DE2149943A1

DE2149943A1 - Regelungsvorrichtung fuer Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2149943A1
Application number: DE19712149943
Authority: DE
Inventors: D Paddison
Original assignee: UK Secretary of State for Environment
Current assignee: UK Secretary of State for Environment
Priority date: 1970-10-06
Filing date: 1971-10-06
Publication date: 1972-05-25
Also published as: SE372220B; CA937665A; CH572647A5; FR2110258B1; BE773524A; FR2110258A1; US3790779A; NL7113732A; GB1335985A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsvorrichtung für Fahrzeuge und insbesondere auf eine Regelungsvorrichtung, welche bei einem ferngesteuerten Transportsystem in jedem Fahrzeug vorgesehen ist. Die Erfindung soll in einem Transportsystem vielseitig verwendbar sein, bei welchem die Fahrzeuge unabhängig zu verschiedenen Stellen über ein Netz festgelegter Wege oder Bahnspuren geleitet werden.

Es ist allgemein üblich, bei Systemen, in denen die Fahrzeuge unabhängig auf bestimmten Bahnspuren bewegt werden, diese Bahnspuren begrifflich in Abschnitte aufzuteilen, welche auf verschiedene Weise gekennzeichnet oder festgelegt werden können. Der jeweilige Ort der Fahrzeuge wird in dem System durch die Zuweisung zu den Abschnitten festgelegt. Im allgemeinen sind zur Sicherheit Signale vorgesehen, die gewährleisten, daß sich auf keinem Abschnitt mehr als ein Fahrzeug befindet.

Von jedem Fahrzeug werden Positionssignale zu einem entfernten Regler gesandt, während der Regler für die Fort-

i>93-(.JX 36^/07) -KoHdE (1)

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bewegung Führungssignale zu jedem Fahrzeug sendet. Derartige Systeme haben den Nachteil, daß sie von den Verbindungen vom und zum Regler und von der Zuverlässigkeit des Reglers abhängen, um einen sicheren Abstand der Fahrzeuge zu gewährleisten. Signalabweichungen können zu Unfällen oder Schwierigkeiten führen.

Beim Betrieb führerloser, automatisch gesteuerter Fahrzeuge ist es besonders wünschenswert, daß die Führungssignale " abhängig von den Positionssignalen gegeben werden, damit die Fahrzeuge durch die Regelungsvorrichtung in jedem Fahrzeug in Sicherheit gebracht werden können, wenn die Verbindungen zum zentralen Regler ganz oder teilweise ausfallen. Die Regelungsvorrichtung sollte auch beispielsweise gegenüber der Höchstgeschwindigkeit, der maximalen Beschleunigung und Abbremsung begrenzend wirken, so daß das Fahrzeug auf seiner Bahnspur sicher ist.

Die Fahrzeuge sollen sich auf zumindest dem größten Teil jeder Fahrt in einem regelmäßigen Strom befinden, damit der gewünschte hohe Verkehrsfluß erzielt werden kann. Um dies zu erleichtern sind bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, bei welchen die Regelsignale mit einem periodischen Haupttaktsignal gekoppelt und synchronisiert wurden. Dabei entstehen jedoch Schwierigkeiten und Probleme, da viele wesentliche Vorgänge im System asynchron sind. Die Fahrzeuge müssen beispielsweise zum Laden und Entladen aus dem Verkehrsstrom herausgenommen und dann wieder in diesen eingeschleust werden. Es ist schwierig, Verkehrsströme so miteinander zu verschmelzen, daß dies in Übereinstimmung mit dem synchronen Ablauf aller Verkehrsströme des Systems ist. Eine vorgeschlagene Lösung, welche als "Schachspiel-Methode" (engl.: "chess-playing") oder "Verzeichnis-Methode'' (engl.: "complete-schedule") bezeichnet werden kann, besteht in einem

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Computer, welcher die Lagen der Bahnen aller Fahrzeuge des Systems aufzeichnet und die Positionen in ausreichenden Zeitabständen vorhersagt und ordnet, um so die Fahrten zu Ende zu bringen. Bevor irgendein Fahrzeug sieh in den Verkehrsstrom einordnet oder wiedereinordnet, müssen die Pläne für seine vorgeschlagene Fahrt mit dem Speicher verglichen werden. Es kann nicht vorher starten, bevor diese Vorhersagen nicht mit freien Stellen im gespeicherten Verkehrsfluß übereinstimmen. Eine derartige Anordnung hat die Nachteile, daß die Anzahl der erforderlichen Computeroperationen ungefähr quadratisch mit der Größe des Systems wächst und daß sie sehr wenig anpassungsfähig jst.

Eine Verkehrsstockung an einem bevölkerten Ort würde es beispielsweise bei einer derartigen Anordnung nicht erlauben, daß die Personen dort ihre Fahrt unterbrechen, um nach ihrer Wahl die nächste freie Station anzustreben oder das Ziel über eine andere Fahrtstrecke zu erreichen. Ein anderer bedeutender Nachteil eines möglichst vollständig synchronisierten Systems, bei dem der Ablauf aller Verkehrsströme komplett aufgezeichnet ist, liegt darin, daß der Verkehrsplan zusammenbricht, wenn ein Fehler auftritt, der durch irgendein Fahrzeug oder einen Teil des Regelsystems verursacht wurde, Da die Fahrzeuge und die Regelsysteme sehr zuverlässig hergestellt werden können, wäre es unwirtschaftlich, wenn nicht unmöglich, eine absolute Zuverlässigkeit sicherzustellen, und in jedem System von praktischer Größe sollten Pannen angenommen und erlaubt werden. In einem komplizierten System mit Übergängen und mit vollständiger Aufzeichnung hat eine Panne große Rückwirkungen. Strecken, welche leer werden sollten, werden nicht leer, und Strecken, welche Fahrzeuge aufnehmen sollten, können diese nicht aufnehmen, da sie verstopft sind. Der ganze Plan

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muß neu überdacht werden und bei wieder frei gemachten Strecken müssen die Auswirkungen der Fehler eingerechnet werden. Die für diese neue Einteilung erforderlichen Rechnungen wachsen quadratisch mit der Größe des Systems. Schon bei einem mäßig komplizierten System ist es notwendig, das gesamte System zum Stillstand zu bringen, während der neue Plan ausgearbeitet wird. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Stillstands mit dem damit verbundenen Aufwand und Störung legt in der Praxis der Kompliziertheit eines vollständig synchronisierten Verkehrssystems eine wirtschaftliche Grenze.

