DE4312434C2 - Anordnung zum induktiven Spurführen gleisunabhängiger Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum induktiven Spurführen gleisunabhängiger Fahrzeuge.

Die GB-PS 999 045 zeigt eine Anordnung zum induktiven, gleis­ unabhängigen Spurführen von Flugzeugen mit einem lenkbaren Bu­ grad. Es wird pauschal erwähnt, daß die Art der automatischen Lenkung auch für andere Fahrzeugarten einsetzbar sind, ohne aber hierzu irgendwelche Beispielsangaben zu machen. Zur selbsttätigen Spurführung der lenkbaren Flug- bzw. Fahrzeuge auf den Zubringerpisten sind folgende Merkmale vorgesehen:

• - Es sind mehrere spurbestimmende, durchgehend parallel und in einem bestimmten Querabstand zueinander sowie höhen­ gleich nebeneinander verlaufende, von Wechselstrom in Ge­ genrichtung zueinander durchflossene und einem magnetischen Wechselfeld umgebene Leiter mittig in der Fahrbahn verlegt.
• - Fahrzeugseitig sind die Ist-Position des Fahrzeuges in Querrichtung relativ zum magnetischen Wechselfeld laufend erfassenden Antennen-Kreuzspulen mit mindestens einer die horizontale und mindestens einer die vertikale Magnetfeld­ komponente erfassenden Spule, die in definiertem Abstand oberhalb der Fahrbahn fahrzeugseitig angeordnet sind, vor­ gesehen.
• - Ebenfalls fahrzeugseitig sind ferner Mittel zum Umsetzen einer festgestellten Soll/Ist-Abweichung der Quer-Position des Fahrzeuges relativ zum fahrbahnseitigen Wechselfeld in einen die Querlagen-Abweichung beseitigenden Lenkbefehl für die lenkbaren Fahrzeugräder angordnet.
• - Beim dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich aus der Zeichnung entnehmen, daß der horizontale Querabstand der beiden fahrbahnverlegten spurbestimmenden Leiter etwa 66% der Höhenlage der Antennenkreuzspulen oberhalb der Fahrbahn entspricht. Hierüber enthält die Druckschrift jedoch kei­ nerlei Angaben.

Zwar kann unterstellt werden, daß - wie meist üblich - die Start- und Landebahnen und die Zubringer-Fahrbahnen aus eisen­ armierten Betonpisten bestehen, jedoch werden - abgesehen von den Startbeschleunigungen oder den Ausrollverzögerungen - die Flugzeuge nur langsam auf den Pisten zu ihren Terminal-Positi­ onen bewegt. Das Problem einer Komfortbeeinträchtigung durch eisenbedingte Magnetfeldstörungen ist in der genannten Schrift nicht angesprochen und es werden dem Fachman auch keinerlei Anregungen in dieser Hinsicht vermittelt.

In der sich ebenfalls mit der induktiven Spurführung lenkbarer Fahrzeuge befassenden DE 24 45 001 C2 wird das Problem behan­ delt, daß durch Moniereisen, die in eine aus Eisenbeton beste­ hende Fahrbahn integriert sind, der Verlauf des spurbestimmen­ den Magnetwechselfeldes unkontrolliert verfälscht und das Fahrzeug diesem "Schlingerkurs" entsprechend geführt wird, was zumindest bei Fahrgeschwindigkeiten oberhalb etwa 30 km/h mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit mehr und mehr störend und im Bereich von 80 km/h unerträglich wird. Bei der bekannten An­ ordnung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß zwei Antennen- Kreuzspulen im Abstand vertikal übereinander fahrzeugseitig vorgesehen werden und mit beiden Antennensignalen jeweils für sich die Ist-Position des Fahrzeuges in Relation zum Magnet­ wechselfeld bestimmt wird. Für den Fall, daß die beiden Ergeb­ nisse unterschiedlich ausfallen sollten, kann dies nur auf ei­ ne örtlich störungsbedingte Unsymmetrie des Magnetwech­ selfeldes zurückzuführen sein. Aus der Differenz der Er­ gebnisse kann auch auf die tatsächliche Querposition des Fahrzeuges relativ zum spurbestimmenden Leiter geschlossen werden. Im Fall von festgestellten Störungen des Magnetwechselfeldes wird ersatzweise die solcherart ermittelte Ist-Position des Fahrzeuges für die Spurhaltung des Fahrzeuges weiterverarbei­ tet. Nachteilig ist, daß bei der Auswertung der beiden ver­ schiedenen Antennensignale der Differenzwert zweier Zwischen­ ergebnisse weiterverarbeitet wird, wobei beide Zwischenergeb­ nisse jeweils mit einer bestimmten Meßunsicherheit behaftet sind; die Differenz aus beiden ist in ihrem Absolutwert recht klein, hingegen addieren sich die Unsicherheiten dabei, so daß das Verhältnis von sicherem Nutzbetrag zu unsicherem Anteil am Meßergebnis recht klein ausfällt. Nachteilig an der bekannten Anordnung ist ferner der relativ hohe fahrzeugseitige Aufwand, der im Fall eines größeren Fuhrparkes spurführbarer Fahrzeuge recht beträchtlich werden kann. Auch im Fall von bestehenden Anlagen, bei denen, beispielsweise wegen Asphalt-Fahrbahnen oder tief unter der Oberfläche von Betonfahrbahnen liegender Moniereisen, das Problem der Magnetfeldstörungen bisher nicht auftrat und bei denen aufgrund nötig werdender Streckennetz- Erweiterungen diese Problem nachträglich auftritt, müßten we­ gen der Streckennetz-Erweiterungen alle Fahrzeuge des Fuhrpar­ kes in kostspieliger Weise nachgerüstet werden.

