegen ein Fahrzeug virtuell d.h. leitdrahtlos fahren lassen, so reicht eine Standortbestimmung mit Hilfe einer einfachen Bewertung des Rückwirkungssignals vom Ko­ deträger nicht aus.

Aus der DE 32 42 551 C2 ist eine Anordnung zum Iden­ tifizieren eines Objektes bekannt. Hierin heißt es im 9. Anspruch, daß das durch die Demodulation gewonnene NF-Signal zur Ermittlung des Abstandes zwischen Identifizierungseinrichtung und Kodeträger genutzt werden kann. Bei Beobachtung der zeit­ lichen Veränderung des Abstandes und bzw. oder bei ent­ sprechender Ausbildung der Identifizierungseinrichtung ist damit auch prinzipiell eine Ermittlung des Standortes mög­ lich. Nach Anspruch 10 sind jedoch zwei Demodulatorein­ richtungen notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Iden­ tifizierungseinrichtung in Verbindung mit passiven Kode­ trägern eine Standlinien- oder Standortbestimmung vorzu­ nehmen, die differenziert genug ist, um ein virtuelles Fahren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsmäßigen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nach Anspruch 1 ist für die Standlinien- und Standortbe­ stimmung der Einsatz von mindestens zwei Sendeeinrichtun­ gen notwendig. Erzeugen beide Sendeeinrichtungen über zwei Antennen abwechselnd ein magnetisches Wechselfeld, so wird ein Kodeträger, der sich im Wirkungsbereich der Antennen befindet, von beiden Antennen abwechselnd mit Energie ver­ sorgt. Seine Rückwirkung wird von mindestens einer Emp­ fangsantenne, die räumlich benachbart zu den Sendeantennen liegt, aufgenommen. Es ist aber auch möglich, daß die Emp­ fangsantenne mit einer der Sendeantennen identisch ist. Des weiteren sind zwei oder mehrere Empfangsantennen mög­ lich.

Die Rückwirkung arbeitet aber auch auf die beiden, oder soweit vorhanden, mehreren Sendeantennen, da der Innenwi­ derstand einer Sendeendstufe und die Güte einer Antenne endlich sind. Insofern ist es nach Anspruch 2 sinnvoll, (da wesentlich einfacher) jeweils eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung an eine Antenne zu koppeln. Liegt der Kodeträger dann von oben gesehen mittig zwischen zwei Sende-/Empfangsantennen, so wird die Rückwirkung auf beide Antennen gleich groß sein. Befindet sich der Kode­ träger näher zu einer Antenne, so wird er auf diese auch stärker zurückwirken. Vergleicht die Identifizierungsein­ richtung die Rückwirkungsgröße auf beide Antennen, so ist die Linie leicht zu bestimmen, auf der der Kodeträger liegt.

Weiterhin ist es aber auch möglich, zwei Sendeeinrichtun­ gen gegenphasig zu betreiben; zwischen den Sendeantennen ergibt sich dann eine Kompensationszone, da sich hier die Feldlinien gerade aufheben. Wird dann die Spannung an den Sendeantennen durch eine geeignete Regelung gegeneinander variiert - z.B. nach einer Sägezahnfunktion - so wird sich die Kompensationszone der Funktion entsprechend zwischen den Sendeantennen hin und her bewegen, den Bereich zwi­ schen den Antennen gewissermaßen abtasten. Befindet sich ein Kodeträger zwischen den Antennen, so wird, wenn die Kompensationszone ihn gerade "überstreicht", seine Rück­ wirkung auf das resultierende Feld verhindert, weil die Energieübertragung ausbleibt. Da dieser Augenblick einer bestimmten Stelle in der "Überstreichfunktion" entspricht, wird somit die Bestimmung der Standlinie ermöglicht.

Nach Anspruch 3 wird die Standortbestimmung ermöglicht, wenn das Fahrzeug fährt und die zeitliche Veränderung der Rückwirkungssignale auf beide Antennen erfaßt und vergli­ chen wird. Dabei ist es unerheblich, ob die Antennen in der Identifizierungseinrichtung und dem Kodeträger senk­ recht stehen oder in Fahrtrichtung liegen. Überfährt eine Identifizierungseinrichtung einen Kodeträger, so stellt sich ein ganz bestimmter Intensitätsverlauf der Rückwir­ kung ein. Eindeutig ist, daß der Intensitätsverlauf von Null auf einen bestimmten Maximalwert ansteigt und dann wieder auf Null abfällt. Auf der ansteigenden und abfal­ lenden Flanke dieses Verlaufs liegt jedoch jeweils eine Stelle, an der die Intensität kurzfristig schnell auf Null abfällt. An diesen Stellen wird die Antenne des Kodeträ­ gers von keiner Feldlinie der Sendeeinrichtung in seiner Wirkungsrichtung durchsetzt, dementsprechend kann auch keine Rückwirkung erfolgen. Weiter unten wird diese Er­ scheinung anhand einer Skizze erläutert.

