DE2258764B2 - Automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge - Google Patents

Description

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Aus »Industrie-Anzeiger, Essen«, 1960, Nr. 51, S. 801 und 802, ist ein automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem am Fahrzeug ein Sucherkopf angebracht ist, der die Fahrbahn quer zur Fahrtrichtung tastet und entsprechend einem auf der Fahrbahn vorgesehenen Leitstreifen auf die Lenkung des Fahrzeugs einwirkt. Außer diesem tastenden Sucherkopf sind bei dem bekannten System Fotoköpfe zum Steuern einer Programmiereinrichtung angeordnet, die mit neben dem Leitstreifen auf der Fahrbahn angebrachten Signalstreifen zusammenwirken. Diese Programmiereinrichtung dient dazu, in Abhängigkeit von den zusätzlichen Signalstreifen Warnsignale zu erzeugen, jeweils eine bestimmte Bahn zu wählen sowie das Fahrzeug an bestimmten Stellen zum Anhalten zu bringen.

Ein weiteres ähnliches System ist aus der USA.-Patentschrift 20 74 251 bekannt, bei dem eine an der Unterseite jedes Fahrzeugs angebrachte Detektoranordnung aus fotoelektrischen Zellen mit einem an der Fahrbahn vorgesehenen Leitstreifen zusammenarbeitet und Signale zur Beeinflussung der Lenkung erzeugt, während eine weitere Detektoreinrichtung mit gegebenenfalls neben dem Leitstreifen auf der Fahrbahn vorgesehenen Signalstreifen zusammenarbeitet, um an bestimmten Stellen Warnsignale auszulösen.

Die beiden obenerwähnten bekannten Systeme sind insofern einander ähnlich, als sie zwei getrennte Detektorsysteme benötigen, die mit zwei getrennten Streifenanordnungen auf der Fahrbahn arbeiten, um einerseits die Lenkung des Fahrzeugs und andererseits die Fahrtbedingungen, wie etwa Fahrt oder Halt, rechts oder links an Abzweigungen, gegebenenfalls auch Langsam- oder Schnellfahrt, zu steuern. Bei derartigem System bestehen zwei grundsätzliche Schwierigkeiten Zum einen ist es erforderlich, daß die Detektoreinrichtung für die Signalgabe über einen erheblichen Teil der Fahrzeugbreitc verlauft. Ist sie in Richtung qner zum Fahrzeug zu kurz, so besteht die Gefahr, daß gegebenenfalls vorhandene Signalstreifen nicht wahrgenommen werden, weil das Fahrzeug der Leitlinie nicht immer genau folgt. Je nach dem Ansprechverhalten des Lenksystems führt nämlich das Fahrzeug mindestens zeitweise mehr oder weniger starke Oszillationen gegenüber der Leitlinie aus. Somit ergibt sich, daß die mit den Signalstreifen zusammenarbeitende zusätzliche Detektoreinrichtung für die Programmsteuerung den gleichen Aufwand erfordert wie die mit dem Leitstreifen zusammenwirkende Detektoreinrichtung für das Lenksystem. Zum anderen besteht die Schwierigkeit, daß die Detektoreinrichtung für das Lenksystem möglicherweise Reflexionen %'on den SignaJstreifen und umgekehrt die Detektoreinrichtung für die Programmsteuerung Reflexionen von dem nur für die Lenkung vorgesehenen Leitstreifen empfangen. Wegen der erwähnten Oszillationsneigung des Fahrzeugs läßt sich diese Gefahr nicht ausschließen. Infolgedessen ist es erforderlich, daß die beiden Streifenanordnungen und Detektoreinrichtungen mit unterschiedlichen Merkmalen, etwa mit verschiedenen Farben, arbeiten müssen, was den Aufwand des gesamten Systems weiter erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge zu schaffen, das mit einem einzigen Detektorsystem auskommt und trotzdem einerseits eine sichere Lenkung und andererseits eine programmgemäße Fahrtsteuerung gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Hauptanspruchs. Danach werden die von der Detektoreinrichtung aufgenommenen Lichtsignale nicht direkt dem Lenksystem zugeführt, sondern durch eine logische Schaltung geleitet, die stets sämtliche Ausgangssignale der einzelnen lichtempfindlichen Elemente berücksichtigt und aus deren Korrelation sowohl auf die Lenkung als auch auf die Programmsteuerung einwirkt. Das erfindungsgemäße System kommt also mit einem einzigen Detektorsystem pro Fahrzeug aus, wobei auf der Fahrbahn ein Leit- und Sleuerstreifen erforderlich ist, der sich nur in einem einzigen Merkmal, nämlich etwa im Reflexionsvermögen, von der Fahrbahn unterscheidet.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert; in den Zeichnungen zeigen

