DE3433556C2 - - Google Patents

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DE3433556C2
DE3433556C2 DE3433556A DE3433556A DE3433556C2 DE 3433556 C2 DE3433556 C2 DE 3433556C2 DE 3433556 A DE3433556 A DE 3433556A DE 3433556 A DE3433556 A DE 3433556A DE 3433556 C2 DE3433556 C2 DE 3433556C2
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    • G09F2027/001—Comprising a presence or proximity detector

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für ein auto­ matisches Fahrzeug zum Fahren entlang eines vor­ gegebenen Fahrweges, mit einer intregrierenden aus einem Impulsgenerator bestehenden Entfernungsmeßeinrichtung, einer arithmetischen Einheit mit Speichereinrichtungen zum Speichern vorbestimmter Entfernungen und einem Komparator zum Vergleich der integrierten Impulsanzahl des Impulsgenerators mit der gespeicherten Entfernung.
Eine bekannte Vorrichtung zum automatischen Führen eines Fahrzeugs (DE-OS 30 12 703) weist eine Integrationseinrichtung zum Messen der vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, sowie von dieser Integrationseinrichtung gesteuerte Mittel, die an vorherbestimmten Punkten des Bezugsweges auf eine Lenkungsüberwachungseinrichtung einwirken. Die Integrationseinrichtung besteht aus einem Impuls­ generator zum Erzeugen aufeinanderfolgender Impulse und einem Impulszähler zum Zählen dieser Impulse. Außerdem ist eine Speichereinrichtung zum Speichern von Zahlen­ werten, die die Abstände zu Zielpunkten entlang des Bezugsweges repräsentieren. Ein Komparator vergleicht die Anzahl der Impulse, die vom Impulszähler gezählt werden, mit den jeweiligen Zahlenwerten in den Speichern und kontrolliert aufgrund dieses Vergleichs­ ergebnisses die Lenkungsüberwachungseinrichtung. Mit einer derartigen Vorrichtung ist eine exakte Steuerung des Fahrzeuges auf langen Wegstrecken nicht möglich, insbesondere dann nicht, wenn sich längere Teil­ streckenabschnitte aneinander anschließen, da sich geringste Fehler der Entfernungsmeßeinrichtung auf längeren Wegstrecken zu nicht unerheblichen Abweichungen vom Istwert der Entfernung aufaddieren.
Diese bekannte Vorrichtung (DE-OS 30 12 703) verwendet für die Zielpunktbestimmung nur eine herkömmliche Entfernungsmessung. Es werden zwar auch magnetische Wegmarkierungen beschrieben, die jedoch nur alternativ zu dem integrierenden Entfernungsmeßsystem verwendet werden sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Steuer­ system für ein automatisch gelenktes Fahrzeug zu schaffen, dessen Betriebssicherheit erhöht ist und das ein exaktes Anhalten des Fahrzeugs an jedem be­ absichtigten Zielpunkt ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Steuersystem der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
  • - daß am Fahrweg streifenförmige Wegmarkierungen quer zum Fahrweg angeordnet sind,
  • - daß mindestens ein Sensor zum Feststellen der Weg­ markierungen auf der Fahrzeugunterseite angeordnet ist,
  • - daß der Komparator um eine vorbestimmte Fahr­ strecke vor Erreichen der jeweils vorbestimmten Entfernung ein Ausgangssignal erzeugt, das den Sensor aktiviert, und
  • - daß die arithmetische Einheit ein Anhaltesignal erzeugt, wenn der Sensor die Wegmarkierung erfaßt.
Das erfindungsgemäße Steuersystem ermöglicht die Kompensation der für Entfernungs­ meßsysteme typischen, sich aufsummierenden Wegmeßfehler. Diese Fehler können beispielsweise auftreten, wenn das Fahrzeug nicht immer exakt dem vorgegebenen Fahrweg folgt, sondern aufgrund einer Folgesteuerung z. B. ent­ lang einer Leitlinie geringfügige Abweichungen der Fahr­ weglänge entstehen, die sich auf die Entfernungsmessung auswirken. Dadurch, daß die Sensoreinrichtungen während des fast gesamten Fahrweges nicht aktiviert ist, sind Fehlermöglichkeiten unterwegs durch Irritation der Sensoreinrichtung ausgeschlossen. Erst bei Annäherung an den gewünschten Zielpunkt wird kurz vorher die Sensoreinrichtung aktiviert, um eine absolut exakte Anhaltesteuerung auszuführen.