Für fahrerlose Transportsysteme mit induktiv entlang eines fahrbahnseitigen Magnetwechselfeldes spurführbaren Fahrzeugen sind Mehrleitersysteme bekannt, vgl. z. B. die DE 25 00 792 C2. Derartige Transportsysteme werden in Fabrikationshallen zur Automation des Materialflusses eingesetzt; deren Fahrzeuge fahren maximal mit Schrittgeschwindigkeit, also sehr langsam im Vergleich zu Fahrzeugen des straßengängigen Personen- oder Güterverkehrs. Etwaige Magnetfeldverzerrungen sind bei den ge­ ringen Fahrgeschwindigkeiten in keiner Weise störend und das Problem eines Ausgleiches derartiger Magnetfeldverzerrungen besteht dort überhaupt nicht. Bei dem vorbekannten Mehrleiter­ system sind die einzelnen Leiter in sehr geringem gegenseiti­ gen Abstand angeordnet und beispielsweise durch ein zweiadriges flachbandiges Radio-Antennenkabel darstellbar; außerdem können die Leiter des Leiter-Paares wahlweise horizontal ne­ beneinander oder auch vertikal übereinander angeordnet sein. Die bekannte Mehrfachanordnung von Bodenleitern ist dazu vor­ gesehen, die Fahrzeuge im Bereich von Fahrbahnverzweigungen bzw. -vereinigungen sicher leiten zu können, ohne daß aufwen­ dige Sonderanordnungen von Zusatzleitern in diesen Bereichen oder Zu- oder Abschaltungen längerer, impedanzverändernder Äste von spurgebenden Leitern erforderlich werden. Die beiden Leiter verlaufen im Verzweigungsbereich nicht parallel zuein­ ander, sondern teilen sich entsprechend dem gewünschten Ver­ lauf der sich teilenden Fahrspuren; anschließend "gesellt" sich dann jeweils ein woanders her kommender, einzelner Leiter mit dem einzeln weiter laufenden Leiter zu einem neuen Leiter- Paar, welches dann dem gewünschten Verlauf der neuen Fahrspur folgt. Die Leiter sind deratig in einem mit Fahrbahnverzwei­ gungen bzw. -vereinigungen versehen Netz von Fahrspuren ange­ ordnet, daß sich keine Leiter-Überkreuzungen ergeben und daß im gesamten Netz ein einziger durchgehender Leiter vorhanden ist, der sämtliche Fahrspuren zweimal - wenn auch auf unter­ schiedlichen Wegen - durchläuft. An den zugehörigen, vorbe­ kannten Fahrzeugen sind keine Kreuzspulen als Antennen, son­ dern drei nebeneinander liegende, vertikal ausgerichtete An­ tennen-Spulen angeordnet, von denen immer nur zwei benachbarte Spulen gemeinsam aktiv sind, also die mittlere und die rechte Spule oder die mittlere und die linke Spule. Die beiden je­ weils aktiven Spulen tasten gemeinsam im wesentlichen das Ma­ gnetwechselfeld nur eines einzigen Leiters von dem Leiter-Paar ab; es ist also jeweils nur einer der beiden Leiter bzw. nur eines der beiden Magnetfelder spurgebend wirksam. Nur im Fall einer gewünschten Spuränderung an einer Verzweigung wird durch Umschaltung auf ein anderes Antennen-Spulenpaar auf den ande­ ren Leiter gewechselt und es ist von dann ab dieser andere Leiter und das ihn umgebende Magnetwechselfeld spurbestimmend. Wegen des geringen Abstandes der fahrbahnseitigen Leiter, we­ gen des nicht durchgängig parallelen Verlaufes der Leiter und aufgrund der andersartigen Ausbildung und Anordnung der fahr­ zeugseitigen Antennenspulen ist keine Verbesserung etwaiger störungsbedingter Magnetfeldverzerrungen in der vorbekannten Anlage zu erwarten, zumal derartige Magnetfeldverzerrungen dort ohnehin nicht problematisch sind.

