CH667930A5 - VEHICLE CONTROL AND CONTROL SYSTEM. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuerungsund -leitanlage gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a vehicle control and guidance system according to the preamble of claim 1.
Obwohl die Position eines Fahrzeugs an bestimmten Standorten durch an Bord befindliche Fühler und externe Positionsmarkierungen genau bestimmt werden kann, ergeben sich Schwierigkeiten bei dem Versuch, die Bewegung des Fahrzeugs auf stetige (weiche) und ökonomische Weise genau zu steuern. Im allgemeinen kann sich ein unbemanntes Fahrzeug nur auf einer vorbestimmten Bahn bewegen, indem entweder feste Schienen verwendet werden, an denen die Räder anliegen, oder Kabel, die unter der einzuhaltenden Bahn eingegraben sind. Derartige Einrichtungen mit Schienen oder Kabel sind kostspielig und unzweckmässig dauerhaft, weil die Bahnen dadurch ein für allemal festliegen. Although the position of a vehicle in certain locations can be accurately determined by sensors and external position markers on board, difficulties arise in trying to precisely control the movement of the vehicle in a steady (soft) and economical manner. In general, an unmanned vehicle can only move on a predetermined path using either fixed rails against which the wheels rest or cables buried under the path to be followed. Such devices with rails or cables are expensive and unsuitably durable because the tracks are fixed once and for all.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugsteuerungs- und -leitanlage für ein freimanövrierbares unbemanntes Fahrzeug anzugeben, das eine manuelle Lenkung eines Fahrzeugs auf einer gewünschten Bahn ermöglicht. The invention has for its object to provide a vehicle control and guidance system for a freely maneuverable unmanned vehicle, which enables manual steering of a vehicle on a desired track.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, dass die Einrichtung zum Vorgeben einer gewünschten Bahn eine Speichereinrichtung It is preferably ensured that the device for specifying a desired path has a storage device
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zum Speichern der Bahn in Form einer Folge geradliniger Segmente und eine Einrichtung zum Umwandeln des Übergangs der geradlinigen Segmente in stegig (weich) gekrümmte Übergangssegmente aufweist. for storing the web in the form of a sequence of rectilinear segments and a device for converting the transition of the rectilinear segments into web-like (soft) curved transition segments.
Ferner kann eine Einrichtung zum Speichern einer zulässigen maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer zulässigen Bahnbreite für jedes gerade und gekrümmte Segment in Abhängigkeit von den örtlichen Bahnbedingungen vorgesehen sein. Furthermore, a device for storing a permissible maximum vehicle speed and a permissible path width can be provided for each straight and curved segment depending on the local path conditions.
Die Koppelnavigationseinrichtung kann eine Einrichtung zum Abschätzen der Position und des Kurses des Fahrzeugs nach jeder Folge von Zeit- und Weginkrementen von der Position und dem Kurs des Fahrzeugs am Anfang des Inkrements aus und in Abhängigkeit von der Vorwärts- und Drehbewegung des Fahrzeugs während dieses Inkrements aufweisen. The dead reckoning device may include means for estimating the position and heading of the vehicle after each series of time and path increments from the position and heading of the vehicle at the beginning of the increment and depending on the forward and rotational movement of the vehicle during that increment .
Vorzugsweise weist das System eine Einrichtung zum Vorhersagen des Peilwinkels eines der Bezugsziele von dem Fahrzeug aus auf der Basis der abgeschätzten Position des Fahrzeugs und der zuletzt bestimmten Position des Bezugszieles auf. The system preferably has a device for predicting the bearing angle of one of the reference targets from the vehicle on the basis of the estimated position of the vehicle and the last determined position of the reference target.
Vorzugsweise ist eine Einrichtung zur Eingabe der besten Schätzwerte in die Koppelnavigationseinrichtung als Basis, auf der der Schätzwert der Fahrzeugposition und des Fahrzeugkurses beim nächsten Inkrement ermittelt wird, vorgesehen. A device for inputting the best estimated values into the dead reckoning device is preferably provided as a basis on which the estimated value of the vehicle position and the vehicle course at the next increment is determined.
Ferner kann eine Einrichtung zum sequentiellen Erzeugen der Koordinaten inkrementeller Bezugspunkte auf den Segmenten, die inkrementelle Vektoren definieren, wobei der Abstand zwischen diesen Punkten gleich dem Produkt der maximal zulässigen Geschwindigkeit für dieses Segment und einem Basiszeitinkrement ist, vorgesehen sein. Ausserdem kann eine Fehlerfeststelleinrichtung zum Vergleichen der besten Schätzwerte der Fahrzeugposition und des Kurses mit der Position und dem Kurs des nächsten inkrementellen Vektors und zum Erzeugen von Weg- und Kursfehlersignalen und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Lenkwinkelsollwertsignals in Abhängigkeit von den Weg- und Kursfehlersignalen vorgesehen sein. Means may also be provided for sequentially generating the coordinates of incremental reference points on the segments which define incremental vectors, the distance between these points being equal to the product of the maximum permissible speed for this segment and a base time increment. In addition, an error detection device can be provided for comparing the best estimates of the vehicle position and the course with the position and the course of the next incremental vector and for generating path and course error signals and a device for generating a steering angle setpoint signal as a function of the path and course error signals.