Diese Nachteile können mit einem Regelsystem vermieden werden, welches mit einem synchronen und asynchronen Betrieb verträglich ist. Dieses System versucht nicht die gesamte Planung oder Voraussage der gesamten Strecke Jeder Fahrt. Es nimmt einen möglichen asynchronen Betrieb oder das Warten an einer Kreuzung in kauf. Diese Art eines Systems, die im folgenden ''Regelspursystem" (engl.: "Cabtrack'¹) genannt wird, erlaubt bei der Wahl der Fahrtstrecke mehr Freiheit und Abwandlungen. Es kann die Fahrzeuge um einen gestörten oder verstopften Bereich herumlenken.

Aufgabe der Erfindung ist eine Regelvorrichtung zum Einbau und Gebrauch in einzelnen Fahrzeugen eines solchen Systems zur Regelung des Fortgangs der Verkehrsströme, der Fahrzeugschlangen, der Haltestellen und der Kreuzungen bei vorgegebenen Verkehrswegen oder Bahnspuren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Regelungsvorrichtung zur Regelung eines Fahrzeugs in einem Transportsystem, bei dem das Fahrzeug über vorgegebene Wege oder Bahn-

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spuren fährt, aus

einem ersten Vergleichs- oder Differenzierschaltkreis, der einen ersten Eingang zum Empfang der Führungssignale und einen zweiten Eingang zum Empfang der Ist-Signale hat, welche die Ist-Bewegung des Fahrzeugs darstellen, und der ein Positions- oder Wegnacheilsignal aussendet, welches von den Unterschieden zwischen den Führungssignalen und den Ist-Signalen abhängt,

einem Kopfabstandsschaltkreis- oder Rechner, welcher ein den gewünschten Kopfabstand darstellendes und von der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängiges Kopfabstandssignal aussendet,

einem Differenzier-, Integrier- und Begrenzerschaltkreis, die einen ersten Eingang zum Empfang des Wegnacheilsignals und einen zweiten Eingang zum Empfang des Kopfabstandssignals haben, zur Abgabe eines abgeänderten oder abgewandelten Geschwindigkeitssteil- oder Befehlssignals, das von der gemeinsamen Integration der Unterschiede zwischen dem Wegnacheilsignal und dem Kopfabstandssignal abhängt, und zur Einschränkung des Wertebereichs und der höchsten Wertänderung des abgeänderten Geschwindigkeitssteil- oder Befehlssignals.

Die Regelungsvorrichtung umfaßt einen Empfänger für die Führungssignale von einem entfernten Regler, wobei der Empfänger mit dem ersten Vergleichsschaltkreis verbunden ist, und ein Servo- oder Stellsystem zur Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom abgeänderten Geschwindigkeitbefehlssignal. Das Servosystem enthält vorzugsweise einen Rückkopplungskreis für die Bewegung und einen Rückkopplungskreis für die Änderung der Bewegung, damit die Ist-Änderung der Bewegung dem abgeänderten Geschwindigkeitbefehls-

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signal mit einem vernaehlässigbar kleinen Fehler folgt. Der Kopfabstandsrechner ist dann so angeschlossen, daß das abgeänderte Geschwindigkeitbefehlssignal als Ist-Signal für die Änderung der Bewegung oder als Geschwindigkeitssignal verwendet wird, und daß das Kopfabstandssignal aus dem abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal ermittelt wird. Zur Erzeugung von Impulsen, deren Polgefrequenz vom augenblicklichen Wert des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals abhängt, ist ein " Variabelimpulsgenerator, welcher veränderliche Impulse erzeugt, vorgesehen, so daß jeder Impuls ein Maß für die Ist-Bewegung darstellt. Der erste Vergleichsschaltkreis enthält dann einen umkehrbaren Zählkreis, dessen einer Eingang die Impulse vom Variabelimpulsgenerator aufnimmt, und dessen anderer Eingang die Führungssignale in Form von Impulsen empfängt. Der Ausgang hängt von der Differenz zwischen der Gesamtanzahl der vom Variabelimpulsgenerator erhaltenen Impulse und der Gesamtanzahl der durch die Führungssignale empfangenen Impulse ab.

Es ist selbstverständlich, daß die Regelungsvorrichtung mit digitalen oder analogen Signalen betrieben werden kann. k In einigen Teilen des Systems können auch digitale und in den anderen Teilen analoge Signale verwendet werden. Es liegt auf der Hand, daß dann Digital-Analog-Konverter oder Analog-Digitalkonverter vorgesehen werden müssen.

Der Differenzier-, Integrier- und Begrenzerschaltkreis umfaßt

einen Vergleichs- und Schwellenwertschaltkreis, der eine erste vorbestimmte Spannung entwickelt, wenn das Kopfabstandssignal größer ist wie die durch das Wegnacheilsignal dargestellte Wegnacheilung, und der eine zweite vorbestimmte Spannung ent-

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wickelt, wenn der Kopfabstand kleiner ist wie die Wegnacheilung,

einen Integrierkreis zur Ableitung eines Geschwindigkeitbefehlssignals, welches von der Integration der durch den Vergleichs- und Schwellenwertschaltkreis entwickelten Spannungen abhängt, und

Mittel zur Begrenzung des Geschwindigkeitbefehlssignals auf einen vorgegebenen Wertebereich.