Die DE 25 02 405 A1 beschreibt ein induktives Fahrzeugleitsy­ stem für gleisunabhängige, mit lenkbaren Rädern versehene Fahrzeuge, insbesondere Traktoren. Und zwar befaßt sich diese Schrift mit der Problematik einer selbsttätigen Spurhaltung bei der Feldbestellung und einer leichten Lageveränderbarkeit der Arbeits-Sollspur um einen beliebig großen Betrag. Zu die­ sem Zweck sind mindestens zwei parallele, von einem Wechsel­ strom durchflossene Leitkabel in oder unter der Fahrbahnebene, d. h. dem zu bearbeitenden Acker, verlegt, und zwar vorzugswei­ se beiderseits längs des Ackers. Der Querabstand der beiden Leitkabel ist in jedem Fall um ein Vielfaches Größer als die Breite des Fahrzeuges. Die Leitkabel sind an einem Ende durch einen Generator gespeist und am anderen Ende geerdet; statt­ dessen kann auch ein gemeinsamer Rückleiter verwendet werden. In jedem Fall sind die Leitkabel vom Wechselstrom in der sel­ ben Richtung durchströmt. Fahrzeugseitig sind Antennenspulen und ein nachgeschalteter Verstärker angeordnet, die es gestat­ ten, die von den Leitkabeln ausgehenden magnetischen Felder ihrem Betrag und/oder ihren einzelnen Komponenten nach zu mes­ sen. Die Höhe der Antennenspulen oberhalb des Untergrundes ist vernachlässigbar gering gegenüber dem sehr großen Querab­ stand der Leitkabel, so daß die Magnetfeldstärke praktisch in der gleichen Ebene wie die Leitkabel, d. h. stets zwischen den Leitkabeln, gemessen wird. Nachdem bei dieser Anordnung die Antennenspulen eine unterschiedliche Relativlage zu den ein­ zelnen Leitkabeln haben, nämlich bezüglich des einen Leitka­ bels links von ihm und bezüglich des anderen Leitkabels rechts von ihm, werden entgegengesetzte Vertikalkomponenten der Ma­ gnetfelder entlang einer Sollspur erfaßt. Durch entsprechen­ de, fahrzeugseitig eingeleitete Spurkorrektur werden die entgegegengesetzten Meßsignale nach dem Prinzip der Nullabglei­ ches zum Verschwinden gebracht und so das Fahrzeug auf Soll­ spur gehalten. Durch ein beliebig vorwählbares Verhältnis der Stromstärke oder der Frequenz in den beiden Leitkabeln kann die relative Lage der Sollspur zu den Leitkabeln stufenlos verändert werden. Durch die fahrzeugseitigen Antennenspulen wird stets der geometrische Ort zwischen den Leitkabeln er­ faßt, an dem die beiden interferierenden Magnetfelder in ihrer Stärke betragsmäßig gerade jeweils gleich groß sind. Es kann nach der Lehre der genannten Schrift sowohl die Stromstärke als auch die Frequenz zur Veränderung der Magnetfeldstärke um die Leitkabel herum herangezogen werden. Auf das Problem ei­ ner Magnetfeldstörung und einer dementsprechenden Störung der Spurtreue beim automatischen Lenken des Fahrzeuges geht diese Schrift nicht ein, weil sich dieses Problem bei der Feldbe­ stellung aus zweierlei Gründen überhaupt nicht stellt: zum ei­ nen sind in einem zu bestellenden Acker, einer Wiese o. dgl. keine magnetisch störenden Teile vorhanden und zum anderen würden derartige Teile, z. B. eine vergessene Hacke o. dgl., die Spur nur in einem ohne weiteres tolerierbaren Ausmaß stören; eine störungsbedingter Seitenversatz von wenigen Zentimetern würde weder das Arbeitsergebnis der Feldbestellung noch - - wegen der geringen Arbeitsgeschwindigkeit des Traktors - den Fahrkomfort auf ihm beeinträchtigen.

Die DE 26 08 008 A1 beschreibt ein weiteres induktives Fahr­ zeugleitsystem für gleisunabhängige, lenkbare Fahrzeuge, ins­ besondere Boote für Vergnügungsparks. Die spurbestimmenden, von Wechselstrom durchflossenen Leiter sind in einer Ebene un­ terhalb der Fahrzeuge, d. h. höhengleich unter Wasser verlegt. Es wird hier das Problem behandelt, daß die Boote je nach Be­ lastung durch Personen mehr oder weniger tief ins Wasser ein­ tauchen und demgemäß der vertikale Abstand der Antennenspulen zu den Leitern unterschiedlich groß ist und somit auch die An­ tennensignale unterschiedlich stark ausfallen; auch eine mehr oder weniger starke Verschmutzung des Wassers, insbesondere durch Metallfolien beeinflußt die Stärke der Antennensignale. Um von derartigen Amplituden-relevanten Störfaktoren unabhän­ gig zu werden, sind in dem dort beschriebenen Bootsleitsystem insgesamt vier spurbestimmende, von Wechselstrom durchflossene Leiter in einer Ebene unterhalb der Bootsspur verlegt, wobei jeweils zwei Leiter am Fahrspurende zu einer Leiterschleife verbunden sind und somit vom Wechselstrom in Gegenrichtung durchströmt werden. Die vier Leiter sind also paarweise in Leiterschleifen verlegt, die ihrerseits mit um 90° phasenver­ setzten Wechselströmen beaufschlagt sind. Die vier Leiter werden also mit gleichfrequenten, aber sich in ihrer Phasenla­ ge um jeweils 90° unterscheidenden Wechselströmen durchströmt, und zwar mit den Phasen 0°, 90°, 180° und 270°. Über die Quer­ position der einzelnen Leiter in Relation zur Sollspur des Fahrzeuges macht die Druckschrift keine näheren Angaben; es kann lediglich aufgrund der zeichnerischen Darstellung und aus dem Gesamtzusammenhang angenommen werden, daß die vier Leiter symmetrisch zur Sollspur verlegt sein sollen. Durch die auf dem Boot installierten Antennenspulen werden nun nicht die Amplituden der Magnetfeldstärken, sondern die Phasenlage er­ mittelt und für Zwecke der Spurführung des Bootes ausgewertet. Je nach größe und Richtung der Querabweichung der Antennenspu­ len von der Sollposition ergeben sich betrags- und richtungs­ mäßig unterschiedliche Phasensignale der Magnetfeldvektoren. Es geht hier lediglich um die Frage der Größe eines Nutzsigna­ les, nicht aber um die Frage der tatsächlichen Repräsentanz des Signales für einen Querlagenfehler des automatisch zu len­ kenden Fahrzeuges. Nachdem aufgrund des Fehlens von störenden Eisenteilen in der Nähe der spurbestimmenden Leiter derartige Störquellen in dem behandelten Anwendungsfall nicht anzunehmen sind, stellt sich bei dem bekannten automatischen Bootsleitsy­ stem nicht das Problem einer Magnetfeldstörung und einer dem­ entsprechenden Störung der Spurtreue beim automatischen Lenken des Bootes. Abgesehen davon würden etwaige darauf zurückzu­ führenden Störungen völlig von normalen wellenverursachten Schlinger- und Rollbewegungen des Bootes überlagert werden; die Störungen wären daher gar nicht wahrnehmbar.