Sodann kann dafür gesorgt sein, dass die Feststelleinrichtung eine Einrichtung zum Transformieren der Koordinaten der besten Schätzwerte der Fahrzeugposition und des Kurses in einen Bezugsrahmen mit einer Koordinatenachse, die mit einem örtlichen inkrementellen Vektor zusammenfällt und einen Nullpunkt aufweist, der mit dem Bezugspunkt zusammenfällt, zu dem der örtliche inkrementelle Vektor gerichtet ist, aufweist. It can then be ensured that the determining device has a device for transforming the coordinates of the best estimates of the vehicle position and the course into a reference frame with a coordinate axis that coincides with a local incremental vector and has a zero point that coincides with the reference point to which the local incremental vector is directed.
Ein Geschwindigkeitssollwertsignal für das Fahrzeug kann von der Anzahl der Bezugspunkte abhängig gemacht werden, die vor der Fahrzeugposition erzeugt werden. A speed command signal for the vehicle can be made dependent on the number of reference points that are generated before the vehicle position.
Nachstehend wird ein, bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Fahrzeugsteuerungs- und -leitsystems anhand der Zeichnung näher beschrieben. A preferred exemplary embodiment of a vehicle control and guidance system according to the invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbahn auf einer begrenzten Fläche eines Fabrikbodens, 1 is a schematic representation of a vehicle track on a limited area of a factory floor,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das längs einer vorbestimmten Bahn geleitet und gesteuert werden soll, 2 shows a schematic representation of a vehicle which is to be guided and controlled along a predetermined path,
Fig. 3 und 4 Diagramme der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs auf der Fabrikbodenfläche in bezug auf Fabrikkoordinatenachsen, 3 and 4 diagrams of the position and orientation of the vehicle on the factory floor surface with respect to factory coordinate axes,
Fig. 5 und 6 schematisch die Bahn eines Fahrzeugs, die freie Bahnbreite des Fahrzeugs und Abbiegungen in der Bahn, 5 and 6 schematically the path of a vehicle, the free path width of the vehicle and turns in the path,
Fig. 7 ein Blockschaltbild des Systems, 7 is a block diagram of the system;
Fig. 8 ein Blockkschaltbild eines Kaiman-Filterprozesses des Systems, 8 is a block diagram of a Cayman filter process of the system;
Fig. 9 ein Diagramm, das Weg- und Richtungsfehler des Fahrzeugs darstellt, und 9 is a diagram illustrating path and direction errors of the vehicle, and
Fig. 10 ein Diagramm einer Transformation zwischen «Fa-brikrahmen»-Koordinaten und «Fahrzeugrahmen»-Koordinaten zur Bestimmung von Positionsfehlern. 10 shows a diagram of a transformation between “factory frame” coordinates and “vehicle frame” coordinates for determining position errors.
Unter «Koppelnavigationseinrichtung» soll hier eine Einrichtung zur Navigation in Abhängigkeit von der Feststellung einer Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Boden verstanden werden. The term “dead reckoning navigation device” is to be understood here as a device for navigation depending on the detection of a relative movement between the vehicle and the ground.
Fig. 1 stellt eine Fabrikbodenfläche 1 mit darauf montierten, ein Koordinatensystem bildenden Koordinatenachsen X und Y dar. Die Koordinaten eines Punktes (oder Standortes) auf dieser Fläche werden nachstehend als «Fabrikkoordinaten» im Unterschied zu «Fahrzeugkoordinaten» bezeichnet. 1 shows a factory floor surface 1 with coordinate axes X and Y forming a coordinate system mounted thereon. The coordinates of a point (or location) on this surface are referred to below as “factory coordinates” in contrast to “vehicle coordinates”.
Ein Fahrzeug T, bei dem es sich um ein flaches Transportfahrzeug handeln kann, soll unbemannt auf der Fläche 1 zwischen Stationen A, B, C und D längs einer Bahn fahren, die durch die Fabrikkoordinaten dieser Stationen bestimmt ist. Die dargestellte Bahn dient lediglich der Erläuterung und kann wesentlich komplizierter sein. A vehicle T, which can be a flat transport vehicle, is to travel unmanned on the area 1 between stations A, B, C and D along a path which is determined by the factory coordinates of these stations. The path shown is only for explanation and can be much more complicated.