Bei dieser Anordnung begrenzen die vorgegebenen Spannungen die maximale Änderung des Geschwindigkeitbefehlssignals. Das Kopfabstandssignal und das Wegnacheilsignal können ebenso analoge Spannungssignale sein. Der Vergleichs- und Schwellenwertschaltkreis umfaßt einen Gleichstrom-Differentialverstärker und einen Schwellenwertschaltkreis, der mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist.

Das Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystem enthält einen Radgeschwindigkeits-Meßwertumwandler, der ein von der Drehung des Rades abhängiges Signal liefert, einen Spurregistrierfühler, der immer dann einen Impuls liefert, wenn das Fahrzeug an einer Registriereinrichtung auf seinem Weg vorbeiläuft und einen ersten Verknüpfungsschaltkreis., welcher die Ausgänge des Radgeschwindigkeits-Meßwertumwandlers und des Spurregistrierfühlers vereinigt und so ein von der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängiges Signal liefert. Das Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystem enthält auch einen zweiten Vergleichsschaltkreis, welcher die vom abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal und vom Spurregistrierfühler erzeugten Signale vergleicht und ein von

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der Differenz dieser beiden Signale abhängiges Signal liefert, einen zweiten Verknüpfungsschaltkreis, welcher das Ist-Geschwindigkeitssignal des ersten Verknüpfungsschaltkreises mit dem abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal verknüpft und so ein voii der Differenz dieser Signale abhängiges Signal liefert, und einen dritten Verknüpfungsschaltkreis, welcher additiv die Ausgangssignale des zweiten Vergleichsschaltkreises und des zweiten Verknüpfungsschaltkreises miteinander verbindet und ein Signal zur Steuerung des Fahrzeugmotors liefert.

Der zweite Vergleichsschaltkreis umfaßt einen Vor- und RUckwärtszähler, auf dessen einen Eingang die Impulse vom Spurregistrierfühler und auf dessen anderen Eingang die Impulse vom Impulsgenerator gegeben werden. Er liefert ein Signal, das von der Differenz der Anzahl der vom Spurregistrierfühler und der Anzahl der vom Impulsgenerator empfangenen Signale abhängt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit den grundlegenden Schaltkreisen für eine Fahrzeugregelungsvorrichtung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einer Ausführungsform der Fahrzeugregelungsvorrichtung mit mehr Einzelheiten;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine andere Ausführungs-

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form für einen Teil der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist.

In Fig. 1 ist eine Regelungseinrichtung zum Einbau in einem Fahrzeug dargestellt. Diese umfaßt einen Empfänger 1 für Führungssignale, der von bekannter Art sein kann, und der geeignet ist, die von einem entfernten Regler ausgesandten Führungssignale zu empfangen und der in einem auf vorgegebenen Bahnspuren bewegten Fahrzeug arbeitet. Der Empfänger 1 ist mit dem Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystem 2 über eine Steuerungsanordnung verbunden, welche einen ersten Vergleichsschaltkreis 3* einen Kopfabstandsschaltkreis 4, einen zweiten Vergleichsschaltkreis 5a, einen Integrier- und Begrenzerschaltkreis 5x und einen Bewegungssignal-Ableitungsschaltkreis 7 umfaßt. Im Betrieb gibt der Empfänger 1 die Führungssignale auf den einen Eingang des Vergleichsschaltkreises J>. Die abgewandelten Geschwindigkeitbefehls- oder Stellsignale gehen vom Ausgang des Begrenzerschaltkreises 5x zum Eingang des Servosystems 2. Der Ableitungsschaltkreis 7 liefert Bewegungssignale, welche die Ist-Bewegung des Fahrzeugs darstellen, zum zweiten Eingang des Vergleichsschaltkreises 3, und ein Bewegungsänderungssi gnal, welches im wesentlichen die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, zum Kopfabstandsschaltkreis 4. Der erste Vergleichsschaltkreis 3 liefert Signale, welche von der Differenz der an seine Eingänge gelegten Signale abhängen. Verschiedene bekannte Schaltkreise können für diesen Zweck verwendet werden.

Die auf den Vergleichsschaltkreis 3 gegebenen Führungssignale stellen die Soll- und von dem entfernten Regler befohlene Vorwärtsbewegung dar. Der Vergleichsschaltkreis 3 vergleicht diese Führungssignale mit den Bewegungssignalen.

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Die Ausgangssignale dieses Schaltkreises liefern die Wegnacheilung. Diese ergibt sich aus der Wirkung der Differenz zwischen der durch das Führungssignal dargestellten Soll-Bewegung und der Ist-Bewegung im Hinblick auf die abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignale .

Der Kopfabstandsschaltkreis 4 antwortet auf das Bewegungsänderungssi gnal und liefert ein entsprechendes Kopfab-Standssignal. Der gewünschte Kopfabstand bei einer gegebenen Geschwindigkeit ist der Abstand vor dem Fahrzeug, der von Störungen frei gehalten werden sollte, damit das Fahrzeug, wenn notwendig, sicher zum Stehen gebracht werden kann. Da die kinetische Energie, die beim Abbremsen des Fahrzeugs verbraucht werden muß, proportional zum Quadrat seiner Geschwindigkeit ist und da die maximale Abbremsung vorgegeben ist, ist der erforderliche Bremsabstand proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit. Der angestrebte Kopfabstand ist daher im wesentlichen proportional zum Quadrat des entsprechenden Wertes des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals. Der Kopfabstandsschaltkreis 4 kann daher ein die Spannung analog quadrierender Schaltkreis oder ein die digitale Anzeige quadrierender Schaltkreis bekannter Art sein. Sein Ausgang braucht jedoch nicht genau proportional zum Quadrat des Wertes des abgewandelten Geschwindigkeitsbefehlssignals zu sein. Abweichungen von dieser exakten quadratischen Abhängigkeit sind erlaubt. Sie können für die erhöhte Sicherheit oder die Ansprechzeit des Regelungssystems verwendet werden.