Ausgehend von dem gewürdigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Anordnung zum induktiven Spurführen gleis­ unabhängiger Fahrzeuge des straßengängigen Personen- oder Gü­ terverkehrs dahingehend umzugestalten, daß im Fall von örtli­ chen fahrbahnseitigen Störungen des spurbestimmenden Magnet­ wechselfeldes aufwendige fahrzeugseitige Maßnahmen, insbeson­ dere Mehrfachanordnungen von Antennen-Kreuzspulen und geson­ derte Auswertungskanäle für jedes der Antennensignale zur Ega­ lisierung oder Kompensation des Einflusses der Magnetfeldstö­ rungen entbehrlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Mehrfachanordnung von Leitern, die in ihrem gegenseitigen Querabstand auf den Ab­ stand der Armierungseisen in bestimmter Weise abgestimmt sind, nimmt zwar das Magnetwechselfeld mit größer werdendem Abstand vom Leiter stärker ab als bei einem Mono-Leiter-System, jedoch nehmen auch die Störungen des Magnetfeldes beim Mehrleiter-Sy­ stem ebenfalls entsprechend stärker ab als beim Mono-Leiter- System. Und zwar nehmen beim Doppel-Leiter-System die Störun­ gen mit dem Quadrat, beim Drei-Leitersystem mit der dritten Potenz, beim Vier-Leiter-System mit der vierten Potenz u. s. w. des Abstandes vom Leiter ab. Ferner ist die Magnetwechselfeld- Komponente, die für die Spurführung verwendet wird, d. h. die Nutzfeldstärke des Magnetwechselfeldes, bei einer Mehrfachan­ ordnung von Leitern bei vergleichbaren Bedingungen etwa gleich groß wie bei einem Mono-Leiter-System. Dies bedeutet, daß fahrbahnbedingte Störeinflüsse auf das Magnetwechselfeld beim Mehrleitersystem radial beträchtlich weniger weit reichen als beim Mono-Leiter-System; beim Mehrleitersystem sind die Stö­ rungen viel stärker auf einen leiternahen Bereich lokalisiert als beim Mono-Leiter-System; im Abstand der fahrzeugseitigen Antennen-Kreuzspulen liegt trotz etwaiger fahrbahnseitiger Magnetfeldstörungen praktisch ein ungestörtes Magnetwechselfeld mit zügigem Spurverlauf vor. Die vorzugsweise zwei Leiter sollten einen gewissen Mindestabstand haben, dürfen aber auch nicht zu weit voneinander entfernt sein. Ist der gegenseitige Abstand der Leiter zu gering, so machen sich Höhenunterschiede der Leiter bereits auf die Querlage des Magnetwechselfeldes bemerkbar; außerdem sinkt bei sonst vergleichbaren Bedingungen mit geringer werdendem Querabstand der Leiter die Nutzfeld­ stärke. Wird der Querabstand der Leiter zu stark vergrößert, z. B. deutlich größer als der Vertikalabstand der fahrzeugsei­ tigen Antennen-Kreuzspulen oberhalb der Fahrbahn gemacht, so verringert sich die Steilheit der Kennlinie bei Querlagenab­ weichungen des Fahrzeuges gegenüber seiner Sollage auf der Fahrbahn. Bei dem angegebenen relativen Querabstand der Leiter von etwa 50 bis 100% der Höhe der fahrzeugseitigen Antennen- Kreuzspulen oberhalb der Fahrbahn liegen sowohl die Nutzfeld­ stärke als auch das Verhältnis von Störfeldstärke zu Kennlini­ ensteilheit nahe bei den theoretischen aber praktisch nicht erreichbaren Optimalwerten.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprü­ chen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 ein induktiv spurführbares Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit zwei Leitern, die ein spurgebendes Magnetwechselfeld aufbauen,

Fig. 2 in Diagrammform den Verlauf des horizontalen - volle Linie - und des vertikalen Anteils - strichliert - des Magnet­ wechselfeldes über der Breitenerstreckung der Fahrbahn nach Fig. 1 hinweg und