Fig. la und I b eine Seitenansicht und eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen automatischen Lenk- und Steuersystems für Fahrzeuge,

F i g. 2 einen Detektor, wie er in der Ausführungsform nach F i g. 1 a und 1 b verwendet wird,

F i g. 3 und 4 eine Steuerschaltung zum Lenken des Fahrzeugs,

Fig. 5 ein Diagramm der Arbeitskennlinie der Steuerschaltung nach F i g. 3 und 4 und

F i g. 6 bis 9 schematische Darstellungen zur Erläuterung der verschiedenen Betriebsarten des Fahrzeugs gemäß der Erfindung.

In Fi g. 1 3 und 1 b ist mit 1 ein Lastfahrzeug bezeichnet, das auf zwei Vorderrädern 3, 3' und zwei Hinterrädern 5, 5' läuft. Zur vereinfachten Darstellung ist die Aufhängung der Räder am Fahrzeug weggelassen. Die Vorderräder 3, 3' sind lenkbar, während

die Hinterräder 5, 5' Antriebsräder sind. Die Räder 3, 3' werden von einem Lenkmotor 7 über einen Lenkmechanismus gesteuert, der ein Lenkgetriebe 9 umfaßt. Die Räder 5, 5' werden von einem Antriebsmotor 11 über ein Differentialgetriebe 13 angetrieben. Der Lenkmotor 7, der Antriebsmotor 11 sowie die im folgenden beschriebenen verschiedenen Steuerschaltungen werden von einer Batterie 15 mit elektrischer Er)'*^rgie gespeist. An der Unterseite des Fahrzeugs 1 ist eine Lichtquelle 17 montiert, die Licht strahlenförmig aussendet. In ähnlicher Weise ist an der Fahrzeugunterseite ein Lichtempfänger oder -detektor 19 au einer Stelle montiert, an der die von der Lichtquelle 17 ausgehenden Lichtstrahlen nach Reflexion durch eine Fläche einer Fahrbahn auftreffen.

In Fig. 2 ist die Anordnung der einzelnen Elemente Dl bis D 7 (von links nach rechts numeriert) gezeigt. Für diese Elemente können CdS-Zellen, Fototransistoren, Fotodioden u. dgl. verwendet werden. Gemäß Fig. la ist jedes Element mit einer Haube 21 versehen, die lang genug ist, um zu verhindern, daß die Elemente einander stören oder beeinflussen, und um dadurch zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Mit 22 ist ein Steuergerät bezeichnet, dessen innerer Aufbau im folgenden beschrieben werden soll; die Funktion des Steuergeräts 22 besteht darin, die Richtung des Fahrzeugs zu bestimmen sowie den Lenkmotor 7 und den Antriebsmotor 11 zu steuern.

Mit 23 ist ein Leitstreifen bezeichnet, der aus einer mit weißer Farbe od. dgl. aufgemalten Linie, einem weißen Klebstreifen, einem Aluminium-Klebstreifen od. dgl. besteht. Verschiedene von den Erfindern durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse mit Aluminiumstreifen erzielt werden. Bei dieser Anordnung erzeugen nur diejenigen der Elemente D1 bis D7 Signale /,, Z₂... i₇, die das von dem Leitstreifen 23 reflektierte Licht empfangen.

Im folgenden sollen Einzelheiten des Steuergeräts 22 erläutert werden. Gemäß F i g. 3 erzeugt der Detektor 19 die obengenannten Signale /., /₂. .. ι.. Diese Signale gelangen an einen Signal-Diskriminator 25, der gemäß der jeweils gegebenen Kombination der Signale I₁ . . . i₇ unterschiedliche Steuersignale P₁, P₀, P₃, P₅, P₀, P₇, P_p, P_s bzw. P₇- erzeugt. Die Signale P₁ bis P₃ und P₅ bis P₇ sind Signale, die verschiedenen Lenkeinschlag-Winkeln entsprechen. Das Signal P_v veranlaßt das Fahrzeug 1, einen nachfolgenden Abschnitt, etwa einen Arbeitsplatz od. dgl., zu passieren. Die beiden Signale P₅ und P₇ sind Haltesignale, wobei das erstere für Nothalt und das letztere für vorübergehenden Halt benutzt werden. Ein Signal i_d aus einer Folgesteuerung 27 stellt Richtung-Wählsignale i_R und i_L dar. Die Folgesteuerung 27 liefert im voraus ein Programm für den Fahrzeugbetrieb.