Der zweite Vergleichsschaltkreis antwortet auf die Differenz zwischen dem Wegnacheilsignal und dem Kopfabstandssignal, so daß er nur dann den Ausgang des Geschwindigkeitbefehls- oder Stellsignals erhöht, wenn die Wegnacheilung

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größer ist als der Kopfabstand, welcher für die durch das
Bewegungsänderungssignal dargestellte Geschwindigkeit ausreichend ist. Wenn das Fahrzeug die befohlene Geschwindigkeit erreicht, dann entspricht die Wegnacheilung im wesentlichen dem gewünschten Kopfabstand. Tatsächlich ändert der Schaltkreis 5 die Geschwindigkeitbefehlssignale so, daß sie hinter den FUhrungssignalen nacheilen. Dabei zeigt eine
Zähleranzeige des Führungssignals den Abstand an, der vor der Ist-Lage des Fahrzeugs ist und in dem das Fahrzeug zum Stehen kommt, wenn die Führungssignale durch einen Fehler enden. Im Betrieb des Systems ist zu jeder Zeit jedes Fahrzeug einem Bahnspurabschnitt oder einer Schiene zugeordnet. Wie bei den bereits bekannten Systemen kann sich zu einer gegebenen Zeit auf einem gegebenen Abschnitt nur ein Fahrzeug befinden. Dagegen ist aber bei dem erfindungsgemäßen System jedem Fahrzeug ein Abschnitt zugeordnet, in welchem es zum Stehen gebracht werden kann.

Eine derartige Anordnung vereinfacht die in einem Regelspursystem erforderlichen Regelungen. Sie ermöglicht es,
eine fehlerfreie Regelung zu erreichen. Im einzelnen liegen beträchtliche Vereinfachungen dieser Anordnung darin, daß
sowohl Notbremsungen, als auch normale Beschleunigungen und Abbremsungen möglich sind, ohne daß die Beziehung des Fahrzeugs zu dem ihm zugeordneten Abschnitt gestört wird. So
können beliebig viele Beschleunigungen und Abbremsungen bei einem Fahrzeug während einer Fahrt vorgenommen werden, ohne daß der Abschnitt, mit dem das Fahrzeug verbunden ist, geändert zu werden braucht. Selbst im Falle einer Notbremsung ist eine solche Korrektur im allgemeinen nicht erforderlich.

Die FührungssignaIe haben gewöhnlich die Form von Impulsen, wobei jeder Impuls eine Solländerung der Vorwärtsbe-

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wegung darstellt, wie zum Beispiel den Befehl, sich von einem vorbestimmten Abschnitt der Bahnspur zum nächsten zu bewegen. Daraus folgt, daß der Befehl an das Fahrzeug, sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit vorwärts zu bewegen, durch einen regelmäßigen Fluß von Impulsen übertragen werden kann, wobei die Impulsfrequenz der erforderlichen Geschwindigkeit entspricht. Der Befehl an das Fahrzeug, sich über eine bestimmte Anzahl von Abschnittslängen zu bewegen, kann durch eine Impulsfolge übermittelt werden, wobei die Anzahl der Impulse dieser Impulsfolge proportional zur Länge der Abschnitte ist, über welche die Bewegung erfolgen soll. Dies ist eine bequeme Art der Regelung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt das Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystem einen Lage- oder Bewegungsrüekkopplungskreis und einen Geschwindigkeits- (oder Änderung der Bewegung)-rückkopplungskreis. Diese gewährleisten, daß die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs dicht bei der durch die abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignale festgelegten Geschwindigkeit liegt, so daß die Fehler, die dadurch entstehen, daß der Kopfabstand aus den abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignalen anstatt aus der Ist-Geschwindigkeit ermittelt wird, vernachlässigt werden "können. Der Ableitungsschaltkreis 7 weist dann einfach eine Verbindung auf, um das abgewandelte Geschwindigkeitbefehlssignal an den Kopfabstandssehaltkreis 4 anzulegen, und einen mit ihm verbundenen Impulsgenerator, welcher Impulse verschiedener Frequenz erzeugt, welche zum Wert des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals proportional sind. Da das abgewandelte Geschwindigkeitbefehlssignal im wesentlichen dem Ist-Signal der Geschwindigkeit entspricht, und da die Impulsfrequenz hierzu proportional ist, kann jeder Impuls als Darstellung des Fortlaufs der Ist-Bewegung angesehen werden.

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Die Verbindungen und Regelungseinrichtungen des Systems sind sehr einfach, da die Begrenzung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung, die Maßnahmen, um die Last der Ladung im Fahrzeug, die Gradienten der Bahnspur und die Kraft des Windes auf das Fahrzeug auszugleichen, in jedem Fahrzeug durch die Regelungsvorrichtung vorgenommen werden. Im allgemeinen ist es nicht notwendig, daß damit die Bahnspur oder die zentrale Regelungsvorrichtung belastet werden.

Eine mögliche Ausführungsform der Regelungseinrichtung und ihre Arbeitsweise in einem Fahrzeug werden nun anhand der Fig. 2 genauer beschrieben. Mit den Bezugszeichen 1 und 4 sind wieder der Empfänger für die Führungssignale und der Kopfabstandsschaltkreis bezeichnet. Der Vergleichsschaltkreis, der in der Fig. 1 mit 3 bezeichnet wurde, besteht aus einem Vor- und Rückwärtszählschaltkreis 3b, an welchen ein Digital-Analogkonverter 3c angeschlossen ist. Der zweite Vergleichsschaltkreis 5a ist ein Differenzverstärker. Der Integrier- und Begrenzerschaltkreis (in der Fig. 1 mit 5x bezeichnet) umfaßt einen Schwellenwertschaltkreis 5b und einen Integrationsverstärker 5c, welcher jeweils über zwei Dioden 5d, 5© mit zwei Bezugsspannungsquellen V und V , verbunden ist. Der Schwellenwertschaltkreis 5b kann ein gewöhnlicher Schmitt-Trigger sein, der mit dem Vergleichsschaltkreis 5a so verbunden ist, daß eine erste vorgegebene Ausgangsspannung V. geliefert wird, wenn das Positions- oder Wegnacheilsignal vom Konverter 3c größer ist als das Kopfabstandssignal vom Kopfabstandsschaltkreis 4, und daß eine zweite vorgegebene Spannung V₂ geliefert wird, wenn das Wegnacheilsignal kleiner ist als das Kopfabstandssignal. Der Integrationsverstärker 5c ist ein Operationsverstärker mit kapazitiver Rückkopplung,

