DE3916730A1 - Anordnung zur spurfuehrung eines fahrzeugs ueber passiven leitmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Spurführung von Fahrzeugen werden außer optischen Sy­ stemen üblicherweise von einem Generator getriebene in der Fahrbahn verlegte Induktionsschleifen verwendet. Das Leit­ mittel ist also aktiv. Der Vorteil der aktiven Systeme ist, daß sie auch über einen großen Abstand präzise erkannt wer­ den können.

Bei Verwendung passiver Leitmittel muß allgemein eine grö­ ßere Ungenauigkeit oder ein geringerer Leseabstand akzep­ tiert werden. Vorteilhaft ist jedoch, daß sie an sich nicht ausfallen können und der fahrbahnseitige Aufwand geringer ist.

Es ist bekannt, zur Spurführung in der Fahrbahn Leitmittel aus elektrisch und/oder magnetisch leitendem Material zu verwenden. Geeignet sind Aluminium- oder auch magnetisch leitende Bleche, die in die Fahrbahn eingelassen werden.

Seit einigen Jahren werden auch sog. passive Kode- oder In­ formationsträger zur Ortskodierung in der Fahrbahn verwen­ det. Sie beziehen die notwendige Betriebsenergie aus einer Sendeeinrichtung am Fahrzeug. Für die Energieübertragung sind sie mit einer Antenne ausgerüstet, die je nach Ausfüh­ rung (z.B. mit einem Ferritkern) das Wechselfeld auf ähnli­ che Weise wie ein Blech beeinflußt.

Am Fahrzeug sind häufig induktive Näherungsschalter zur De­ tektion der Bleche vorgesehen. Es wurden hierzu bereits ei­ nige Schriften offenbart:

Gemäß der DE-OS 19 08 294 sind am Fahrzeug über dem auf der Fahrbahn als Blechstreifen ausgelegten Leitmittel zwei ma­ gnetische Sensoren angeordnet, die in einem gegenseitigen Abstand mindestens von der Breite des Blechsteifens mit ihm jeweils einen magnetischen Kreis bilden. Hierzu sind je Sensor zwei in der Vertikalen gestreckte Spulen vorgesehen, die einerseits über ein Joch zwischen ihren Kernen und an­ dererseits (fahrspurseitig) über das Leitmittel miteinander magnetisch gekoppelt sind. Bei diesem Magnetkreis mit dem Leitmittel als fahrspurseitigem magnetischen Rückschluß der Spulenanordnung wird durch ein mittels der einen Spule er­ zeugtes elektromagnetisches Wechselfeld, das sich in einer zur Fahrzeuglängsmittelebene parallelen Ebene ausbreitet, in der anderen Spule eine sogenannte Steuerspannung indu­ ziert. Die mit dem Luftspalt zwischen Leitmittel und jewei­ ligem Sensor, d.h. mit dem magnetischen Widerstand des je­ weiligen Magnetkreises sich ändernden Steuerspannungen wer­ den dann zur Bildung von Lenksignalen ausgenutzt.

Nachteilig ist, daß mehrere Sensoren, Spulen und aufwendige über ein Joch gekoppelte Magnetkreise erforderlich sind.

Durch Auslegeschrift DE 27 40 422 B1 ist bekannt, ein Leit­ mittel in der Fahrbahn zu verwenden, um ein hochfrequentes Feld, das von einer achsparallelen Sendespule ausgeht, zu verzerren. Dazu wird die Sendespule von einem Generator mit konstanter Frequenz und Amplitude gespeist. Es bildet sich das genannte hochfrequente elektromagnetische Feld quer zur Fahrtrichtung. Im einfachsten Fall wird das Feld mit zwei ebenfalls achsparallelen Induktionsspulen gemessen. Die Meßspulen liefern der jeweiligen Feldstärke entsprechend analoge Signale, welche einer üblichen Lenkregelung zuge­ führt werden. Es ist erforderlich, daß das Leitmittel rela­ tiv tief in die Fahrbahn eindringt, damit Feldablenkungen deutlich erkannt werden. Dies wird durch hochkantige Bleche erreicht. Bei diesem Verfahren ist die aufwendige Installa­ tion der Bleche in der Fahrbahn nachteilig.

