DE2041095A1

DE2041095A1 - Steering system for the driverless control of a road vehicle

Info

Publication number: DE2041095A1
Application number: DE19702041095
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl-Phys Knauss; Reinhold Zobl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-08-19
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1972-02-24
Also published as: AU3224771A; AU456270B2

Description

"Lenksystem zum führerlosen Steuern eines Straßenfahrzeuges" Die Erfindung betrifft ein Lenksystem zum führerlosen Steuern eines Straßenfahrzeuges langs einer Soll-Fahrspur, in der sich mit vorgegebenem Abstand aufeinander folgend Signalgeber, die durch ertlich begrenzte Magnetfelder sogenannte Lenkpunkte markieren, befinden, in Abhängigkeit von den Ausgangisignalen mehrerer in einer Reihe, die senkrecht zur Fahrzeugslängsachse verläuft, an dem Fahreug angeordneter Sensoren für die Signale. "Steering system for driverless control of a road vehicle" The invention relates to a steering system for driverless control of a road vehicle along a target lane in which they follow one another at a predetermined distance Signal transmitters that mark so-called steering points through limited magnetic fields, are located, depending on the output signals, several in a row, the runs perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle, sensors arranged on the vehicle for the signals.

Ein derartiges Lenksystem wird im folgenden zunächst allein anhand der Fig. 1 beschrieben. Mit i und 2 sind die seitlichen Begrenzungen einer Fahrbahn bezeichnet, die in Fig, 1 in Draufsicht gezeigt und in deren Längsachse strichpunktiert die Soll-Fahrspur 3 angedeutet ist. Mit vorgeeebenem Abstand aufeinander folgend befinden sich in dieser Fahrspur Signalgeber, die durch örtlich begrenzte Magnetfelder sogenannte Lenkpunkte markieren und die hierzu beispielsweise aus senkrecht in die Fahrbahndecke derart eingelassenen und mit einer Endfläche mit der Fahrbahnoberfläche absohließenden Permanentmagneten bestehen, daß aie mit einer vorgegebenen magnetischen Polarität in jedem Lenkpunkt an ei.Such a steering system will initially be used only in the following based of Fig. 1 described. With i and 2 are the lateral boundaries of a roadway denotes, shown in Fig, 1 in plan view and dash-dotted in the longitudinal axis the target lane 3 is indicated. One after the other with a predetermined distance there are signal transmitters in this lane, which are activated by locally limited magnetic fields Mark so-called steering points and for this purpose, for example, from vertically into the Road surface embedded in this way and with an end face with the road surface Absohließenden permanent magnets exist that aie with a predetermined magnetic Polarity in each steering point on egg.

ner einzigen Stelle magnetisch nach oben wirksam sind.n a single point are magnetically effective upwards.

Hierzu befindet sich inmer der magnetische Nordpol an der Fahrbahnoberfläche. Mit 9 ist die Draufsicht auf ein mittels dieses Len.ssystems fahrerlos zu steuerndes Straßenfahrzeug synbolisiert, dessen Fahrtrichtung gleich der Richtung des Pfeiles von links nach rechts in der Fig. 1 sein möge. Senkrecht zur Längsachse dieses Fahrzeuges 9 verläuft eine Reihe 11 aus Sensoren, die auf die Magnetfelder in den Lenkpunkten ansprechen und in Abhängigkeit von deren Ausgangs signalen die Lenkung des Fahrzeuges 9 durchgeführt wird. Hierzu wird bei Überfahren jedes Lenkpunktes ermittelt, welcher der Sensoren, von denen in der Reihe 11 beispielsweise vierzig Sensoren nebeneinander angeordnet sind, die maximale Ausgangsamplitude besitzt, Befindet sich das Fahrzeug 9 in der Soll-Fahrspur, so gibt der in der Fahrzeuglängsachse angeordnete Sensor der Reihe 11 diese Maximalamplitude ab. Bei Abweichungen von der Soll-Fahr spur wird über ein Regelsystem die Lenkung derart beeinflußt, daE bei Erreichen des in der Fahrspur näehsten Lenkpunktes die Soll-Fahrspur möglichst weit angenahart neder erreicht ist.For this purpose, the magnetic north pole is always on the road surface. 9 is the top view of a driverless control by means of this steering system Road vehicle synbolized whose direction of travel is the same as the direction of the arrow from left to right in Fig. 1 may be. Perpendicular to the longitudinal axis of this vehicle 9 runs a row 11 of sensors that act on the magnetic fields in the steering points respond and, depending on their output signals, the steering of the vehicle 9 is carried out. For this purpose, when each steering point is passed, it is determined which of the sensors, of which in row 11, for example, forty sensors next to each other arranged which has the maximum output amplitude, is located If the vehicle 9 is in the target lane, then the one in the vehicle's longitudinal axis arranged sensor of the row 11 from this maximum amplitude. If there are deviations from the target lane is influenced by a control system so that the steering is daE when the closest steering point in the lane is reached, the target lane as far as possible far approximated neder is reached.