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welcher ein Signal liefert, das der Integration der an seine Eingänge gelegten Signale entspricht. Die Dioden 5d und 5e sind jeweils mit dem Ausgang oder den Rückkopplungsverbindungen des Verstärkers 5c verbunden, so daß sich dessen Ausgangsspannung zwischen der Spannung V . (welche der Geschwindigkeit 0, d.h. dem Halten entspricht) und der Spannung V (welehe die maximal gewählte Geschwindigkeit darstellt) bewegt. Der Ausgang des Verstärkers 5c liefert die analoge Form des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals. Er ist mit einem Variabelimpulsgenerator 10 verbunden, der variable Impulsfolgen liefert. Dieser Impulsfluß wird durch das abgewandelte Geschwindigkeitbefehlssignal festgelegt. Der Ausgang des Variabelimpulsgenerators IO ist über einen Impulszerteilerschaltkreis Ja mit dem zweiten Eingang des Zählschaltkreises Jb verbunden.

Bei der in Pig. 2 dargestellten Anordnung umfaßt das Stell- oder Servosystem (das in der Fig. 1 mit 2 bezeichnet wurde) einzelne Teile, welche mit den Bezugszeichen 20 bis versehen sind und weiter unten näher erläutert werden. Es steuert einen Motor 15* welcher so angeordnet ist, daß er die Räder 16 des Fahrzeugs längs der Spur 17 treibt. Der Pfeil 18 stellt die relative Bewegung der Spur 17 im Hinblick auf die Vorrichtung des Fahrzeugs dar, wenn sich das Fahrzeug längs der Spur 17 bewegt. Spurmarkierungen I9 sind in ungefähr gleichen Abständen längs der Spur 17 angeordnet.

Das Geschwindigkeitsregelungssystem umfaßt einen SpurregistrierfUhler 20, der so konstruiert ist, daß er auf die Nähe der Spurmarkierungen 19 anspricht und einen Impuls aussendet, wenn er an einer Spurmarkierung 19 vorbeiläuft. Mit dem Rad 16 ist ein Radgeschwindigkeits-Meßwertumwandler 21 verbunden, welcher an seinem Ausgang eine analoge Spannung lie-

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fert, die von der Drehzahl des Rades 16 abhängt. Ein Vergleichsschaltkreis in der Form eines Vor-und Rückwärtszählers 22 hat einen positiven Eingang zum Empfang der durch den Variabelimpulsgenerator erzeugten Impulse. Er hat ebenso einen demgegenüber negativen Eingang, der mit dem Ausgang des Spurregistrierfühlers 20 verbunden ist. An den Zähler 22 ist ein Digital-Analogkonverter 23 angeschlossen, der ein analoges Signal liefert, welches die Differenz zwischen der Gesamtzahl der durch den Variabelimpulsgenerator 10 und der Gesamtzahl der durch den Spurregistrierfühler 20 eingegebenen Impulse darstellt.

Der Ausgang des Spurregistrierfühlers 20 ist auch mit einem Integrierschaltkreis 24 verbunden, um analoge Signale zu bilden, welche von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängen, wie diese durch die Frequenzfolge der Ausgangsimpulse des Spurregistrierfühlers 20 gemessen wird. Die Ausgänge des Schaltkreises 24 und des Wandlers 21 sind mit dem Verstärker 25 verbunden. Die Ausgänge der Verstärker 5a und 25 sind an einen ersten VerknUpfungsschaltkreis 26 angeschlossen. Der Ausgang des Konverters 2J ist über einen Verstärker 27 an einen zweiten Verknüpfungsschaltkreis 28 angeschlossen, welcher ebenfalls mit dem Ausgang des ersten Verknüpfungsschaltkreises 26 verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Verknüpfungsschaltkreises 28 ist über einen Leistungsverstärker 29 an den Motor 15 angeschlossen.

Beim Betrieb eines Systems mit einer Vielzahl von Fahrzeugen, von denen jedes mit der in der Fig. 2 dargestellten Regelungsvorrichtung versehen ist, und die auf vorgegebenen Bahnspuren laufen, empfängt ein typisches Fahrzeug über den Führungssignalempfänger die Impulssignale von einem entfern-

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-löten Regler. In einer bevorzugten Ausführungsform .des Systems sind die Bahnspuren begrifflich in Abschnitte unterteilfei Die-Abschnitte sind durch Abschnittsmarkierungen gekennzeichnet:, die an den Bahnspuren befestigt sind und die durch den Spurregistrierfühler 20 wahrgenommen werden. Eine ganze Anzahl Spurmarkierungen I9 sind an Jedem Abschnitt der Bahnspur angebracht .