In dem Diskriminator 25 wird folgende logische Entscheidung durchgeführt:

Pj = Ci₁J₇. ...1, ,.//Ij.,. ...I_n)

■*- <V':· ■ ■ ■ ', ι 'r'jHi-V: · ■ ■ '"'

P₁, =

P₇- =

I_n).

In den obigen Booleschen Gleichungen ist das Subskript η für den in F i g. 3 gezeigten Fall gleich 7. Bekanntlich lassen sich diese Booleschen Gleichungen leicht in einer wirklichen Schaltung verkörpere. Jedes der Signale P₁, das sich aus den Booleschen Gleichungen ergibt, wird dem entsprechenden Relais 31 bis 37 zugeführt. Diese Relais 31 bis 37 arbeiten auf die Kontakte C₁ bis C₇ nach F i g. 4.

Das Signal P₇- (vorübergehender Halt) wird von

ίο einem Zähler 29 jeweils gezählt, wodurch die tatsächliche Lage des Fahrzeugs ermittelt wird. Das Signa! P₇ dient nämlich außer als Signal zum vorübergehenden Anhalten des Fahrzeugs auch als Stellungs-Erkennungssignal. Dieser Fall sei beispielsweise folgendermaßen betrachtet. Die Fahrbahn, d. h. der Leitstreifen, ist in eine Vielzahl von gedachten Arbeitsabschnitten unterteilt, so daß man einzelne Abschnitte der Fahrbahn bzw. einzelne Arbeitspunkte erhält. Am Anfangspunkt jedes Abschnitts ist an dem Leitstreifen eine Lichtreflektormarke vorgesehen, die bei Erkennung durch den Detektor anzeigt, daß das Fahrzeug jeweils den nächsten Abschnitt erreicht hat. Durch Zählen der von diesen Marken reflektierten Signale ist es daher möglich, daß das Fahrzeug seine Stellung erkennt.

In Abhängigkeit vom Inhalt des Zählers 29 erzeugt die Folgesteuerung 27 das programmierte Signal i_d, das den jeweiligen Arbeitsvorgang in diesem Abschnitt steuert, etwa Anhalten zum Beladen/Entladen, Rechts- oder Linksfahrt an einer Verzweigung, Passieren des Abschnitts od. dgl.

Falls das Signal P₇ (vorübergehender Halt) die obenerwähnten beiden Funktionen des Haltes und gleichzeitig der weiteren Betriebsart hat, muß das Fahrzeug bei Erreichen jedes Abschnitts anhalten. Um einen solchen Betrieb zu vermeiden, muß ein Signal zur Ermittlung der Fahrzeugposition getrennt von dem Signal für vorübergehenden Halt erzeugt werden; im übrigen sind die einzelnen Vorgänge zur Erfüllung des obigen Zwecks für den Fachmann leicht ersichtlich.

In F i g. 4 ist nochmals der in Fig. 1 gezeigte Lenkmotor 7 dargestellt, der einen Anker 71 und eine Feldwicklung 72 umfaßt. Der Anker 71 ist mit einer Stromquelle S₁ verbunden, bei der es sich um einen Teil der in F i g. 1 gezeigten Batterie 15 handelt. Die Feldwicklung 72 wird von der Ausgangsspannung eines Magnetverstärkers 41 erregt. Der Verstärker 41 hat zwei Primärwicklungen 43 und 45, denen zwei Eingangssignale unterschiedlicher Richtung (gemäß den gezeigten Pfeilen) zugeführt werden. Die beiden Wicklungen sind an einem Ende miteinander verbunden und geerdet. Das andere Ende der Wicklung 43 ist an einem gemeinsamen Verbindungspunkt mehrerer Widerstände .R₁ bis R₃ und der damit in Serie liegenden Kontakte C₁ bis C₁ angeschlossen. In ähnlicher Weise ist das andere Ende der Wicklung 45 an einen gemeinsamen Verbindungspunkt dei Serienschaltung aus Widerständen R₅ bis R₁ und dei Kontakte C_n bis C. angeschlossen. Die anderen En den der jeweiligen Serienschaltungen sind fcusammer an einen Pol einer Energiequelle S₂ geführt, deren an derer Pol geerdet ist.