Passive Kode- oder Informationsträger sind durch US-A-41 96 418 und andere Verfahren bekannt. Typisch ist, daß Energie von dem Lesegerät (z.B. am Fahrzeug) ähnlich wie bei einem Trafo mit jedoch sehr großem Luftspalt übertragen wird. Im Kodeträger wird die Energie gleichgerichtet, der Kodespeicher ausgelesen und die gleiche oder eine andere Antenne mit dem Kode moduliert. In der Lesestation wird das Signal empfangen und ausgewertet. Die Antenne des Kodeträ­ gers besteht häufig aus einem bewickelten Ferritkern, ist also magnetisch leitend. Dadurch beeinflußt die Antenne das elektromagnetische Wechselfeld ähnlich wie ein magnetisch leitendes Blech.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, demgegenüber eine Anordnung aufzuzeigen, deren fahrzeugseitiger Aufwand ge­ ringer ist und die mit einfachen fahrbahnseitigen Installa­ tionen auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Danach wird in einer Antenne ein elektro­ magnetisches Wechselfeld auf die Fahrbahn abgestrahlt. Der Sensor ist im allgemeinen so eingestellt, daß er bei mitti­ ger Lage über dem Leitmittel kompensiert ist. Er liefert dann kein Signal. Bei Abweichung von dieser üblichen Soll- Lage verändert das Leitmittel auf der Fahrbahn den Einfluß auf den Sensor derart, daß der Sensor jetzt mehr von der einen oder anderen Seite von dem Feld durchströmt wird. So­ mit zeigt der Sensor an seinem Ausgang ein Versatzsignal, welches ein Maß für die Abweichung ist.

Die Änderung kann je nach Leitmittel, z.B. durch Bedämp­ fung, Verschieben oder Verstärken erfolgen. Die Höhe der Dämpfung oder Verstärkung ist zum Teil auch von der verwen­ deten Frequenz abhängig. Es sind so unterschiedliche Mate­ rialien wie Aluminium- oder Trafobleche geeignet. Es ist auch möglich, einzelne Ferritkörper in kurzen Abständen entlang der Fahrbahn zu verlegen. Diese Ferritkörper können beispielsweise die Kerne von Kode- oder Informationsträgern sein. Prinzipiell sind sogar Luftspulen möglich.

Für die Lage des Sensors zum Leitmittel ist nicht nur die Größe der Abweichung sondern auch die Richtung zu ermit­ teln. Um ein Bezugssignal zu erhalten, bietet sich vorteil­ hafterweise der direkte oder indirekte Signalabgriff am Ge­ nerator oder an der Antenne an. Ein indirekter Signalab­ griff kann durch induktive oder kapazitive Kopplung erfol­ gen. Die Phase des Versatzsignals im Vergleich zum Bezugs­ signal zeigt an, ob eine Abweichung beispielsweise nach rechts oder links vorliegt.

Nach Anspruch 2 kann das Leitmittel auch einen Einfluß auf die Amplitude des Bezugssignals haben. In diesem Fall kann die Antenne auch als induktiver Näherungsschalter arbeiten. Somit wird festgestellt, ob überhaupt ein Leitmittel vor­ handen ist. Aus Sicherheitsgründen kann das Fahrzeug bei fehlendem Leitmittel abgeschaltet werden.

Gemäß Anspruch 3 können als Leitmittel Blechstreifen ge­ nutzt werden. Es ist kostengünstiger, die Bleche flach auf­ zukleben, anstatt die Fahrbahn aufzufräsen und die Bleche hochkantig in der Fräsnut zu verlegen.

Das Leitmittel kann nach Anspruch 4 stellenweise bewußt nicht verlegt sein, um so eine Orts- oder Zielmarke zu er­ halten. Bei Bedarf fährt das Fahrzeug quasi blind weiter, bis es das nächste Leitmittel findet. Es ist somit möglich, das Bezugssignal auch zur Ortserkennung oder Positionierung in Fahrtrichtung zu nutzen. Solche Ortsmarken können eine Fahrbahnverzweigung ankündigen und einleiten.

Anspruch 5 zeigt, daß als Leitmittel auch passive Kode­ oder Informationsträger genutzt werden können. Sie werden üblicherweise in der Fahrbahn zur Ortsmarkierung instal­ liert. Die Antenne der Kodeträger beeinflußt das elektroma­ gnetische Wechselfeld der Sendeeinrichtung. Der Sensor stellt die Änderung fest. Als Antenne sind Luft- oder Fer­ ritkernspulen möglich, wobei letztere im allgemeinen bevor­ zugt werden, weil sie üblicherweise das Wechselfeld deutli­ cher beeinflussen.