Das bisher anhand der Fig. 1 beschriebene Lenksystem ist bekannt. Nachteilig an diesem bekannten System ist1 daß bei einer beispielsweise durch Glatteis verursachten Schleuderbewegung des Fahrzeuge6 9, die zu einer Fahrzeugposition wie bei einem in Fig. 1 durch 10 angedeuteten Fahrzeug führen kann, nicht erkennbar ist, daß die Fahrzeuglängsachse mit der Soll-Fahrspur nicht übereinstimmt, sofern der in der Fahrzeuglängsachse befindliche Sensor sich bei diesem Schleudern entlang der Soll-fahrspur bewegt. ei diesem Schleudern werden dann auch keine korrigierenden Lenkkommandos erzeugt.The steering system previously described with reference to FIG. 1 is known. The disadvantage of this known system is that, for example, through black ice caused skidding movement of the vehicle6 9 leading to a vehicle position such as in a vehicle indicated by 10 in FIG. 1 cannot be seen is that the vehicle longitudinal axis does not coincide with the target lane, provided that the sensor located in the vehicle's longitudinal axis moves along during this skidding the target lane is moving. With this skid there are no correcting ones Steering commands generated.

Befindet sich das mit diesem Lenksystem gesteuerte Fahrzeug beispielsweise in der Position des in Fig. 1 mit 12 symbolisierten Fahrzeuges, so werden auch hier keine den tatsächlichen Erfordernissen angepaßten Korrektur- und Lenkkommandos gewonnen, da durch die Ausgangssignale der Sensoren dieses Fahrzeuges zwar eine Abweichung des Fahrzeuges von der Soll-Fahrspur, nicht jedoch die winkelmäßige Abweichung der Fahrzeuglängsachso von der Soll-Fahrspur erennbar wird.For example, if the vehicle controlled with this steering system is located in the position of the symbolized by 12 in FIG Vehicle, so here, too, no correction measures adapted to the actual requirements and steering commands obtained because of the output signals of the sensors of this vehicle a deviation of the vehicle from the target lane, but not the angular one Deviation of the vehicle's longitudinal axis from the target lane can be identified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das beschriebene bekannte Lenksystem in seinem Fahrzeugsteuervermögen zu verbessern, insbesondere es prinzipiell geeignet zu machen auch schleudernde Fahrzeuge wieder auf ihre Soll-Fahrspur sicher zurückzuführen.The invention is based on the object of the known To improve the steering system in its vehicle control ability, especially it in principle suitable to make skidding vehicles safe again on their target lane traced back.