Fig. 3 den Querschnitt durch eine Fahrbahn mit drei in sie einge­ lassenen, spurgebenden Leitern.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Fahr­ zeug 1 gezeigt, welches mit einer induktiven Spurführung versehen ist und welches spurgeführt auf einer Fahrbahn 2 mit zwei in die Fahrbahnoberfläche eingelassenen Leitern 3 und 4 fahren kann. Das Fahrzeug 1 weist wie üblich lenkbare Fahrzeugräder 8 auf, die über ein nicht dargestelltes Handlenkrad manuell gelenkt werden können. Beim spurgeführten Betrieb übernimmt eine automatische Spurführungseinrichtung die Fahrzeuglenkung. Zu diesem Zweck sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in die spur­ gebende Fahrbahn 2 zwei Leiter 3 und 4 eingelassen, die in Gegen­ phase von einem Wechselstrom bei einer Frequenz von etwa 10 kHz durchflossen werden und die ein entsprechendes Magnetwechselfeld 5 aufbauen. Das fahrbahnseitige, spurbestimmende Element sind die beiden Leiter 3 und 4 bzw. das sie umgebende Magnetwechsel­ feld 5. Fahrzeugseitig wird dieses Magnetwechselfeld durch eine Antennen-Kreuzspule 9 mit einer vertikal ausgerichteten (10) und einer horizontal ausgerichteten Spule 11 erfaßt. Die Antennen- Kreuzspule 9 ist in einer definierten Höhenlage mit einem Abstand h oberhalb der Fahrbahnoberfläche im Fahrzeug angeordnet. Mit der Spule 10 wird die vertikale Magnetfeldkomponente H_y und mit der Spule 11 die Horizontalkomponente H_x des Magnetwechselfeldes 5 gemessen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl das fahrbahnseitige Leiterpaar 3 und 4 symmetrisch zur Fahrbahnmitte 15 als auch die fahrzeugseitige Antennen-Kreuzspule 9 in der Fahr­ zeugmitte angeordnet. Bei einem Seitenversatz des Fahrzeuges 1 gegenüber der Fahrbahnmitte 15 - Querlagenfehler f - mißt die horizontale Spule 11 einen bestimmten Anteil des Magnetwechselfel­ des, entsprechend dem Kennlinienverlauf der voll ausgezogenen Diagrammlinie H_x in Fig. 2. Durch Verhältnisbildung aus den Meß­ signalen der beiden Einzelspulen 10 und 11 mit der Horizontalkom­ ponente im Zähler und der Vertikalkomponente im Nenner bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Signalwert zur Verfügung gestellt werden, der nach Betrag und Richtung eine Soll/Ist-Abweichung der Querlage des Fahrzeuges gegenüber der Fahrbahnmitte repräsentiert. Mit diesem Wert der Soll/Ist-Abwei­ chung kann der Regler 6 angesteuert werden, welcher seinerseits die Lenkung 7 des Fahrzeuges beaufschlagt, durch welche die Fahr­ zeugräder 8 in eine solche Richtung eingeschlagen werden, daß die Soll/Ist-Abweichung der Querposition des Fahrzeuges wieder besei­ tigt und das Fahrzeug exakt in die Fahrbahnmitte 15 zurückgelenkt wird.

Dieses Prinzip der induktiven Spurführung straßengängiger Fahr­ zeuge ist - zumindest bei einem Mono-Leiter-System - bekannt, al­ lerdings störanfällig im Hinblick auf fahrbahninduzierte Magnet­ feldstörungen, die von in der Fahrbahn integrierten Armierungsei­ sen ausgehen können; auch auf der Fahrbahn aufliegende Eisenteile können einen zügigen Verlauf das Magnetwechselfeldes 5 stören.

Die Fahrbahn 2 ist aus eisenarmiertem Beton gebildet, wobei Ar­ mierungsmatten mit kreuzweise verlaufenden Armierungsstäben bzw. -drähten unterhalb der Fahrbahnoberfläche in den Beton eingebet­ tet sind. Die Armierungsmatten sind so in der Fahrbahn angeord­ net, daß die eine Schar von Armierungseisen 18 bzw. 18' parallel zur Fahrbahnlängsrichtung liegt. Fertigungsbedingt und auch zum Ausgleich von temperaturbedingten Dehnungen wird die Fahrbahn in einzelnen aneinanderstoßenden Platten hergestellt, wobei in re­ gelmäßigen Abständen quer zur Fahrbahn verlaufende Dehnungsfugen angeordnet sind, an denen auch die Eisenarmierung unterbrochen ist. Die den einzelnen Fahrbahnplatten zugeordneten Armierungs­ matten können an den Stoßstellen gegenseitig einen Querversatz - Maß v - aufweisen, wobei dieses Maß von den längsverlaufenden Armierungseisen 18 der einen Platte zu den Armierungseisen 18' der anderen Platte gemessen ist. Von den Armierungen und auch von den Stoßstellen gehen - wie gesagt - Störungen bezüglich eines spurtreuen Verlaufes des Magnetwechselfeldes 5 aus.

Um die fahrbahninduzierten, festliegenden Störungen in ihrem schädlichen Einfluß zu beseitigen oder auf ohne weiteres tolerier­ bare Reststörungen zu reduzieren, sind bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel der Erfindung zwei Leiter 3 und 4 höhengleich nebeneinander in einem Querabstand a von etwa 50 bis 100% der Höhenlage der Antennen-Kreuzspule 9 in die Fahrbahn eingelassen. Die beiden benachbart liegenden Leiter 3 und 4 sind vom Wechselstrom in Gegenphase durchströmt und die Antennen-Kreuz spule 9 ist oberhalb der Mitte zwischen den beiden Leitern ange­ ordnet und in der bereits oben erwähnten Weise auf das Magnetwech­ selfeld ausgerichtet. Die Leiter sollten einen gewissen Mindest­ abstand haben, der in der Größenordnung bevorzugt etwa 50 bis 100 % der Höhe h der fahrzeugseitigen Antennen-Kreuzspulen 9 oberhalb der Fahrbahn 2 betragen soll, wobei hier eine möglichst hohe Nutz­ feldstärke einerseits und ein günstiges Verhältnis von Störfeld­ stärke zu Kennliniensteilheit andererseits maßgebende sind. Nach­ dem der Höhenabstand h der Antennen-Kreuzspule 9 oberhalb der Fahrbahn bei größeren Fahrzeugen etwa 40 cm entspricht, kann der Querabstand der beiden Leiter 3 und 4 demgemäß in den Grenzen zwischen 20 und 40 cm gewählt werden. Aufgrund der Doppelanord­ nung der Leiter und eines entsprechend ausgebildeten Magnetwech­ selfeldes 5 sind fahrbahninduzierte Störungen des Magnetwechsel­ feldes auf einen fahrbahnnah liegenden Bereich beschränkt und wirken sich bis in die Höhe der fahrzeugseitigen Antennen-Kreuz­ spule kaum mehr aus.