Die Werte der Widerslände /?, und R₁, R._z und R

sowie R^ und R,_t sind jeweils gleich, wobei R₁ und R

die kleinsten. /?_;1 und R_s die größten Widerstand'

sind und R.₂ und R₍. mittlere Werte haben. Wird nui

einer der Kontakte C₁ bis C₇ geschlossen, so fließt de

Primärstrom für den Magnetverstärker 41 durch die entsprechende Wicklung 43 oder 45 in der durch den jeweiligen Pfeil angegebenen Richtung, und seine Größe entspricht dem Wert des betreffenden Widerstands R₁ bis A₇. Von diesem Primärstrom hängt der Sekundärstrom des Magnetverstärkers 41 ab, der die Feldwicklung 72 erregt. Entsprechend den Signalen P₁ bis P₇ nach F i g. 5 wird daher die Drehzahl des Lenkmotors 7 verändert.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Steuergeräts wird im folgenden an Hand von F i g. 4 bis 9 erläutert.

Es sei angenommen, daß das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leitstreifen 23 nach rechts ausschert, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt das Element D 2 des Detektors 19 das Signal i₂, während die übrigen Elemente keine Signale erzeugen. Entsprechend dem Signal i₂ wird von dem Diskriminator 25 das Signal P₂ erzeugt, das das Relais 32 erregt. Infolgedessen wird der Kontakt C₂ geschlossen. Durch die Primärwicklung 43 fließt der von dem Widerstand A₂ bestimmte Primärstrom. Der Verstärker 41 erzeugt daher ein Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach links dreht. Infolgedessen bewegt sich das Fahrzeug 1 gemäß dem Pfeil in F i g. 6 nach links. Fährt nun das Fahrzeug 1 nach links, so hört das Element D 2 des Detektors 19 auf, das Signal i₂ zu erzeugen, und das Element D 3 gibt das Ausgangssignal i₃ ab. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal I₃ erzeugt der Diskriminator 25 das Signal P₃, das das Relais 33 erregt. Der Kontakt C₃ des Relais 33 schließt, und der Magnetverstärker 41 gibt ein Ausgangssignal ab, das den Lenkmotor 7 mit kleinerer Drehzahl als vorher nach links dreht.

Wie oben erwähnt nimmt die Drehzahl des Lenkmotors 7 ab, wenn sich die Mitte des Fahrzeugs 1 dem Leitstreifen 23 nähert. Da das Fahrzeug 1 sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wird mit Annäherung der Fahrzeugmitte an den Leitstreifen 23 eine weiche Korrektur der Fahrzeugauslenkung erreicht. Dies ist für den Korrekturvorgang erwünscht. Fällt die Fahrzeugmitte mit dem Leitstreifen 23 in dem oben beschriebenen Korrekturvorgang zusammen, so erzeugt der Diskriminator 25 kein Ausgangssignal. Daher bewegt sich das Fahrzeug geradeaus.

Ein ähnlicher Korrekturvorgang erfolgt, wenn das Fahrzeug 1 gegenüber dem Leitstreifen 23 gemäß Fi g. 7 nach links versetzt ist. Dann erzeugt das Element D 7 des Detektors 19 das Ausgangssignalt,, und der Diskriminator 25 gibt das Signal P₇ zur Erregung des Relais 37 ab. Der Kontakt C₇ des Relais 37 schließt, und der Magnetverstärker 41 erzeugt ein Ausgangssignal, das den Lenkmotor 7 mit der Geschwindigkeit der Stufe P₇ nach Fig.5 rechts dreht. Infolgedessen fährt das Fahrzeug 1 in der mil dem Pfeil in F i g. 7 angegebenen Richtung, so daC die Fahrtrichtung korrigiert wird.