Die Erfindung besteht bei einem Lenksystem der einleitend genannten Art darin, daß entweder an jedem Lenkpunkt ein Signalgeber, der mit einer einzigen vorgegebenen magnetisohlen Polarität und nur an einer einzigen Stelle nach oben wirksnn ist, und an den Fahrzeug zumindest eine zusätzliche Reihe aus Sensoren angeordnet ist, die mit vorgegebenem Abstand parallel zu der erstgenannten Sensorreihe verlauft, und daß die Lenksignale zusätzlich durch Vergleich der Ausgangssignale der Sensoren der verschiedenen Reihen hergeleitet werden, oder daß in jedem Lenkpun'-t ein Signalgebor angeordnet ist, der mit einer oder verschiedenen magnetischen Polaritäten in der Fahrspur um den Lenkpunkt herum in vorgegebenem gegenseitigen räumlichen Abstand kurz aufeinander folgend nach oben wirksam ist, und daß die Lenksignale eusätzlich durch Vergleich der bei Überfahren der einzelnen Lenkpunkte zeitlich aufeinander folgenden Ausgangs signale der erstgenannten Sensoren hergeleitet werden.The invention consists in a steering system of the type mentioned in the introduction Kind in the fact that either at each steering point a signal transmitter with a single given magnetic soles polarity and only at a single point upwards is effective, and arranged on the vehicle at least one additional row of sensors which runs parallel to the first-mentioned row of sensors at a given distance, and that the steering signals additionally by comparing the output signals of the sensors of the different series are derived, or that in each Lenkpun'-t a Signalgebor arranged is the one with one or more magnetic polarities in the lane around the steering point in predetermined mutual spatial Distance is effective in quick succession upwards, and that the steering signals e in addition, by comparing the time when the individual steering points are passed successive output signals of the first-mentioned sensors are derived.

Somit ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Sinne der Erfindung in zwei Varianten lösbar. Die eine dieser Varianten geht aus von einer Fahrspur, deren Lenkpunkte beispielsweise wie bisher anhand der Fig. 1 beschrieben, durch Signalgeber 4 bis 8 markiert sind. Diese Variante wird in folgenden- anhand der Fig. 1 und des darin symbolisierten Fahrzeuges 13 mit beispielsweise insgesamt zwei parallel zueinander verlaufenden Sensorreihen 14 und 15 dargestellt.Thus, the object on which the invention is based is within the meaning of Invention can be solved in two variants. One of these variants is based on one Lane whose steering points, for example, as previously described with reference to FIG. 1, are marked by signal heads 4 to 8. This variant is based on the following 1 and the vehicle 13 symbolized therein with, for example, as a whole two rows of sensors 14 and 15 running parallel to one another are shown.

Diese Sensorreiben 14 und 15 sind fiir sich alle mit der Sensorreihe 11 der Fahrzeuge 9, 10 und g vergleichbar.These sensor rubbers 14 and 15 are all in themselves with the series of sensors 11 of vehicles 9, 10 and g are comparable.

Befindet sich das Fahrzeug 13 in der Soll-Fahrspur 3 und fährt es in Richtung des Pfeil es über die einzelnen Lenkpunkte, so gibt jeweils der, in der Fahrzeuglängsachse beffndliche Sensor der Reihe 14 und 15 kurz hintereinander ein Ausgangssignal mit im Vergleich zu den Sensoren seiner zugehörigen Sensorreihe maximaler Ampktudo ab. Stimnit die Fahrzeuglangsachze des Fahrzeuges 13 jedoch winkelmäßig mit der Soll-Fahrspur 3 bei Überfahren der Lenkpunkte nicht überein, so ergeben sich die Signalmaxima an den Ausgängen verschieden gegen die Fahrzeuglängsachse versetzter Sensoren der Reihe 14 und 15. Aus dieser Versetzung ist unmittelbar die win1celmßige Ablage der Fahrzeuglängsachse gegenüber der Fahrspur 3 herleitbar und damit auch das notwendige Lenkkorrekturkommando.If the vehicle 13 is in the target lane 3 and drives it in the direction of the arrow it over the individual steering points, so there is the, in The sensors of rows 14 and 15 located on the longitudinal axis of the vehicle in quick succession an output signal with its compared to the sensors associated Sensor series from maximum Ampktudo. Trims the vehicle length of the vehicle 13 but not angularly with the target lane 3 when driving over the steering points match, the signal maxima at the outputs differ from the Vehicle longitudinal axis offset sensors of series 14 and 15. From this offset is the angular offset of the vehicle's longitudinal axis in relation to the lane 3 and thus also the necessary steering correction command.