Um durch einen Querversatz v der Armierungseisen 18 bzw. 18' in den Armierungsmatten 17 der Fahrbahn 2 nicht eine Störung im Spur­ verlauf des Magnetwechselfeldes 5 hervorzurufen, sollen alle Lei­ ter stets gleich weit von den in Fahrbahnlängsrichtung verlaufen­ den Armierungseisen 18 bzw. 18' beabstandet sein. Unter der meist gegebenen Voraussetzung, daß die Armierungsmatten 17 der Fahrbahn alle mit in einem bestimmten, regelmäßigem Querabstand t in Fahr­ bahnlängsrichtung verlaufen, ist diese Forderung in praktisch einfacher Weise dadurch realisiert, daß der Querabstand a der spurbestimmenden Leiter einem ganzzahligen Vielfachen, beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel dem Zweifachen des Querabstandes t der Armierungseisen 18 bzw. 18' entspricht. Dadurch sind die Lei­ ter 3 bzw 4 - unabhängig von der Querposition der Armierungsmat­ ten 17 bzw. der längsverlaufenden Armierungseisen 18, 18' in Re­ lation zur Fahrbahnmitte 15 - stets untereinander gleich weit von dem jeweils nächstgelegenen Armierungseisen 18 bzw. 18' entfernt. Die Störung der Symmetrie des Magnetwechselfeldes 5 - auf diese kommt es bei der Spurführung an - fällt dadurch sehr gering aus, geringer als bei allen anderen praktisch, d. h. mit einem vertret­ baren Fertigungsaufwand realisierbaren Verlegungsmöglichkeiten der Leiter 3 und 4. Wichtig ist natürlich, daß auch bei einer längeren Betonfahrbahn die in Fahrbahnlängsrichtung verlaufenden Armierungseisen 18, 18' entlang der gesamten Längserstreckung der Spurführung einen bestimmten, gleichbleibenden Querabstand t auf­ weisen, wobei an quer verlaufenden Dehnungsfugen der Fahrbahn oh­ ne weiteres ein gewisser Querversatz v der Armierungsmatten 17 zugelassen werden kann. Die gesamte Spurführungsstrecke muß also unter Verwendung von Armierungsmatten 17 mit einheitlichem Quer­ abstand t der Längsverlaufenden Armierungseisen 18, 18' gefertigt werden. Allerdings können gewisse Abweichungen zwischen dem Quer­ abstand a der Leiter 3 und 4 einerseits und einem ganzzahligen Vielfachen des Querabstandes, d. h. dem Teilungsmaß t der Armie­ rungseisen 18 bzw. 18' andererseits ohne nennenswerte Einbuße an Spurtreue des Magnetwechselfeldes zugelassen werden, wobei jedoch diese Abweichung 20% des Teilungsmaßes t der Armierungsmatten, vorzugsweise 10% nicht übersteigen sollte, damit der damit be­ absichtigte Effekt hinreichend zum tragen kommt. Nachdem dieses Teilungsmaß t häufig 15 cm beträgt, wäre also der Querabstand a der beiden Leiter 3 und 4 bevorzugt zu 30 ± 1,5 cm, d. h. zwischen 28,5 und 31,5 cm zu wählen. Umgekehrt können bei Verlegung der Leiter mit exakt 30 cm und einem Nenn-Teilungsmaß der Armierungsmatten von 15 cm daran Teilungsfehler von ±10%, d. h. von ±1,5 cm zugelassen werden.

Im Zusammenhang mit der Doppelverlegung von spurbestimmenden Lei­ tern sei von einer Vergleichsmessung an einem Mono-Leitersystem einerseits und einem Zweileitersystem andererseits berichtet. Dabei wurden die jeweiligen Magnetwechselfelder durch Auflegen einer Baustahlmatte bewußt verfälscht. Die Vermessung ergab eine Reduzierung der Störung von 15 cm Seitenversatz des Magnetwech­ selfeldes im Fall des Mono-Leitersystems auf 2 cm Seitenversatz beim Zweileitersystem.

Bei einer praktischen Ausführung einer spurgeführten Strecke wird man selbstverständlich die Leiter in eine enge Nut 16 einlassen, die in die Fahrbahnoberfläche mit einer schnellrotierenden Trenn­ scheibe eingeschliffen oder eingefräßt ist. Der Umstand, daß bei der Erfindung mindestens zwei parallel nebeneinander verlaufende Nuten 16 in die Fahrbahnoberfläche eingefräst werden müssen und auch entsprechend zwei Leiter 3 und 4 darin eingebracht werden müssen, stellt in Wahrheit einen nur sehr geringen und ohne wei­ teres vertretbaren Mehraufwand gegenüber einer Mono-Leiter-Aus­ führung dar. Sowohl das Fräsen der Nuten als auch das Auslegen der Leiter kann für beide Rillen simultan durch eine Doppelanord­ nung von Schleifscheiben bzw. Kabelverlegeeinrichtung erfolgen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß auch durch einen gezielt ungeradlinigen Verlauf der zu fräsenden Nuten fahrbahn­ induzierte Störeinflüsse auf das Magnetwechselfeld kompensiert werden können. Zu diesem Zweck müssen die fahrbahninduzierten Störeinflüsse zunächst örtlich erfaßt und quantifiziert und in eine Korrekturbahn umgerechnet werden, die in einem Datensatz niedergelegt werden kann. Aus diesem Korrekturdatensatz kann dann der Verlauf der Nuten 16 für eine Nutenfräsmaschine abgerufen und diese entsprechend gesteuert werden. Nachdem jedoch nur relativ große Krümmungsradien mit derartigen Fräsmaschinen gefräst werden können, können nur sanfte Störungen auf diese Weise voll ausge­ glichen werden. Leider ist es jedoch so, daß die Magnetfeldstö­ rungen häufig sehr plötzlich, d. h. mit örtlich starkem Gradienten auftreten. Und zwar sind solche Störungen an den Stoßstellen von Fahrbahnplatten zu beobachten; an den Rändern der Fahrbahnplatten kommt es zu Unterbrechungen der Eisenarmierungen. Diese steil einsetzenden und rasch wieder verschwindenden Störungen können auf erträgliches Maß nur nach der erfindungsgemäßen Methode aus­ geglichen werden.