An Hand von F i g. 8 soll der Auswahlvorgang beschrieben werden, bei dem die Bahn des Fahrzeug: an einer Verzweigung bestimmt wird. Erreicht da? Fahrzeug i eine Verzweigung des Leitstreifens 23 so werden sämtliche Elemente Dl bis D 7 des Detektors 19 durch einen Zusatzabschnitt 24 des Leit-

ίο Streifens 23 beaufschlagt, dessen Breite mindesten! gleich oder etwas größer ist als die Breite des Detektors 19. Daher erzeugen sämtliche Elemente Dl bis D 7 die Signale /, bis /₇, und der Diskriminatoi 25 erzeugt das Signal P₁ (vorübergehender Halt) Dieses Signal P₇- wird in dem Zähler 29 gezählt unc gleichzeitig einer (nicht gezeigten) Antnebs-Meuerschaltung zugeführt. Der Inhalt des Zählers 29 wire der Folgesteuerung 27 zugeführt. Dadurch erfährt die Folgesteuerung 27, an welchem Abschnitt sich

ao das Fahrzeug 1 befindet. Entsprechend der ermittelten Position des Fahrzeugs erzeugt die Folgesteuerung 27 das Signal i_rf, das bewirkt, daß das Fahrzeug nach rechts oder links fährt. Dasjenige Signal i_d, aul Grund dessen das Fahrzeug nach rechts fährt, heiß¹

»5 i_R, während das Signal i_d für Linksfahrt mit i_L bezeichnet ist.

Da in F i g. 8 die beiden Elemente D 2 und D < gleichzeitig die Signale f₂ bzw. /_e erzeugen, und untei der Annahme, daß von der Folgesteuerung 27 da; Signal i_L abgegeben wird, erzeugt der Diskriminatoi 25 das Signal P₂, da nur der dritte Ausdruck füi / = 2 in der obigen Booleschen Gleichung für P₁ erfüllt ist. Ähnlich wie in der Beschreibung der Fig.' fährt daher das Fahrzeug 1 nach links, wie dies durcr den Pfeil in F i g. 8 angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Fahrzeug an der Verzweigung selektiv ge steuert. Der Zusatzabschnitt 24 des Leitstreifens 22 kann jedoch auch durch andere bekannte Methoder ersetzt werden.

Wird, wie in F i g. 9 gezeigt, der Leitstreifen 12 an einem Teilstück breiter als an seiner übriger Länge, so daß er drei der Elemente, etwa die Elemente D 4 bis D 6, überdeckt, so erzeugen diese EIe mente gleichzeitig Ausgangssignale. In diesem FaI ist die obige Boolesche Gleichung für Pp erfüllt, unc der Diskriminator 25 erzeugt das Signal P_P, das be wirkt, daß das Fahrzeug den nächsten Abschnit passiert.

Wie oben erwähnt, wird bei einem der Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung der Lenkeinschlag de: Fahrzeugs durch die Größe der Verschiebung dei Fahrzeugmitte gegenüber dem Leitstreifen gesteuert so daß sich die Lenksteuerung selbst bei großen seit liehen Verschiebungen mit Sicherheit durchführei läßt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Automatisches Lenk- und Steuersystem für Fahrzeuge, an deren Unterseite jeweils eine Lichtquelle zur Beleuchtung eines auf der Fahrbahn s angeordneten Lichtstreifens mit von der Fahrbahn verschiedenem Reflexionskoeffizienten sowie ein mehrere quer zur Fahrtrichtung angeordnete lichtempfindliche Elemente umfassender Detektor zur Aufnahme des von dem Leitstreifen und/oder der Fahrbahn reflektierten Lichts und Erzeugung jeweils entsprechender Lenksignale angeordnet sind und die jeweils eine Programmsteuerung zur Bestimmung der Fahrtbedingungen aufweisen, gekennzeichnet üurch eine an den Detektor (19) angeschlossene logische Schaltung (25), die sämtliche Signale (Z₁... J₇) der lichtempfindlichen Elemente (D 1... D 7) mittels Boolescher Gleichungen verknüpft und an einem Ausgang die Lenksignale (P₁... P₇) und an einem weiteren Ausgang Steuersignale (P_P, Ps, Pt) f^ur die Programmsteuerung abgibt.

2. System nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Leitstreifen (23) Zusatzmarkierungen (24) aufweist und die logische Schaltung (25) bei Vorhandensein der durch die Zusatzmarkierungen erzeugten Signale ein Steuersignal (P₇-) abgibt, das die Programmsteuerung weiterschaltet.