Die zweite Variante der Erfindung zeichnet sich durch die Verwendbarkeit eines Fahrzeuges 9 mit einer einzigen Sensorreihe, nee es oben anhand der Fig. 1 beschrieben ist, aus und durch Lenkpunkte, in jedem von denen ein Signalgeber angeordnet ist, der mit einer oder verschiedenen magnetischen Polaritäten in der Fahrspur um den Lenlçpunkt herum in vorgegebenem gegenseitigen räumlichen Abstand kurz aufeinander folgend nach oben wirksam ist. Die Lenksignale werden hierbei versetzt durch Vergleich der bei Überfahren der einzelnen Lenkpunkte zeitlich aufeinander folgenden maximalen Ausgangssignalamplituden der Sensorreihe 11 gewonnen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bestehen die Signalgeber beispielsweise aus zwei in der Fahrspur 3 um die Zentren der Lenkpunkte 4' bis 8' angeordneten Permanentmagneten, die für sich allein jeweils und dem anhand der Fig. i oben erläuterten Permanentmagneten in den Lenkpunkten 4 bis 3 entsprechen.The second variant of the invention is characterized by its usability of a vehicle 9 with a single row of sensors, see above with reference to FIG. 1 is described, from and through steering points, in each of which a signal transmitter is arranged is the one with one or different magnetic polarities in the lane around around the Lenlç point at a given mutual spatial distance close to each other is effective following upwards. The steering signals are offset by comparison the maximum that follows one another in time when the individual steering points are passed Output signal amplitudes of the sensor row 11 obtained. In the embodiment of Fig. 1, the signal generator consist, for example, of two in lane 3 around the Centers of the steering points 4 'to 8' arranged permanent magnets, each for itself and the permanent magnet in the steering points, explained above with reference to FIG 4 to 3 correspond.

Fig, 3 zeigt im linken Teil einen Querschnitt durch eine Straßenoberfläche mit zwei in dieser beschriebenen Weise angeordneten Pernanentmagneten 16 und 17, die durch die Markierung ihrer Nord- und Südpole pit N und S als in verschiedener magnetischer Polariät nach oben wirksam angedeutet sind. Die Magnete 16 und 17 sind beispielsweise auch durch einen U-förmigen Magneten 18 gemäß Fig; 3 oder durch einen nit seiner Längsachse parallel zur Straßenoberfläche verlaufenden Permanentmagneten 19 ersetzbar. Insbesondere bei nachträglicher Ausrüstung der Straßenoberfläche mit den Signalgebern ist jedoch die Ausführungsform mit den Magneten 16 und 17 den Ausführungsformen der Fig. 3 vorzuziehen. Besonders zweckmäßig ist es, die Nagnete 16 und 17 in der gezeigten Weise gepolt in die Straßenoberfläche einzulassen; jedoch kann auch mit nach oben gleichsinnig wirkenden Magneten gearbeitet werden, wozu einer der Magnete 16 und 17 in vorbestimmter Weise umzudrehen ist.Fig. 3 shows in the left part a cross section through a road surface with two permanent magnets 16 and 17 arranged in this manner, by marking their north and south poles pit N and S as in different magnetic polarity are indicated effectively upwards. The magnets 16 and 17 are for example also by a U-shaped magnet 18 according to FIG. 3 or by one permanent magnets running parallel to the road surface with its longitudinal axis 19 replaceable. Especially when retrofitting the road surface with However, the signal transmitter is the embodiment with the magnets 16 and 17 of the embodiments the Fig. 3 to be preferred. It is particularly useful, the magnets 16 and 17 in the shown way polarized to let in the road surface; however, you can also use upwards in the same direction acting magnets are worked, including one of the magnets 16 and 17 is to be turned over in a predetermined manner.

Schleudert das Fahrzeug 9 bei den Lenksystem nach Art der Fig. 2, so treten über jeden Lenkpunkt kurz aufeinander folgende in verschiedenen der Sensoren der Reihe 11 riaxi male Signalamplituden auf, woraus die erfoderlichen Korrekturkommandos für die Lenkung abgeleitet werden können.The vehicle 9 skids in the steering system on the type of Fig. 2, then occur over each steering point in quick succession in various of the Sensors of the series 11 riaxi male signal amplitudes, from which the required Correction commands for the steering can be derived.