Die Darstellung nach Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit auf, wie mit drei in die Fahrbahn 2' eingelassenen Leitern 12, 13, 14 ein spur­ gebendes Magnetwechselfeld 5' erzeugt werden kann. Dieses Dreilei­ tersystem hat gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Zweileiter­ system den Vorteil, daß fahrbahninduzierte Magnetfeldstörungen mit zunehmendem Abstand von der Fahrbahn noch rascher abklingen als beim Zweileitersystem. Auch hier sind jeweils unmittelbar benachbart liegende Leiter von Wechselstrom in Gegenphase durch­ strömt. Außerdem ist der mittlere Leiter 13 von einem höheren Strom durchströmt als die beiden randseitig liegenden Leiter 12 und 14. Die drei Leiter 12, 13 und 14 sind äquidistant mit unter­ einander gleichen Querabstand a in die Fahrbahn eingelassen. Die fahrzeugseitig angeordnete Antennen-Kreuzspule, die in Fig. 3 jedoch nicht dargestellt ist, muß bei richtiger Querposition des Fahrzeuges oberhalb des mittleren Leiters 13 liegen. Außerdem sind die einzelnen Spulen der Antennen-Kreuzspule so geschaltet, daß hier die Vertikalkomponente H_y der Feldstärke H des Magnet­ wechselfeldes 5' bei richtiger Querposition des Fahrzeuges rela­ tiv zur Fahrbahnmitte zu Null wird. Es sind hier also lediglich die Anschlüsse der Antennen-Kreuzspule gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 zu vertauschen. Der höhere Aufwand von drei Leitern nach Fig. 3 ist dann gerechtfertigt, wenn die fahrbahninduzierten Störungen so stark sind, daß ein Zweileitersystem diese Stö­ rungen nicht auf ein erträgliches Maß zu reduzieren vermag. Abgesehen von dem höheren Investitionsaufwand von drei Nuten 16 und drei Leitern 12, 13 und 14 sowie der erforderlichen Verlegungsarbeit, ist vor allem auch ein erhöhter Betriebsaufwand in Form von er­ höhtem Strom- bzw. Leistungsbedarf erforderlich. Deswegen wird man diesen erhöhten Bedarf nur dort einsetzen, wo es aufgrund der starken fahrbahndinduzierten Störungen unbedingt nötig erscheint.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß nach dieser Me­ thode auch Vier-, Fünf- oder noch höherzahlige Mehrleitersysteme darstellbar sind, wobei mit zunehmender Anzahl von Leitern der Einfluß fahrbahninduzierter Störungen immer besser ausgeglichen werden kann. Und zwar klingen Störungen beim Dreileitersystem mit der dritten Potenz des Abstandes vom Leiter ab, beim Vierleiter­ system mit der vierten Potenz, beim Fünfleitersystem mit der fünf­ ten Potenz usw. Nur beiläufig sei erwähnt, daß selbstverständlich sowohl der Investitionsaufwand als auch der Betriebskostenaufwand bei dem vielzahligen Mehrleitersystemen entsprechend höher ist. Die optimale Verteilung der Stromstärke auf die verschiedenen Leiter von vielzahligen Mehrleitersystemen ist in Anspruch 8 er­ wähnt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die dort genannten Verhältniszahlen den Binominalkoeffizienten aus dem sogenannten Pasqual'schen Zahlendreieck entsprechen. Unter den genannten Bedingungen der Verteilung der Ströme auf die ein­ zelnen Leiter sollte auch bei vielzahligen Mehrleitersystemen darauf geachtet werden, daß die einzelnen Leiter äquidistant ne­ beneinander angeordnet sind. Außerdem müssen benachbart liegende Leiter vom Wechselstrom jeweils in Gegenphase durchströmt werden. Bei geradzahligen Mehrleitersystemen ist die fahrzeugseitige An­ tennen-Kreuzspule nach dem Vorbild von Fig. 1 angeordnet und in bezug auf das Magnetwechselfeld ausgerichtet, wogegen bei ungerad­ zahligen Mehrleitersystemen die Kreuzspule so angeordnet und geschaltet ist, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Mit Rücksicht auf den sehr guten "Reinigungs-"Effekt der mit einem Spurführungssystem mit "nur" drei Leitern erzielt wer­ den kann, erscheinen höherzahlige Mehrleitersysteme aus den der­ zeit vorliegenden Erfahrungen eher theoretischer Art.