Es ist möglich, Baugruppen von Spurführungs- und Kodeträ­ gerlesegerät zu kombinieren. Beispielsweise lassen sich Ge­ nerator und Sendeantenne bei entsprechender Auslegung ge­ meinsam verwenden.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß nur ein Sensor benötigt wird, um die Größe der Abweichung von der Fahrbahn festzustellen. Das Bezugssignal für die Richtung der Abweichung kann direkt vom Sender oder indirekt durch einfachste Koppelelemente vom Sender oder der Antenne abgegriffen werden.

Vorteilhaft ist auch, daß Blechstreifen auf der Fahrbahn flach aufgebracht werden können, z.B. durch Kleben. Das aufwendige Fräsen ist nicht erforderlich. Dadurch werden Hallenböden oder Straßen nicht oder nur sehr gering beschä­ digt.

Die Kontrolle der Amplitude des Bezugssignals kann auch ge­ nutzt werden, um die Anwesenheit des Leitmittels zu prüfen. Bei fehlendem Leitmittel kann das Fahrzeug gestoppt werden. Es wird also der Ort in Fahrtrichtung erkannt. Das Leitmit­ tel kann als festcodierte Informationsquelle ähnlich einem Barcode genutzt werden.

Als Leitmittel können auch die Antennen von Kode- oder In­ formationsträgern verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dar­ gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 Anordnung mit senkrechter Ferritantenne.

Fig. 2 Anordnung mit waagerecht wirkender Luftspule.

Fig. 3 Darstellung des Versatzsignals in Abhängigkeit von der Abweichung.

Fig. 4 Darstellung zur Leitmittelerkennung.

Fig. 5 Darstellung einer Ausführung zur genauen Positionierung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer senkrechten Antenne am Fahrzeug (1). Hier ist es eine Ferritantenne, die mit einem Kondensator einen Schwingkreis bildet. Der Generator (5) liefert die Energie. Von der Antenne ausge­ hend sind zwei Feldlinien dargestellt (7). In der Mittella­ ge des Sensors (2) über dem Leitmittel (3) wird kein Ver­ satzsignal (Fig. 3 (10)) über die Zuleitung (9) an den Aus­ werter (6) gegeben. In diesem Auswerter (6) befinden sich die üblichen Mittel, um die Signale weiter zu verarbeiten. Das Leitmittel (3) kann auf der Fahrbahn (4) aufgeklebt sein. Es sind aber auch andere Verlegemaßnahmen möglich, z.B. hochkantiges Einlassen in die Fahrbahn (4). Das Leit­ mittel (3) hat je nach Entfernung, Art und Größe einen Ein­ fluß auf die Amplitude (Fig. 4 (13)) an der Antenne (1). Somit kann das Bezugssignal (8) nicht nur als Referenz für die Phase zur Erkennung der Richtung der Abweichung rechts oder links genutzt werden. Es bietet sich auch an, mit die­ sem Mittel zu prüfen, ob überhaupt ein Leitmittel vorhanden ist. Auch hierfür ist die Ausbildung der Antenne zum Schwingkreis vorteilhaft. Abgestimmte Schwingkreise mit ho­ her Güte reagieren sehr deutlich auf das Leitmittel. Außer einem Blech könnte das Leitmittel (3) beispielsweise aber auch die Antenne eines Kode- oder Informationsträgers sein.

Fig. 2 stellt eine weitere Ausführungsform dar. Die Antenne (1) ist hier als quer zur Fahrtrichtung liegende Luftspule ausgeführt. Der Sensor (2) befindet sich nicht über dem Leitmittel (3). Das Feld ist durch das Leitmittel unsymme­ trisch; es wird ein entsprechendes Signal im Sensor er­ zeugt. Die Feldlinien (7) verdeutlichen die Feldänderung.

Fig. 3 zeigt Phasenlage und Amplitude (U) des Versatzsi­ gnals (10) in Abhängigkeit von der Abweichung (d) quer zur Fahrtrichtung.

Fig. 4 erläutert die Erkennung des Leitmittels (3) über der Fahrbahn (4) mit Hilfe der senkrechten Antenne (1) in seit­ licher Darstellung. Der Sensor (2) zur Spurführung ist hier nur zur besseren Übersicht aufgeführt.