Besonders zweckmäßig ist es, fahrzeugseitig den Regelvor gang der Fahrzeuglenkung bei einer erfindungsgemaßen System an die Fahrgoschwindigkeit zu adaptieren, Die Fahrgeschwindigkeit ist an sich in beliebiger Weise mittels Geschwindigkeitsbordinstrumente meßbar, jedoch ist es bei den beiden Varianten der Erfindung besonders vorteilhaft, hierzu die Signalgeber und Sensoren zusätzlich auszunutzen.It is particularly useful to use the Regelvor gear on the vehicle Vehicle steering in a system according to the invention to the driving speed adapt, the driving speed is in itself in any way by means of speed instruments measurable, but it is particularly advantageous in the two variants of the invention to use the signal generators and sensors in addition.

Beim Lenksystem nach der Erfindung mit demjenigen einen Stgnalgeber in jedem der Lenkpunkte, der nur an einer einzigen Stelle im Lenkpunkt nach oben magnetisch wirksam ist und mit nindestens zwei parallel verlaufenden Sensorreihen in jeden Fahrzeug kooperiert, wird hierbei zweckmäßigerweise die Fahrgeschwindigkeit aus der Zeitdifferenz - gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Winkelablage der Fahrzeuglängsachse von der Soll-Fahrspur - hergeleitet, mit der bei Überfahren eines Lenkpunktes in den Sensoren der mindestens zwei Sensorreihen maxinale Ausgangssignal anplituden auftreten.In the steering system according to the invention with the one a signal transmitter in each of the steering points that only go up at a single point in the steering point is magnetically effective and has at least two parallel rows of sensors cooperates in each vehicle, the driving speed is here expediently from the time difference - possibly taking into account the angular offset of the Vehicle longitudinal axis from the target lane - derived with which when driving over a Steering point in the sensors of the at least two sensor rows maximum output signal amplitudes occur.

Bei der Varianten des Lenksystems nach der Erfindung mit demjenigen Signalgeber in jedem der Lenkpunkte, der in der Fahrspur um jeden Lenkpunkt herum kurz aufeinander folgend mehrfach nach oben magnetisch wirksam ist und der mit einer einzigen Sensorreihe im Fahrzeug kooperiert wird die Fahrgeschwindigkeit zweckmäßigerweise aus der Zeitdifferenz hergeleitet, mit der bei Überfahren des jeweiligen Signalgebers eines Lenkpunktes maximale Ausgangssignalamplituden in den Sensoren auftreten, Bei einer Ausgestaltung der Erfindung mit demjenigen Si-Signalgeber in jedem der Lenkpunktet der in der Fahrspur um jeden Lenkpunkt herum kurz aufeinander folgend mehrfach nach oben magnetisch wirksam ist und mit einer einzigen Sensorreihe in dem Fahrzeug kooperiert, ist die Verbindungslinie der magnetischen Wirksamkeitsstelle in den einzelnen Lenkpunkten winkelmäßig gegen die örtlichen Fahrspurtangenten derart versetzt, daß der Lenkereinschlag des Fahrzeuges zwischen der Kurveneinfahrt und Kurvenausfahrt optimalisiert wird.In the variants of the steering system according to the invention with the one Signal transmitter in each of the steering points, the one in the lane around each steering point is magnetically effective several times in quick succession and with a The driving speed is expediently cooperated with a single row of sensors in the vehicle derived from the time difference with which the respective signal transmitter is passed of a steering point, maximum output signal amplitudes occur in the sensors an embodiment of the invention with that Si signal transmitter in each of the steering points which follows in quick succession several times in the lane around each steering point is magnetically effective above and cooperates with a single row of sensors in the vehicle, is the line connecting the magnetic point of effectiveness in the individual steering points angularly offset from the local lane tangents in such a way that the steering wheel is turned of the vehicle is optimized between entering and exiting a curve.