Wird dieser Intensitätsverlauf nun aufgezeichnet, so kann einerseits die Position in bezug auf den Kodeträger in Fahrtrichtung erkannt werden, wenn das Maximum des Inten­ sitätsverlaufs oder die zwei Einbrüche auf Null detektiert werden. Dabei ist es prinzipiell leichter, einen kurzen Funktionseinbruch auf Null wahrzunehmen, als das Maximum in einer relativ weit verlaufenden Funktion zu suchen. Wird ein Einbruch auf Null detektiert, so liegt die wahre Mitte des Kodeträgers um eine bestimmte Strecke vor dem detektierten Punkt entfernt. Bei der Positionsbestimmung ist dann dieser "Offset" zu berücksichtigen. Wird zudem die Standlinie nach der Erklärung zu Anspruch 1 und 2 er­ kannt, also, ob der Kodeträger sich mittig zwischen den Antennen oder versetzt nach einer Seite befindet, so ist eine echte zweidimensionale Standortermittlung möglich.

Nach Anspruch 4 ist auch eine Standortermittlung möglich, wenn vier Sende- und Empfangseinrichtungen oder zwei Iden­ tifizierungseinrichtungen verwendet werden. Die Anordnung erfolgt so, daß von oben gesehen der Kodeträger zwischen den Antennenanordnungen durchläuft. Die Antennen bilden dazu vorzugsweise ein Rechteck, so daß entweder zwei vorne und zwei hinten oder jeweils eine vorne, eine hinten und eine rechts und eine links angeordnet sind. Hierbei braucht dann nicht - wie unter Anspruch 3 - die zeitliche Veränderung der Rückwirkungssignale beachtet zu werden. Es erfolgt entweder ein Vergleich der Signale an den vier An­ tennen untereinander (bei Verwendung einer Identifizie­ rungseinrichtung) oder ein Vergleich der Signale von zwei Identifizierungseinrichtungen mit je zwei Antennen, so daß eine Standorterkennung durchgeführt werden kann. Es ist prinzipiell auch möglich, daß zwei Antennen (z.B. die rechte und die linke) nacheinander als Sendeantennen be­ trieben werden und daß die Rückwirkung auf die Empfangsan­ tennen (z.B. die vordere und die hintere) festgestellt wird. Die Kreuzung von zwei Standlinien ergibt den gesuch­ ten Standort.

Die bisherigen Ausführungen beziehen sich auf eine Wir­ kungsrichtung der Antennen in Fahrtrichtung, d.h. die An­ tennen liegen in Fahrtrichtung. Prinzipiell kann die An­ tennenwirkungsrichtung variiert werden, so können alle An­ tennen auch senkrecht stehen oder aber liegend quer zur Fahrtrichtung angeordnet sein. Es ist allerdings zu be­ rücksichtigen, daß die Intensitätsänderungen der Sendesi­ gnale zum Teil ungünstiger verlaufen.

Weiterhin kann nach Anspruch 5 eine Standlinien- oder Standortermittlung auch in Verbindung mit einfachen Kode­ trägern bestehend aus bestimmten Resonanzkreisen erfolgen. Werden Kodeträger mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet, so erfolgt die Identifikation über die Bestim­ mung der Resonanzfrequenz. Dazu muß die Identifizierung­ seinrichtung den Frequenzbereich, in dem die Reseonanzfre­ quenzen der Kodeträger liegen, durchwobblen. Gerät die Wobbelfrequenz in den Bereich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, so macht sich die Rückwirkung auf die Sen­ deeinrichtung als Funktion in Form einer Korrelations- oder Diskriminatorkurve bemerkbar. Für die Bestimmung der Schwingkreisresonanzfrequenz kann die Sendeeinrichtung aber auch eine Sprungfunktion abgeben. Als Rückwirkung ma­ chen sich dann Einschwingvorgänge mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises in der Empfangseinrichtung bemerkbar. Die Standlinien- oder Standortbestimmung kann dann wiede­ rum nach den Ansprüchen 1-4 erfolgen.

Die in allen bisher beschriebenen Ansprüchen verwendeten Antennen können aus Ferritstabantennen oder Luftspulen be­ stehen.