Der Variabelimpulsgenerator 10 ist ein herkömmlicher . steuerbarer Multivibrator. Er liefert Impulse im Frequenzbereich des Geschwindigkeitbefehls- oder Stellsignals mit der Spannung V und mit einer Frequenz, welche im wesentlichen der Frequenz gleich ist, mit der das Fahrzeug an den Spurmarkierungen 19 vorbeiläuft, wenn es mit der durch die Spannung V gekennzeichneten Geschwindigkeit fährt. Wenn daher das Fahrzeug mit der durch das Geschwindigkeitbefehlssignal dar- gestellten Geschwindigkeit fährt, dann geben der Variabelimpulsgenerator 10 und der Spurregistrierfühler 20 die gleiche Anzahl von Impulsen auf die beiden Eingänge des Vor- und Rüekwärtszählers 22. Der Impulszerteilerschaltkreis ^a ist ein herkömmlicher Ringzähler, dessen Teilungsverhältnis der Anzahl der an jedem Abschnitt der Bahnspur vorgesehenen Spurmarkierungen 19 entspricht. Der Ausgang des Schaltkreises J5a liefert daher eine Reihe von Impulsen, die der Anzahl der Abschnittslängen entsprechen, wenn das Fahrzeug mit der durch die Spannung des Geschwindigkeitbefehlssignals festgelegten.Geschwindigkeit vorbeifährt. Das Servo- oder Stellsystem, das aus den Teilen 20 bis 29 besteht, paßt die Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeuges an die durch das Geschwindigkeitbefehlssignal festgelegte Geschwindigkeit an. Aber wie bei allen unter dynamischen Bedingungen arbeitenden Servosysteinen bestehen Unterschiede zwischen der Ist-Geschwindigkeit und der befohle-

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nen Geschwindigkeit. Es wird daher auf den Impulszerteilerschaltkreis ^a hingewiesen mit den Impulsen, deren Maß den Abschnitten entspricht. Dieses Maß entspricht angenähert den Abschnitten der Ist-Prozesse.

Die an den positiven Eingang des Vor- und RUckwärtszählschaltkreises yo angelegten Impulse stellen daher die befohlenen Abschnittslängen bei der Bewegung dar, während dagegen die an den negativen Eingang des ZählSchaltkreises 3b angelegten Impulse ungefähr die Abschnittslängen der Ist-Bewegung im Frequenzbereich des Geschwindigkeitbefehlssignals wiedergeben.

Daher beinhaltet der Zählschaltkreis ~3b insgesamt die Weg- oder Positionsnacheilung. Dies ist das Ergebnis der gemeinsamen Wirkung der mit den Bezugszeichen 4 und 5 bis 5e bezeichneten Teile. Der Digital-Analog-Konverter 3c liefert ein analoges Spannungssignal, das diese Nacheilung wiedergibt.

Wenn das Fahrzeug zunächst in Ruhe ist, dann zeigen das am Ausgang des Konverters 3c liegende Positionsnacheilsignal, das Kopfabstandssignal und das Ausgangssignal des Schwellenwertschaltkreises 5b den Wert Null an. Als Beispiel soll angenommen werden, daß der Empfänger 1 damit beginnt, eine Reihe von FUhrungsimpulsen im regelmäßigen Fluß von Nc Impulsen in der Sekunde zu empfangen, die einen Befehl darstellen, die Geschwindigkeit auf Nc Abschnittslängen pro Sekunde zu steigern und diese Geschwindigkeit so lange aufrechtzuerhalten, wie diese Impulse empfangen werden. Die in den Zählschaltkreis J5b gelangenden Führungsimpulse vergrößern das Ausgangssignal und liefern ein Positionsnacheilsignal Vg, das größer ist als das Kopfabstandssignal Vh. Wenn das Positionsnacheilsignal größer ist als das Kopfabstandssignal Vh, dann gibt der

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Sehwellenwertschaltkreis 5b eine Spannung V, zum Verstärker 5c, welche integriert wird, um ein linear anwachsendes Geschwindigkeitbefehlssignal V zu liefern. Die Spannung V, ist so gewählt, damit die Zuwachsrate von V unter diesen Umständen der maximalen Beschleunigung entspricht, welche mit dem Komfort der Fahrgäste vereinbar ist. Da V linear anwächst, wächst das Kopfabstandssignal proportional zum Quadrat von V , und der Variabelimpulsgenerator 10 erzeugt Impulse, deren Frequenz linear ansteigt. Da V bis zu dem Wert anwächst, der der Führungsgeschwindigkeit von Nc Abschnittslängen pro Sekunde entspricht, nähern sich die Ausgangsimpulsfrequenz des Schaltkreises J*a. der Führungs impuls frequenz und das Positionsnacheilsignal einem konstanten Wert.

Das Kopfabstandssignal wird dem Weg- oder Positionsnacheilsignal gleich, wenn das Befehlssignal V einen Spannungswert erreicht, der der befohlenen Geschwindigkeit Nc entspricht. Das Positionsnacheilsignal Vg wird dann zwischen Maßsprüngen wechseln, welche den Veränderungen der Zahlen +1 und -1 entsprechen. Dies geschieht wechselnd, da der Zähler Impulse vom Schaltkreis J5^{a un}d vom Empfänger 1 bekommt. Der Ausgang des Schwellenwertschalters 5b schaltet dann wechselnd von der Spannung V- zur Spannung Vp· Dies geschieht im Verhältnis 1:1 der Markierungsmarke zur Strecke. Dadurch wird V auf einem Niveau gehalten, das der befohlenen Geschwindigkeit Nc entspricht.

Wenn nun die Frequenz der Führungsimpulse bedeutend gesenkt wird, dann fällt das Positionsabstandssignal ab und der Schwellenwertschaltkreis 5b liefert.dem Verstärker 5c die Spannung Vp· Die Integration dieses Signals führt dazu, daß das Ausgangssignal V linear mit einer Neigung abfällt, welche der maximal erträglichen Abbremsung entspricht, bis wieder

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ein neues Gleichgewicht erreicht ist.

Die vorstehenden Erläuterungen gehen davon aus, daß die befohlene Geschwindigkeit von Nc Abschnittslängen in der Sekunde nicht größer ist als die maximal erträgliche Geschwindigkeit und daß das Geschwindigkeitbefehlssignal Y deshalb kleiner ist als der höchstens erlaubte Wert f„_o . Beim Betrieb des Systems kann es auch vorkommen, daß einem ausgewählten Fahrzeug der Befehl gegeben wird, eine gegebene Anzahl von Abschnittslängen mit einer raschen Impulsfolge zurückzulegen. In einem solchen Fall erhöht sich die Zahl des ZählSchaltkreises Jb zeitweise auf einen hohen Wert und wird dann schrittweise reduziert, wenn sich das Fahrzeug der geforderten Lage nähert. Zuerst fährt das Fahrzeug mit maximaler Beschleunigung; aber die Beschleunigung wird abgebremst, wenn das Fahrzeug die maximal sichere Geschwindigkeit erreicht.