Das erfindungsgemäße Steuersystem ermöglicht Ab­ weichungen des Anhaltepunktes aufgrund von Fehlern bei der Feststellung von Referenzmarkierungen auf ein geringstmögliches Ausmaß zu begrenzen.
Das Fahrzeug kann ohne sich aufsummierenden Fehler exakt an jedem Zielpunkt angehalten werden, selbst wenn das Fahrzeug eine lange Wegstrecke zurückgelegt hat.
Das Steuergerät wird nicht von Fehlerquellen auf den Fahrweg oder irgendwelchen Verfälschungen oder Schäden an den Referenzmarkierungen für die Steuerung be­ einflußt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung des Aufbaus eines automatisch gelenkten Fahr­ zeugs für die erfindungsgemäße Fahrzeugsteuerung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Steuersystems, und
Fig. 4, 5 und 6 Flußdiagramme, die den Steuerungsablauf erläutern.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine am Boden befindliche Anordnung. Dabei bezeichnet R ein optisch reflektierendes Band, das einen Fahrweg bildet; SM a , SM b , . . ., SM e kennzeichnen Stationsmarkierungen, die an vorbestimmten Stellen oder Stationen A, B, . . ., E ange­ ordnet sind, und das Bezugszeichen 1 kennzeichnet ein automatisch gesteuertes Fahrzeug. Der Fahrweg wird fest­ gelegt, indem das optisch reflektierende Band R in einer Schleifenform auf dem Boden liegend befestigt wird, so daß ein Startpunkt O mit Zielpunkten A, B, . . ., in dieser Reihenfolge verbunden ist. In diesem Zusam­ menhang sei darauf hingewiesen, daß optisch reflektie­ rende Bänder nicht die einzigen erhältlichen Mittel zum Festlegen eines Fahrweges sind; andere bekannte Mate­ rialien, wie beispielsweise Magnetbänder o. dgl., können auf geeignete Weise ebenfalls verwendet werden. Ferner ist die Bildung eines Fahrweges nicht auf eine Schlei­ fenform begrenzt. Der Fahrweg kann dargestellt sein, daß der Startpunkt mit den Zielpunkten linienförmig ver­ bunden ist.
Stationsmarkierungen SM a , SM b . . ., SM e und SM o werden auch aus einem optisch reflektierenden Band gebildet. Jede Stationsmarkierung weist eine Länge auf, die gleich oder größer ist als die Breite des Fahrzeugs 1. Die Stationsmarkierungen sind am Boden an den Ziel­ punkten A, B . . ., bzw. am Startpunkt O befestigt und zwar derart, daß jede von ihnen in der Mitte ihrer Länge das Wegband schneidet. Die Stationsmarkierungen SM a , . . . werden individuell quer und über dem reflek­ tierenden Band R des Fahrweges angeordnet, um so zu vermeiden, daß das letztere sich löst. Das Fahrzeug 1 bewegt sich vom Startpunkt O in Richtung des Pfeiles entlang des Fahrweges, hält danach wahlweise an den Zielpunkten A, B . . . und kehrt zum Startpunkt O zurück, wobei dieser Vorgang zyklisch wiederholt wird.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht auf das Fahr­ zeug 1 und Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Steuersystems. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet ein Fahrzeug-Chassis, das ein Vorderrad 12 und Hinterräder 13 l , 13 r trägt. Das Vorderrad 12 ist drehbar in einem Lenkrahmen gelagert, der schwenkbar für eine Drehung um eine vertikale Welle gelagert ist, die zentral in der vorderen Unterseite des Chassis 11 angeordnet ist. Die Hinterräder 13 l , 13 r sind in der Unterseite des Chassis 11 im hinteren Teil in der Nähe der beiden Seitenkanten des Chassis angeordnet und werden von Lagern 13 a getragen. Zahnscheiben 13 b sind koaxial mit den Hinter­ rädern 13 l , 13 r angeordnet und mit diesen fest ver­ bunden. Sie sind jeweils über Zahnriemen 13 c mit Zahn­ scheiben 14 a verbunden, die auf Ausgangswellen von Motoren 14 l , 14 r mit Untersetzungsgetrieben angeordnet sind.