Claims (7)

1. Anordnung zum induktiven Spurführen gleisunabhängiger, mit lenkbaren Fahrzeugrädern (8) versehener Fahrzeuge (1) des straßengängigen Personen- oder Güterverkehrs auf einer Fahr­ bahn (2),
mit mehreren fahrbahnverlegten, durchgehend parallel zuein­ ander verlaufenden, spurbestimmenden, von Wechselstrom durchflossenen und einem magnetischen Wechselfeld (H) umge­ benen Leitern (3, 4 bzw. 12, 13, 14),
ferner mit die Ist-Position des Fahrzeuges (1) in Querrich­ tung relativ zum magnetischen Wechselfeld (H) laufend er­ fassenden Antennen-Kreuzspulen (9) mit mindestens einer die horizontale (H_x) und mindestens einer die vertikale Magnet­ feldkomponente (H_y) erfassenden Spule (10, 11), die in de­ finiertem Abstand (h) oberhalb der Fahrbahn (2) fahrzeug­ seitig angeordnet sind,
die Leiter (3, 4 bzw. 12, 13, 14) sind höhengleich neben­ einander und in einem Querabstand (a) von 5 bis 200%, vor­ zugsweise etwa 50 bis 100% der Höhenlage (h) der fahr­ zeugseitigen Antennen-Kreuzspulen (9) angeordnet,
sowie mit ebenfalls fahrzeugseitig angordneten Mitteln (6, 7) zum Umsetzen einer festgestellten Soll/Ist-Abweichung (f) der Quer-Position des Fahrzeuges (1) relativ zum fahr­ bahnseitigen Wechselfeld (H) in einen die Querlagen-Abwei­ chung beseitigenden Lenkbefehl für die lenkbaren Fahrzeug­ räder (8),
bei einer eisen-armierten Betonfahrbahn (2, 2') mit in ei­ nem bestimmten, regelmäßigem Querabstand (t) in Fahrbahnlängsrichtung verlaufenden Armierungseisen (18, 18') weisen die spurbestimmenden Leiter einen Querabstand (a) auf, der einem ganzzahligen Vielfachen, vorzugsweise dem Zweifachen des Querabstandes (t) der Armierungseisen (18, 18') mit ei­ ner Genauigkeit von ±20%, vorzugsweise weniger als ±10% des regelmäßigen Querabstandes (t) der Armierungseisen (18, 18'), entspricht,
benachbart liegende Leiter (3, 4 bzw. 12, 13, 14) werden vom Wechselstrom in Gegenphase durchströmt und im Fall von mehr als zwei Leitern werden die Leiter (13), die näher zur Mitte (15) hin liegen, von einem höheren Strom durchströmt, als näher am Rand liegende Leiter (12 und 13),
bei einer geraden Anzahl von Leitern sind die Antennen- Kreuzspulen (9) oberhalb des zwischen zwei Leitern (3 und 4), vorzugsweise zwischen den beiden mittleren Leitern sich ausbildenden Teiles des Magnetwechselfeldes (5) fahrzeug­ seitig angeordnet und auf diesen Teil derart ausgerichtet, daß die Horizontalkomponente (H_x) der Feldstärke (H) des Magnetwechselfeldes (5) bei richtiger Querposition des Fahrzeuges (1) relativ zur Fahrbahnmitte (15) zu Null wird,
bei einer ungeraden Anzahl von Leitern sind die Antennen- Kreuzspulen (9) oberhalb eines zwischen zwei Leitern (12 und 14) sich befindenden Leiters (13), vorzugsweise ober­ halb des mittleren Leiters, fahrzeugseitig angeordnet und auf diesen Teil des Magnetwechselfeldes (5') derart ausge­ richtet, daß die Vertikalkomponente (H_y) der Feldstärke (H) des Magnetwechselfeldes (5') bei richtiger Querposition des Fahrzeuges (1) relativ zur Fahrbahnmitte (15) zu Null wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Abstand (a) der Leiter (3, 4 bzw. 12, 13, 14) etwa 2 bis 80 cm, vorzugsweise etwa 20 bis 40 cm beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer eisen-armierten Betonfahrbahn (2, 2') die in Fahrbahnlängsrichtung verlaufenden Armierungseisen (18, 18') - ungeachtet eines etwaigen Querversatzes der Armierungsmatten (17) an quer verlaufenden Dehnungsfugen der Fahrbahn (2, 2') - entlang der gesamten Längserstreckung der durch die Leiter (3, 4; 12, 13, 14) bewirkten Spurführung einen bestimmten, gleich­ bleibenden Querabstand (t) aufweisen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Leiter (3, 4 bzw. 12, 13, 14) jeweils in eine in die Fahrbahnoberfläche (2) eingeschliffene oder -gefräste Nut (16) eingelassen ist und daß die Nuten (16) in Abhängigkeit von den örtlich gegebenen, fahrbahnseitig verursachten und zu­ vor meßtechnisch entlang der gesamten Strecke erfaßten Störun­ gen des Magnetwechselfeldes (5, 5') - abweichend vom geradli­ nigen Verlauf - in einer die störungsbedingten Magnetfeldver­ zerrungen kompensierenden Weise verlaufen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Leiter (12, 13, 14) nur auf einem solchen Teilbereich der spurgebenden Fahrbahn (2) verlegt sind, in dem das Magnetwechselfeld (5, 5') besonders stark gestört ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von mehr als zwei parallel zueinander verlaufenden Leitern (12, 13, 14) diese äqidistant zueinander (Abstand a) angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von mehr als zwei Leitern die den einzelnen Lei­ tern (12, 13, 14) zugeordneten Ströme - vom einen äußersten bis zum anderen äußersten Leiter fortschreitend - sich etwa wertmäßig zueinander verhalten wie die in den folgenden Reihen angegeben Zahlen:
bei drei Leitern wie 1 : 2 : 1,
bei vier Leitern wie 1 : 3 : 3 : 1,
bei fünf Leitern wie 1 : 4 : 6 : 4 : 1,
bei sechs Leitern wie 1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1,
bei sieben Leitern wie 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1,
bei acht Leitern wie 1 : 7 : 21 : 35 : 35 : 21 : 7 : 1 oder
bei neun Leitern wie 1 : 8 : 28 : 56 : 70 : 56 : 28 : 8 : 1.