Bei der Fahrt entlang des Leitmittels von links nach rechts ist im Beispiel die Amplitude der Antenne (13, 1) zunächst durch das Leitmittel gedämpft. An dem Aussatzort (11) nimmt die Amplitude wegen der geringeren Dämpfung zu; am Einsatz­ ort (12) des Leitmittels (3) verringert sich die Amplitude wieder. Gezeigt ist hier der Gleichrichtwert der Amplitude.

Fig. 5 zeigt, daß es auch möglich ist, den Aus- bzw. Ein­ satzort (11, 12) des Leitmittels (3) mit einem weiteren in Fahrtrichtung ausgerichteten Sensor als Positioniersensor (14) zu erkennen.

Im Beispiel verhält sich der Feldlinienverlauf am Aussatz­ ort (11) so, daß eine positive Signalerkennung im Positio­ niersensor (14) erfolgt. Dies bedeutet definitionsgemäß, daß das erkannte Wechselspannungssignal (15) in Phase mit dem Signal an der Antenne (1) ist. Am Einsatzort (12) keh­ ren sich Feldlinienverlauf und Phase um. Dargestellt ist der phasenbezogene Spitzenwert der Wechselspannungssignale (15).

Der Positioniersensor (14) ist in der Funktionsweise mit dem hier für die Spurhaltung genutzten Sensor (2) ver­ gleichbar. Über einem querlaufenden Leitmittel (z.B. Kreu­ zung) oder passiven Kode- oder Informationsträger (16) kann er sehr genau am Ort in Fahrtrichtung positionieren. Hier­ für ist der deutliche Nulldurchgang (17) des phasenbezoge­ nen gleichgerichteten Wechselspannungssignals (15) wegen der Steilheit mittig bezogen auf die Ferritantenne des Ko­ deträgers (16) vorteilhaft. Es handelt sich in dieser An­ wendung also im Prinzip um zwei Anordnungen zur Führung ei­ nes Fahrzeugs, wobei der eine Sensor (2) zur Führung quer zur Fahrtrichtung und der andere Sensor als Positioniersen­ sor (14) zur Führung längs zur Fahrtrichtung dient. Beide Anordnungen nutzen den gleichen Generator, die gleiche An­ tenne (1) und die gleichen längs der Fahrbahn installierten passiven Leitmittel.

Claims (5)

1. Anordnung zur Spurführung eines Fahrzeugs über längs der Fahrspur in der Fahrbahn installierten passiven Leitmit­ teln, welche elektrisch und/oder magnetisch leitende Eigen­ schaften haben, bestehend aus fahrzeugseitiger Sendeein­ richtung mit Antenne zur Abstrahlung eines elektromagneti­ schen Wechselfeldes und einer Sensoreinrichtung zur Aufnah­ me und Auswertung des Einflusses des betreffenden Leitmit­ tels auf das Wechselfeld, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Sensor am Fahrzeug für die Spurführung so ausge­ richtet ist, daß er über dem Leitmittel kompensiert ist,
• - daß der Sensor bei außermittiger Lage ein Versatzsignal anzeigt, das ein Maß für die Abweichung von der Mitte ist,
• - daß ein Bezugssignal durch Abgriff oder Kopplung von dem Generator des elektromagnetischen Feldes oder der Antenne gewonnen wird und
• - daß aus der Phasenabweichung von Versatzsignal zu Bezugs­ signal erkannt wird, ob eine Abweichung in die eine oder in die andere Richtung vorliegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Bezugssignal an der Antenne gewonnen wird, und daß die Antenne durch das Leitmittel in der Amplitude be­ einflußt wird,
• - daß das Bezugssignal mit einem Referenzsignal oder -wert verglichen wird und
• - daß aus dem Vergleich erkannt wird, ob das Leitmittel in oder auf der Fahrbahn vorhanden ist oder nicht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitmittel flach aufgeklebte Blechstrei­ fen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitmittel stellenweise ausgelassen ist, so daß eine Fehlstelle gebildet wird und daß diese Fehlstelle der Orts­ oder Informationscodierung dient und durch die Beeinflus­ sung des Bezugssignals erkannt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leitmittel aus einzelnen längs der Fahr­ spur in Abständen installierten passiven Kode- oder Infor­ mationsträgern besteht, die durch ihre Antenne das elektro­ magnetische Wechselfeld beeinflussen.