Laut Anspruch 6 wird durch die Anordnung ein leitdrahtlo­ ses Bewegen von Fahrzeugen ermöglicht, da eine Standortbe­ stimmung durchgeführt werden kann. So kann ein Fahrzeug einem bestimmten Weg folgen, wenn dieser ihm anhand eines Lageplans mit den Identifikationsnummern der Kodeträger vorgegeben ist. Falls Abweichungen auf den Wegen zwischen einzelnen Kodeträgern vorkommen sollten, werden diese er­ kannt und bei Bedarf in Verbindung mit der Lenkeinrichtung des Fahrzeugs ausgeregelt. Zusätzlich ist ein Positionie­ ren an vorgegebenen Kodeträgern möglich. Für diese Aufga­ ben ist der Einsatz eines Fahrzeugrechners sehr zweckmä­ ßig.

Die Funktionsweise und ein Ausführungsbeispiel sollen anhand der nachfolgenden Skizzen dargestellt und im folgenden nä­ her beschrieben werden.

Fig. 1a) zeigt eine Sendeantennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3,

Fig. 1b) zeigt qualitativ den Intensitätsverlauf der Rückwirkung bei einer Kodeträgerbewegung nach 1a),

Fig. 2a) zeigt zwei gegenphasig betriebene Sende- Antennen und eine darunter befindliche Kodeträgerantenne,

Fig. 2b) zeigt eine mögliche Intensitätsvariation der magnetischen Felder,

Fig. 2c) zeigt das Vorhandensein der Kodeübermitt­ lung, wenn der Kodeträger sich in der ge­ zeichneten Position befindet,

Fig. 3 zeigt die Skizze eines Kodeträgers,

Fig. 4 zeigt den möglichen Aufbau einer Identi­ fizierungseinrichtung zur Standortbestim­ mung nach den Ansprüchen 1 bis 3.

In Fig. 1a) ist eine Sendeantennenanordnung, bestehend aus einer ersten Antenne (1) und einer zweiten Antenne (2) zu sehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist gerade nur die zweite Antenne (2) in Betrieb - zu erkennen an den eingezeichneten Feldlinien. Wird die Kodeträgerantenne entsprechend dem Pfeil bewegt, so wirkt sie auf beide Sen­ deantennen (1 u. 2) entsprechend der Funktion in 1b) zu­ rück. Die Unterbrechung der Rückwirkungen auf der anstei­ genden und abfallenden Flanke läßt sich damit erklären, daß in dieser Positon (z.B. I) die resultierenden Feldli­ nien alle rechtwinklig durch die Kodeträgerantenne laufen. Befindet sich dagegen die Kodeträgerantenne z.B. an der Stelle II, so laufen Feldlinienanteile in ihrer Wirkungs­ richtung.

Fig. 2a) zeigt eine Antennenanordnung von der Seite. Dar­ unter ist die Kodeträgerantenne (3) zu sehen. Die Antennen (1) und (2) werden in diesem Fall gegenphasig betrieben - zu erkennen an den gegeneinander eingezeichneten Feldli­ nien. In der Mitte entsteht eine schmale Kompensationszo­ ne, da sich hier die Wirkung der Feldlinien aufhebt.

Werden die Größen der beiden magnetischen Wechselfelder nach Fig. 2b) geregelt, also erhöht sich die Feldstärke der ersten Antenne (1) um den gleichen Betrag, wie sich die Feldstärke der zweiten Antenne (2) verringert (und um­ gekehrt), so verschiebt sich die Kompensationszone zwi­ schen den Antennen hin und her. Sobald die Kompensations­ zone die Kodeträgerantenne überstreicht, unterbleibt die Energieübermittlung und so auch die Kodeübermittlung.

In Fig. 2c) ist die Kodeübermittlung in Abhängigkeit des Aufenthaltsortes der Kompensationszone für den skizzierten Fall dargestellt. Da die Verschiebung der Kompensationszo­ ne einer festen Funktion (z.B. nach 2b) gehorcht, kann die Standlinie der Kodeträgerantenne ermittelt werden, wenn der Funktionswert bei Ausfall der Kodeübermittlung festge­ halten wird.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Kodeträgers dar­ gestellt. Das magnetische Wechselfeld wirkt auf die Kode­ trägerantenne (3) ; die entstehende Spannung wird in einer Energielade- und Kodeschalteinrichtung (4) gleichgerichtet und einem Ladekondensator zugeführt. Ist genügend Energie im Kondensator gespeichert, wird der Kodespeicher (5) ge­ startet, der entsprechend seinem seriellen Kode die Kode­ schalteinrichtung (4) steuert. Diese kann die Kodeträge­ rantenne (3) nach den verschiedenen Prinzipien (Freischal­ ten, Bedämpfen, Kurzschließen) Beschalten. Auf die Anten­ nen der Identifizierungseinrichtung ist die Rückwirkung dann als amplitudenmoduliertes Signal festzustellen.