Eine Zahnscheibe 13 d ist auf der Achse des rechten Hin­ terrades 13 r montiert und ist mit einer Zahnscheibe 15 a eines Impulsgenerators 15 über einen Zahnriemen 13 e verbunden. Der Impulsgenerator 15 erzeugt zur Drehzahl des rechten Hinterrades 13 proportionale Impulse zur Übertragung an eine arithmetische Steuereinheit 17. Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine Steuereinheit für die Motoren 14 l , 14 r . Mit 17 ist eine arithmetische Steuereinheit für das Fahrzeug 1 gekennzeichnet und mit 18 Batterien.
Auf der Unterseite des Chassis 11 und vor dem Vorderrad 12 ist ein Leitsensor S 1 zum Verfolgen des optisch re­ flektierenden Bandes R als Fahrweg angeordnet. Eben­ falls auf der Unterseite des Chassis 11 sind folgende Sensoren vorgesehen: Ein Sensor S 2 ist zum Feststellen der Stationsmarkierung SM a , SM b , . . ., in der Mitte des Fahrzeugs angeordnet. Sensoren S 3 l , S 3 r sind zum Fest­ stellen der Stationsmarkierungen SM a , SM b , . . . und zum Stoppen des Fahrzeugs 1 in der Mitte der Seitenkanten des Chassis 11 gegenüber den jeweiligen Achsenenden der Hinterräder 13 l , 13 r angeordnet; Stoßsensoren S 4 f , S 4 r sind zum Anhalten des Fahrzeugs 1 bei Kollision mit einem Hinternis jeweils an dem vorderen bzw. hinteren Ende des Chassis 11 angeordnet.
Der Leitsensor S 1 besteht aus optischen Elementen, die an einer zentralen Stelle angrenzend an dem vorderen Ende des Bodens des Chassis 11 längs der Chassiskante ausgerichtet sind, um reflektiertes Licht vom optisch reflektierten Band R zu messen. Die optischen Elemen­ te können ein Signal, das der Intensität des von dem optisch reflektierenden Band R reflektierten Lichtes entspricht, an die Motorsteuereinheit 16 senden, so daß die Motorsteuereinheit 16 die Drehzahl der Motoren 14 l bzw. 14 r steuern kann, um eventuell vorhandene Mitten­ abweichungen des Chassis 11 in Relation zur Mitte des optisch reflektierenden Bandes R in Querrichtung zu diesem auszugleichen.
Der Sensor S 2 für die Verzögerungssteuerung besteht aus optischen Elementen wie der Sensor S 1. Wenn die Diffe­ renz Δ MB zwischen dem vom Impulsgenerator 15 erzeugten Impuls N und einer vorbestimmten Impulszahl MB für die Entfernung zwischen dem Startpunkt O und beispielsweise zum Zielpunkt B einen geringeren Wert im Vergleich zu einem vorbestimmten Wert ε erreicht, d. h. Δ MB < ε, wird der Sensor S 2 aktiviert und gibt nachfolgend, sobald er die Stationsmarkierung SM b feststellt, ein Meßsignal an die arithmetische Steuereinheit 17 ab. Die arith­ metische Steuereinheit 17sendet bei Empfang des Si­ gnals vom Sensor S 2 ein Signal an die Steuereinheit 16, die ihrerseits ein Verzögerungssteuersignal an die Motoren 14 l , 14 r zur Verzögerung des Fahrzeugs 1 ab­ gibt.