Fig. 4 zeigt hierzu in der Art der bisher beschriebenen Figuren ein Ausführungsbeispiel. Der Versetzwinkel ist hier mit Q bezeichnet, Jeder Lenkpunkt ist durch zwei mittels einer Geraden (Verbindungslinie) verbundene Kreise symbolisiert und entspricht beispielsweise einen der Lenkpunkte 4' bis 8' (Fig. 2), Zwischen den einzelnen Lenkpunkten sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zusätzliche Signalgeber für weitere Informationen, die nit der Fahrzeuglenkung nicht nnittelbar in Zusamenhang stehen, vorgesehen. Dieger Raun für weitere Informationen signalisierende Signalgeber ist in Fig. 2 durch 20 angedeutet. Beispielsweise wirken dieae zusätzlichen Signalgeber vor einer Kurveneinfahrt als Bremssignalgeber für die Fahrzeuge.Fig. 4 shows this in the manner of the figures described so far Embodiment. The offset angle is denoted here by Q, each steering point is by two means connected by a straight line (connecting line) Circle symbolizes and corresponds, for example, to one of the steering points 4 'to 8' (Fig. 2), Between the individual steering points are according to a development of the Invention of additional signal transmitters for further information, not including the vehicle steering not indirectly related, provided. Dieger Raun for more information signaling signal generator is indicated in FIG. 2 by 20. For example, work the additional signal transmitter before entering a curve as a brake signal transmitter for the vehicles.

Die Erfindung zeichnet sich - wie aus Vorstehendem ereicht.The invention is distinguished - as achieved from the above.

lich - gegenüber den Stand der Technik der nur eine longitudinale Führung der Straßenfahrzeuge mittels eines Lenksystens der einleitend genannten Art ermöglicht, durch eine kombinierte laterale und longitudinale Führung der Straßenfahrzeuge aus, wobei die automatische Lenkung mit tels eines adaptiven Abtastregelsystems durchgeführt werden kann,lich - compared to the state of the art of only a longitudinal one Guiding of the road vehicles by means of a steering system of those mentioned in the introduction Art made possible by a combined lateral and longitudinal guidance of the road vehicles off, the automatic steering by means of an adaptive sampling control system can be carried out,

Claims

Claims 1. Steering system for driverless control of a road vehicle along a target lane in which they follow one another at a predetermined distance Signal transmitters that mark so-called steering points by means of locally limited magnetic fields, are located, depending on the output signals of several in a row, the runs perpendicular to the vehicle's longitudinal axis, sensors arranged on the vehicle for the signals, characterized in that either a signal transmitter at each steering point, which has a single given magnetic polarity and only a single one Place upwards is effective, and at least one additional row on the vehicle is arranged from sensors, which nit a predetermined distance parallel to the former Sensor series runs, and that the steering signals together by comparing the output signals of the sensors of the various series, or that in each Lenic point a signal transmitter is arranged with one or different magnetic polarities in the lane and around the steering point in a given mutual spatial direction Distance is effective in quick succession upwards, and that the steering signals additionally by comparison when driving over the individual steering points chronologically successive output signals of the first-mentioned being.

sensors can be derived.

2, steering system according to claim 1, characterized in that on the vehicle side the control process of the vehicle steering is adapted to the speed of the vehicle.

3. Steering system according to claim 1 or 2 with that signal transmitter in each of the steering points, which is only magnetically upwards at a single point in steering point is effective and with at least two parallel rows of sensors in the vehicle, characterized in that on the vehicle side the driving speed from the time difference - possibly taking into account the angular deviation of the vehicle axles from the target lane - Is derived with which when a steering point is passed in the sensors of the at least two rows of sensors have maximum output signal amplitudes.

4. Steering system according to claim t or 2 with those a signal transmitter in each of the steering points, the one in the lane around each steering point close to each other following several times is magnetically effective upwards, and with a single row of sensors in the vehicle, characterized in that on the vehicle side the driving speed is derived from the time difference with which the vehicle is driven over of the respective signal transmitter of a steering point - possibly taking into account the Angular deviation of the vehicle axles from the target lane - maximum output signal amplitudes occur in the sensors.

5. Steering system according to one of claims 1 to 4 with demJenigen one Signal transmitter in each of the steering points, the one in the lane around each steering point is magnetically effective several times in quick succession, and with one single row of sensors in the vehicle, characterized in that in lane curves and their lin- and exits are the connecting lines of the magnetic points of effectiveness in the individual steering points angularly against the local lane tangent in this way is offset1 that the steering angle of the vehicle between the corner entry and Cornering exit is optimized.

L e r s e i t e