Fig. 4 zeigt einen möglichen Aufbau einer Identifizie­ rungseinrichtung zur Standortbestimmung. Über die Antennen (1, 2) wird nach dem Verfahren der alternierenden Umschal­ tung gesendet. Zwei Sendeendstufen (8, 9) betrieben je­ weils eine mit einer Kapazität (6, 7) abgestimmten Ferrit­ stabantenne (1, 2). Die Sendeendstufen werden abwechselnd mit dem Ausgangssignal eines Frequenzgenerators (10) be­ trieben, erreicht wird dies durch einen Umschalter (11). Da für die Standortbestimmung praktisch immer ein Rechner sehr zweckmäßig ist, wird die Umschaltung (11) der Sen­ deantennen sinnvollerweise auch über den Rechner (16) ge­ steuert (17).

Befindet sich eine Kodeträgerantenne (3) im Wirkungsbe­ reich der Antennen (1, 2), wirkt er, wie beschrieben, auf diese zurück. Das Rückwirkungssignal beider Antennen (1, 2) wird getrennt ausgekoppelt (12, 13) und der doppelt aufgebauten Demolatorstufe (14) zugeführt. Diese gibt den detektierten Kode (18) an den Rechner weiter. Es werden auch die demodulierten Signale (19, 20) herausgeführt. Diese gelangen über einen A/D-Wandler in den Rechner, der die zeitliche Veränderung der Signalgröße detektiert, um eine Positionsbestimmung in Fahrtrichtung vorzunehmen. Die Standlinienbestimmung erfolgt, indem die Signale (19, 20) auf einen Vergleicher oder Subtrahierer gegeben werden und der Rechner (16) dessen Ausgangssignal (21) über einen A/D-Wandler erhält. Befindet sich die Kodeträgerantenne (3) mittig zwischen den Sendeantennen (1, 2), so ist das Subtrahierersignal gleich Null, bei Abweichung nach links oder rechts entsteht am Subtrahiererausgang eine entspre­ chend negative oder positive Spannung, deren Betrag Aus­ kunft über die Größe der Abweichung gibt. Ein Rechneraus­ gang (22) ist für das Lenksystem des Fahrzeugs vorgesehen; bei Abweichungen eben beschriebener Art kann über diesen Ausgang eine Korrektur erfolgen. Schließlich kann das Fahrzeug noch über den Rechnerausgang (23) in der Fahrge­ schwindigkeit beeinflußt (z.B. gestoppt) werden.

Werden dem Rechner vor Fahrtbeginn bestimmte Kodeträger­ nummern eingegeben, die er anzufahren hat, so kann das Fahrzeug leitdrahtlos diesem Weg folgen. Ist dem Rechner ein Lageplan aller in der Fahrbahn verlegten Kodeträger mitgeteilt worden, so sind Kurvenfahrten möglich. Das Lenksystem wird dann über den Rechnerausgang (22) gesteu­ ert. Treten bei Kurvenfahrten Abweichungen auf (z.B. 10 mm zu weit links oder rechts), so können sie bei der Fahrt zum nächsten Kodeträger ausgeregelt werden. Bei Bedarf kann das Fahrzeug schließlich an bestimmten Positionen ge­ stoppt werden.

Claims (3)

1. Anordnung zur einer zweidimensionalen Standlinien- oder Standortbestimmung eines Fahrzeugs mit stationär oder am Fahrzeug angeordneten Kodeträgern und mit einer am Fahrzeug oder stationär angerodneten Identifizierungseinrichtung, die einerseits elektromagnetische Felder abstrahlt und ande­ rerseits über eine Empfangseinrichtung die Information des Kodeträgers ausliest, wobei das elektromagnetische Feld der abstrahlenden Sendeantenne der Identifizierungseinrichtung durch den Kodeträger amplitudenmoduliert wird,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Identifizierungseinrichtung zwei gegenüberliegende Sendeeinrichtungen aufweist, die alternierend gegenphasige elektromagnetische Felder aussenden,
• - daß die vom Kodeträger verursachte Amplitudenmodulationen in beiden Sendeantennen registriert werden und durch Aus­ wertung der beiden Modulationsgrößen die erste Dimension ermittelt wird,
• - daß durch Auswertung der zeitlichen Veränderung der Modu­ lationsgrößen entlang der Strecke der Sendeantennen die zweite Dimension ermittelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kodeträger aus einem selektiven Resonanzkreis be­ steht, der Kode somit aus dem Wert Resonanzfrequenz be­ steht und verschiedene Kodeträger verschiedene feste Reso­ nanzfrequenzen haben können und daß die Identifizierungs­ einrichtung die Resonanzfrequenz und Position der Kodeträ­ ger durch Wobbeln und Umschalten an den Sendeeinrichtungen und Vergleichen der Signale an der oder den Empfangsein­ richtungen feststellt.

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit einem Rechner es dem Fahrzeug ermög­ licht wird, leitdrahtlos zu fahren.