Die Sensoren S 3 l , S 3 r , die dazu dienen, einen Zielpunkt für die Anhaltesteuerung festzustellen, werden akti­ viert, wenn die Impulszahl N des Impulsgenerators 15 einen Wert innerhalb eines spezifizierten Bereiches erreicht und geben danach, sobald sie eine Stations­ markierung SM feststellen, ihre Meßsignale an die arithmetische Steuereinheit 17. Die arithmetische Steuereinheit 17 gibt bei Empang eines Signals von einem der Sensoren S 3 l , S 3 r ein Steuersignal an die Steuereinheit 16 zum Unterbrechen der Stromversorgung der beiden Motoren 14 l , 14 r . Außerdem gibt die arith­ metische Steuereinheit 17 Steuersignale an die Bremsen 19 l , 19 r zur Bremssteuerung, um das linke und rechte Hinterrad 13 l , 13 r anzuhalten.
Es sei bemerkt, daß der zuvorgenannte vorbestimmte Wert unter Berücksichtigung möglicher Lenksteuerungsfehler, des Steuerung-System-Ansprechverhaltens, des Abstandes zwischen dem Sensor S 2 und den Sensoren S 3 l , S 3 r in Längsrichtung des Chassis 11 (normalerweise 200 mm o. dgl.), usw. festgesetzt wird. Normalerweise wird dieser Wert auf eine Impulszahl gesetzt, die einer Ent­ fernung von 1000 mm entspricht.
Im folgenden wird der Vorgang der Fahrtsteuerung durch die zuvor beschriebene Anordnung unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 gezeigte Flußdiagramm erläutert.
Impulszahlen, die der individuellen Entfernung zwischen dem Startpunkt O und jedem Zielpunkt A, B, C, . . . ent­ sprechen und die Konstante e, werden zunächst in die arithmetische Steuereinheit 17 über eine manuelle Steuereinheit 20 eingegeben. Nachdem das Fahrzeug 1 an den Startpunkt O des Fahrweges gebracht worden ist, so daß es für eine Fahrt zu den Zielpunkten bereitsteht, wird ein nicht dargestellter Betriebsarten-Wählschalter an der manuellen Steuereinheit 20 in eine Selbstfahr- Betriebsartenstellung geschaltet, und anschließend ein Startknopf bedient, wodurch beide Motoren 14 l , 14 r für die linken und rechten Hinterräder 13 l , 13 r mit nied­ riger Drehzahl zu drehen beginnen, so daß das Fahrzeug 1 die Fahrt mit entsprechend niedriger Geschwindigkeit beginnt (Schritt 1). Wenn eine vorbestimmte Zeit (T, sec) nach dem Start der Fahrt verstrichen ist (Schritt 2), gibt die arithmetische Steuereinheit 17 ein Steuer­ signal an die Steuereinheit 16 zur Beschleunigung der Motoren 14 l , 14 r aus. Entsprechend beginnt das Fahrzeug 1 einen Fahrtabschnitt mit konstanter vorbestimmter Geschwindigkeit (Schritt 3).