Dies wird durch die begrenzende Wirkung der Diode 5d erreicht, welche verhindert, daß V größer wird als V"

ΠΙ

So wird V bei V,_Q_. gehalten und das Fahrzeug fährt mit der ■m max

maximalen Geschwindigkeit, bis es in den Kopfabstandsbereich seines Bestimmungsorts gelangt. Wenn keine weiteren Befehlsimpulse empfangen wurden, dann wird das Positionsnacheilsignal kleiner als das Kopfabstandssignal, und das Fahrzeug wird abgebremst, um an seinem Bestimmungsort stehen zu bleiben.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystems, welches auf das Geschviindigkeitbefehlssignal V reagiert und den Motor 15 entsprechend steuert, näher beschrieben. Der Radgeschwindigkeit-Meßwertumwandler 21 liefert ein Ist-Geschwindigkeitssi'gnal mit einem schnellen Ansprechen auf Veränderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, die'durch Windstöße oder plötzliche Veränderungen des Bahngradienten entstehen können. Pneu-

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matische Radreifen sind jedoch wünschenswert, um ein ruhiges und glattes Laufen bei guter Haftung auf der Bahnspur zu gewährleisten. Die Abnutzung der pneumatischen Reifen und ihr Nachgeben gegen Druck verringern die Genauigkeit der Geschwindigkeitssignale des Meßwertumwandlers 21. Der Spurregistrierfühler 20 liefert ein Ausgangssignal, das nach seiner Glättung oder Integration im Schaltkreis 24 ein ziemlich genaues Geschwindigkeitssignal bildet. Aber die Hochfrequenzantwort auf dieses Signal wird durch den Abstand der Spurmarkierungen 19 begrenzt und es ist unwirtschaftlich, die Spurmarkierungen 19 in dichtem Abstand zu halten. Die Ausgänge des Wandlers 21 und des Schaltkreises 24 sind mit dem Verstärker 25 verbunden und liefern ein Geschwindigkeitssignal von genügend hohem Frequenzbereich mit einer verhältnismäßig großen Genauigkeit bei mittleren Frequenzen. Dieses Signal wird im Verknüpfungsschaltkreis 26 mit dem abgewandelten Geschwindigkeitsbefehlssignal verglichen, um ein Geschwindigkeitabweichungssignal zu bilden. Der Verknüpfungsschaltkreis 26 kann zum Beispiel ein Differenzverstärker sein.

Wie oben erläutert wurde, empfängt der positive Eingang des Vor- und RückwärtsZählers 22 Impulse, die dem Stromwert des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals entsprechen, während der negative Eingang Impulse empfängt, die den gerade vorbeigelaufenen Spurmarkierungen zugeordnet sind. Der Inhalt des Zählers 22 stellt deshalb das Gesamtergebnis der Geschwindigkeitsabweichung dar, und der entsprechende analoge Ausgang des Konverters 23 kann als zweites Geschwindigkeitabweichungssignal genommen werden, das einen niedereren Frequenzbereich bei größerer Langzeitgenauigkeit hat. Die Geschwindigkeitabweichungssignale werden in den Verknüpfungsschaltkreis 28 eingegeben, der ein herkömmlicher Additionsverstärker sein kann, und steuern über den Leistungsverstärker 29 die Be-

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schleunigung des Motors 15·

Viele Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind nützlich. Eine größere Genauigkeit wird erzielt, wenn der Schmitt-Trigger mit einem elektronischen Steuerschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden ist, um den Eingang des IntegrationsVerstärkers mit Bezugsspannungsquellen V, und Vp zu verbinden.

Das Radgeschwindigkeitssignal kann genauer gemacht werden, wenn der Ausgang des Schaltkreises 24 an einen automatischen Verstärkerregelungsschaltkreis gelegt wird, der die Verstärkung des Verstärkers 25 steuert, so daß dieser die Effekte, die durch die Radabnutzung und durch die Aufgeblasenheit des Rades entstehen, durch Änderung der Verstärkung des Verstärkers 25 kompensiert. In Fig. 5 ist eine Anordnung dieser Art dargestellt, wobei der Ausgang des Schaltkreises mit einer Verknüpfungsvorrichtung 4o verbunden ist, deren Ausgangssignal den Verstärker 25 steuert. Eine Rückupplungsverbindung ist zwischen dem Ausgang des Verstärkers 25 über das Tiefpaßfilter 41 zur Einrichtung 40 vorgesehen.

Im Betrieb hängt das Ausgangssignal der Einrichtung 4o von der Differenz zwischen den Signalen vom Schaltkreis 24 und dem Filter 4l ab. Er paßt die Verstärkung des Verstärkers 25 an, so daß ein durchschnittliches Pegel von dessen Ausgangssignalen die vom Spurregistrierfühler 20 über den Schaltkreis 24 kommenden Signale angleicht, und so die Genauigkeit des Ist-Geschwindigkeitssignals erhöht, ohne die schnelle Reaktion zu beeinträchtigen. Der Schaltkreis 24 kann ein einfacher RC-Schaltkreis oder ein Tiefpaßfilter

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der bekannten Art sein. Er kann aber auch einen Diodenpumpschal tkreis umfassen, der für jeden Impuls, den er empfängt, eine gegebene Ladungsmenge an ein Tiefpaßfilter gibt.

Der Abstand der Spurmarkierungen kann auf Bahnspurabschnitten, auf denen niedere Geschwindigkeiten erwünscht sind, verringert, und auf langen, geraden Abschnitten, die frei von Gefahren sind, vergrößert werden.

Anstelle der beiden Schaltkreise 5a und 5b kann auch ein einziger Schaltkreis verwendet werden.