Während nach dem Start des Fahrzeugs 1 Impulse durch den Impulsgenerator 15 entsprechend der Drehzahl der Räder des Fahrzeugs 1 erzeugt werden, wird eine Impuls­ zahl MA, die die Entfernung zwischen dem Startpunkt O und einem ersten Zielpunkt A repräsentiert und die in einen Zähler an der arithmetischen Steuereinheit 17 eingegeben worden ist, entsprechend abwärts gezählt. Dabei wird abgefragt, ob die Differenz zwischen der zuvor gesetzten Impulszahl MA und einer Impulszahl N, die eine aktuell von dem Fahrzeug 1 zurückgelegte Ent­ fernung repräsentiert, das ist die Differenz W MA der um die Impulszahl N verminderten zuvor gesetzten Impuls­ zahl MA, kleiner geworden ist als ε oder nicht (Schritt 4). Wenn die Differenz kleiner als ε geworden ist, wer­ den der Sensor S 2 für die Verzögerungssteuerung und die Sensoren S 3 l , S 3 r für die Anhaltesteuerung aktiviert (Schritt 5). Dann wird abgefragt, ob der Sensor S 2 die StationsmarkierungSM a festgestellt hat oder nicht (Schritt 6). Wenn der Sensor S₂ die Stationsmarkierung SM a festgestellt hat, gibt die arithmetische Steuer­ einheit 17 ein Steuersignal an die Steuereinheit 16 zur Verzögerung der Motoren 14 l , 14 r (Schritt 7). Es wird dann bestimmt, ob entweder der Sensor S 3 l oder der Sensor S 3 r die Stationsmarkierung SM a festgestellt hat oder nicht, die bereits von dem Sensor S 2 festgestellt worden ist (Schritt 8). Wenn die Abfrage "JA" ergibt, gibt die arithmetische Steuereinheit 17 ein Steuersi­ gnal an die Steuereinheit 16, um die Stromversorgung der beiden Motoren 14 l , 14 r auszuschalten. Gleichzeitig gibt die arithmetische Steuereinheit 17 ein Steuer­ signal an die Bremsen 19 l , 19 r für den Bremsbetrieb, um das Fahrzeug 1 anzuhalten (Schritt 9). Die Steuerung der Fahrt des Fahrzeugs 1 zu nachfolgenden Zielpunkten B, C, . . . wird auf ähnliche Weise ausgeführt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme mit einem ande­ ren Ablauf der erfindungsgemäßen Fahrsteuerung. Daten, wie beispielsweise die Impulszahlen MA, MB . . ., die den jeweiligen Entfernungen zwischen dem Startpunkt O und jedem Zielpunkt A, B, C, . . . entsprechen, und die Konstante ε werden zunächst in die arithmetische Steuereinheit 17 eingegeben und das Fahrzeug 1 wird veranlaßt die Fahrt zu beginnen (Schritt 11). Nachdem eine vorbestimmte Zeit T (sec) verstrichen ist (Schritt 12), wird das Fahrzeug 1 auf eine vorbestimmte Ge­ schwindigkeit für einen Fahrbetrieb mit konstanter Ge­ schwindigkeit beschleunigt (Schritt 13). Wenn das Fahr­ zeug 1 die Fahrt beginnt, erzeugt der Impulsgenerator 15 Impulse, die der Drehzahl der am Fahrzeug 1 befind­ lichen Räder entspricht. Entsprechend beginnt das Ab­ wärtszählen einer in einen Zähler an der arithmetischen Steuereinheit 17 eingegebenen Impulszahl. Bis zu diesem Schritt ist der Steuervorgang derselbe, wie der in Fig. 4 gezeigte. Danach wird eine Flaggenabfrage durch­ geführt (Schritt 14), wodurch zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eine Unterbrechung für ein in Fig. 6 darge­ stelltes Unterprogramm erfolgt. Nach dem Rücksprung in den Hauptprogrammablauf in Fig. 5 wird abgefragt, ob eine Ankunftsflagge (die gesetzt wird, wenn die Sen­ soren S 3 l , S 3 r eingeschaltet sind) gesetzt worden ist oder nicht (Schritt 18). Dann wird unter Rückkehr zu Schritt 14 die Flaggenabfrage durchgeführt. Dieser Vor­ gang wird wiederholt.
In dem in Fig. 6 gezeigten Unterprogramm wird abge­ fragt, ob eine Flagge "Sensor in Betrieb" gesetzt worden ist oder nicht (Schritt 14′). Wenn die Abfrage in Schritt 14′ "NEIN" ergibt, wird abgefragt, ob die Differenz Δ MA der Impulszahl zu dem Zielpunkt A kleiner als ε ist oder nicht (Schritt 15). Wenn die Abfrage "JA" ergibt, wird abgefragt, ob der Sensor S 2 einge­ schaltet ist oder nicht (Schritt 16).