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Claims

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- 23 Patentansprüche

1. Hegelungsvorrichtung in einem Fahrzeug zur Regelung des V^_F_aiirzeugs in einem Transportsystem, in dem das Fahrzeug auf festgelegten Wegen oder Bahnspuren fährt, mit einem ersten Vergleichssohaltkreis, der einen ersten Eingang zum Empfang der Führungssignale und einen zweiten Eingang zum Empfang der Bewegungs-Ist-Signale hat, welche im wesentlichen die Ist-Bewegung des Fahrzeugs darstellen, und der ein Positions- oder Wegnacheilsignal abhängig von den Unterschieden zwischen den Führungssignalen und den Ist-Signalen liefert, und mit einem Kopfabstands-Schaltkreis, der ein Kopfabstandssignal liefert, das den Soll-Kopfabstand, abhängig von der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeugs, darstellt, gekennzeichnet durch einen zweiten Vergleichsschaltkreis (5a) und einen Integrier- und Begrenzerschaltkreis (5x), die einen ersten Eingang zum Empfang des Positionsnacheilsignals und einen zweiten Eingang zum Empfang des Kopfabstandssignals haben, die einerseits ein abgewandeltes Geschwindigkeitstell- oder -befehlssignal abhängig von der schrittweisen Integration der Unterschiede zwischen dem Positionsnacheilsignal und dem Kopfabstandssignal liefern und die andererseits den Wertebereich des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals so einschränken, daß dieses ein Signal zur fortwährenden angestrebten Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs während einer Fahrt im Transportsystem darstellt.

2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Empfänger für Führungssignale, der die Führungssignale als eine Impulsfolge verfügbar macht, wobei jeder Impuls ein Maß für die ge-

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wünschte Bewegung darstellt, und mit einem Geschwindigkeitssteuerungs-Servo- oder Stellsystem, welches die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend dem abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabstandsschaltkreis (4) mit einem Variabelimpulsgenerator (10) verbunden ist, um das abgewandelte Geschwindigkeitbefehlssignal vom Ausgang des Integrier- und Begrenzerschal tkreises (5x) zu empfangen, daß der Kopfabstandsschaltkreis (4) so angeschlossen ist, daß das Kopfabstandssignal ent-P sprechend dem Wert des abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignals ausgebildet ist, und daß der Impulsgenerator (10) eine Impulsfolge mit veränderlicher Folgefrequenz liefert, welche vom abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal so abhängt, daß jeder Impuls im wesentlichen ein Maß der Ist-Bewegung darstellt, und daß diese die Bewegung anzeigenden Impulse an den zweiten Eingang, des ersten Vergleichsschaltkreises (3) gelegt sind.

J5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2, zum Gebrauch in einem Fahrzeug mit mindestens einem Rad, das fortwährend auf dem Weg oder der Bahnspur läuft, auf welcher das Fahr- ^ zeug fährt, wobei das Geschwindigkeitsregelungs-Servosystem einen Radgeschwindigkeit-Meßwertumwandler und einen Spurregistrierfühler umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (2) weiterhin umfaßt einen Integrierschaltkreis (24), der mit dem Ausgang des Spurregistrierfühlers (20) verbunden ist, und einen ersten Verknüpfungsschaltkreis (25; 40, 4l), der fortwährend die Ausgangssignale des Integrierschaltkreises (24) und des Radgeschwindigkeit-Meßwertumwandlers (21) verknüpft, um ein Ist-Geschwindigkeitssignal zu bilden.

4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verknüpfungsschaltkreis einen Ver-

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stärker (25)j ein mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenes Tiefpaßfilter (4l) und Mittel (4o) zur Steuerung der Verstärkung des Verstärkers (25) umfaßt, um so den Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Filters (4l) und dem Ausgangssignal des Integrierschaltkreises (24) zu verringern.

5. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitssteuerungs-Servosystem weiterhin umfaßt:

einen Vor- und Rückwärtszähler (22), dessen erster Eingang mit dem Impulsgenerator (10) und dessen zweiter Eingang mit dem Spurregistrierfühler (20) verbunden ist, um ein Signal zu liefern, das von der Differenz abhängt, die zwischen der Bewegung, wie sie durch die vom Impulsgenerator (10) gelieferten Impulse dargestellt wird, und der Bewegung besteht, wie sie durch die vom Spurregistrierfühler (20) gelieferten Impulse dargestellt wird,

einen zweiten Verknüpfungsschaltkreis (26), der an den Ausgang des ersten Verknüpfungsschaltkreises (25) und den Ausgang des Integrier- und Begrenzerschaltkreises (5x) angeschlossen ist, und ein von der Differenz zwischen dem abgewandelten Geschwindigkeitbefehlssignal und dem Ist-Geschwindigkeitssignal abhängiges Signal liefert, und

einen dritten Verknüpfungsschaltkreis (23, 27, 28), der die Signale des Vor- und Rückwärtszählers (22) mit den Signalen des zweiten Verknüpfungsschaltkreises (26) verknüpft und so ein Signal liefert, das einen Antriebsmotor der; Fahrzeugs steuert.

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6. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichs-, Integrier- und Begrenzerschaltkreis (5^a* 5*0 umfaßt

Schaltkreise (5a, 5b)» die eine erste vorbestimmte Spannung (V.) liefern, wenn der durch das Kopfabstandssignal dargestellte Kopfabstand kleiner ist als die durch das Positionsnacheilsignal dargestellte Positionsnacheilung, und die eine zweite vorbestimmte Spannung (Vp) liefern, wenn der Kopfab- W stand größer ist als die Positionsnacheilung,

einen Integrierschaltkreis (5c), der das von der schrittweisen Integration der durch die Schaltkreise (5a, 5b) entwickelten Spannungen abhängiges Geschwindigkeitsbefehlssignal liefert, und

Einrichtungen (5d» 5e), die den Wertebereich des Geschwindigkeit sbefehlssignals einschränken.

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