Wenn die Abfrage in Schritt 15 "JA" ergibt, wird eine Flagge gesetzt, die anzeigt, daß der Sensor S 2 für die Verzögerungssteuerung aktiviert ist (Schritt 15a). Falls die Abfrage "NEIN" ergibt, kehrt der Programm­ ablauf zurück in das Hauptprogramm. In Schritt 16 wird die Verzögerungssteuerung ausgeführt, sobald der Sensor S 2 eingeschaltet ist (Schritt 16a). Wenn nicht, wird abgefragt, ob die Sensoren S 3 l , S 3 r für die Anhalte­ steuerung eingeschaltet sind oder nicht (Schritt 17). Wenn nicht, kehrt der Programmablauf zurück in das Hauptprogramm. Wenn "JA", wird die Anhaltesteuerung ausgeführt (Schritt 17a) und eine Ankunfsflagge ge­ setzt (Schritt 17b). Anschließend kehrt der Programm­ ablauf zurück zu Schritt 18 des Hauptprogramms und es wird abgefragt, ob eine Ankunftsflagge gesetzt worden ist oder nicht. Wenn die Abfrage "NEIN" ergibt, wird der zuvor beschriebene Programmablauf des Unterpro­ gramms wiederholt. Wenn die Abfrage "JA" ergibt, wird das Fahrzeug 1 angehalten und auf diese Weise das Steuerprogramm abgeschlossen.
Wie zuvor beschrieben, erfolgt im Hauptprogramm im Pro­ grammabschnitt der Flaggenabfrage eine Unterbrechung für das Unterprogramm zur Abfrage der Schritte 15, 16 und 17. Wenn die Differenz der Impulszahl bis zu dem Zielpunkt kleiner wird als ε oder in anderen Worten, wenn sich die Entfernung zwischen dem Fahrzeug 1 und dem Zielpunkt innerhalb eines vorgeschriebenen Wert­ bereiches befindet, kann daher, sofern eine Flagge "Sensor in Betrieb" gesetzt worden ist, das Fahrzeug zuverlässig am Zielpunkt angehalten werden, wenn die Sensoren S 3 l , S 3 r eingeschaltet sind, selbst wenn S 2 aus irgendwelchen Gründen nicht eingeschaltet ist.

Claims (4)

1. Steuersystem für ein automatisches Fahrzeug zum Fahren entlang eines vorgegebenen Fahrweges, mit einer integrierenden aus einem Impulsgenerator bestehenden Entfernungsmeßeinrichtung, einer arithmetischen Einheit mit Speichereinrichtungen zum Speichern vorbestimmter Entfernungen und einem Komparator zum Vergleich der integrierten Impuls­ anzahl des Impulsgenerators mit der gespeicherten Entfernung, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß am Fahrweg streifenförmige Wegmarkierungen (SM a , SM b , . . ., SM e ) quer zum Fahrweg ange­ ordnet sind,
  • - daß mindestens ein Sensor (S 2, S 3 l , S 3 r ) zum Feststellen der Wegmarkierungen auf der Fahr­ zeugunterseite angeordnet ist,
  • - daß der Komparator um eine vorbestimmte Fahr­ strecke vor Erreichen der jeweils vorbestimmten Entfernung ein Ausgangssignal erzeugt, das den Sensor (S 2, S 3 l , S 3 r ) aktiviert, und
  • - daß die arithmetische Einheit ein Anhaltesignal erzeugt, wenn der Sensor (S 2, S 3 l , S 3 r ) die Wegmarkierung (SM a , SM b , . . ., SM e ) erfaßt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein erster Sensor (S 2) zum Fest­ stellen einer am Zielpunkt angeordneten Weg­ markierung (SM a , SM b , . . ., SM e ) im vorderen Teil im Mittenbereich des Fahrzeugs (1) angeordnet ist, und daß zwei weitere Sensoren (S 3 l , S 3 r ) im hin­ teren Teil des Fahrzeugs (1) jeweils an den Seiten angeordnet sind.
3. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor (S 2) bei Feststellung einer Markierung eine Verzögerung des Fahrzeugs und die beiden hinteren Sensoren (S 3 l , S 3 r ) ein Anhalten einleiten.
4. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Fahr­ strecke 1 m beträgt.
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