Nach Fig. 2 hat das Fahrzeug Antriebsräder 3 mit einem Differentialgetriebe, soweit dies erforderlich ist, und ein schwenkbares Rad 5 an dem einen oder beiden Enden, dessen Lenkwinkel steuerbar ist und das einen (nicht dargestellten) Lenkwinkel-Umformer und einen den zurückgelegten Weg messenden (nicht dargestellten) Weg-Umformer zur Rückführung eines Wegistwertsignals aufweist, um es mit einem Wegsollwert zu vergleichen. According to Fig. 2, the vehicle has drive wheels 3 with a differential gear, if necessary, and a pivotable wheel 5 at one or both ends, the steering angle of which is controllable and the one (not shown) steering angle converter and one measuring the distance traveled Has path converter (not shown) for feedback of a distance actual value signal in order to compare it with a distance setpoint.
Die Antriebsräder 3 sind drehzahlgeregelt und werden über ein Getriebe und einen Gleichspannungswandler aus einer Batterie 7 in an sich bekannter Weise gespeist. The drive wheels 3 are speed-controlled and are fed via a gear and a DC / DC converter from a battery 7 in a manner known per se.
Die wesentlichen Merkmale des Fahrzeugs sind, dass es eine den Lenkwinkel und die Geschwindigkeit steuernde bzw. regelnde Antriebseinrichtung aufweist. Die mechanische Einrichtung kann optimiert werden, ist jedoch nicht kritisch. So kann das Lenken alternativ auch durch eine Differentialsteuerung der beiden Antriebsräder statt durch Antriebssteuerung eines schwenkbaren Rades bewirkt werden. Der mechanische Aufbau der Fahrzeugeinr'ichtung braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. The essential features of the vehicle are that it has a drive device which controls or regulates the steering angle and the speed. The mechanical setup can be optimized, but is not critical. Steering can alternatively also be effected by differential control of the two drive wheels instead of by drive control of a pivotable wheel. The mechanical structure of the vehicle equipment therefore need not be described in more detail.
Eine Antriebssteuerungs- und -lenkelektronik 9 erhält Weg-und Lenkwinkelsignale vom schwenkbaren Rad 5 und erzeugt Lenkwinkel-Steuersignale und Geschwindigkeitssteuersignale, wie noch näher beschrieben wird. Drive control and steering electronics 9 receive path and steering angle signals from the pivotable wheel 5 and generate steering angle control signals and speed control signals, as will be described in more detail.
Die soweit beschriebene Einrichtung ist eine Koppelnavigationseinrichtung, in der der Fahrzeugstandort auf inkrementeller Basis aus der bekannten Grösse eines zurückgelegten Weges und einer eingeschlagenen Richtung bestimmt wird. Bei derartigen Systemen können — obwohl sie in einigen Anwendungsfällen, bei denen die Wege (Wegstrecken) klein sind — kumulative Fehler aufgrund eines Radschlupfes, unebener Oberflächen, einer Abnutzung usw. auftreten. Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daher eine Überwachungsbezugs- und Korrektureinrichtung vorgesehen, die auf der Feststellung fester Bezugspunkte und des Standorts des Fahrzeugs zu ihnen beruht. Das Fahrzeug ist mit einer Laserquelle 11 versehen, die so gelagert ist, dass sie ständig um eine vertikale Achse rotiert. Der Laserstrahl hat eine geringe Breite und dehnt sich in der Höhe aus, so dass eine dünne vertikale Beleuchtungslinie auf einem in den Strahlengang gelangenden Ziel entsteht. Auf der Fläche 1 sind mehrere Ziele 13 in verschiedenen Positionen fest installiert, so dass das Fahrzeug — soweit als möglich — von jedem Standort auf der Fläche aus ein oder mehrere Ziele «sehen» kann. Natürlich kann es in einer Fabrik vorkommen, dass Einrichtungen und Aufbewahrungsvorrichtungen umherbewegt werden und ein oder mehrere Ziele von bestimmten Standorten aus verdecken. In solchen Fällen kann die Koppelnavigationseinrichtung wenigstens kurzzeitig «sich selbst überlassen» sein. The device described so far is a dead reckoning device, in which the vehicle location is determined on an incremental basis from the known size of a path covered and a direction taken. With such systems, although in some applications where the paths are small, cumulative errors due to wheel slip, uneven surfaces, wear, etc. can occur. According to a further exemplary embodiment of the invention, a monitoring reference and correction device is therefore provided, which is based on the establishment of fixed reference points and the location of the vehicle with respect to them. The vehicle is provided with a laser source 11 which is mounted in such a way that it constantly rotates about a vertical axis. The laser beam has a narrow width and extends in height, so that a thin vertical line of illumination is created on a target that enters the beam path. Several targets 13 are permanently installed on the surface 1 in different positions, so that the vehicle can - as far as possible - "see" one or more targets from any location on the surface. Of course, in a factory, facilities and storage devices can be moved around and cover one or more targets from specific locations. In such cases, the dead reckoning device can be "left alone" for at least a short time.
Die Ziele 13 sind aus Retro-Reflektoren gebildet, die auftreffendes Licht in der Einfallsrichtung reflektieren. Sie können aus vertikalen Streifen aus retroflektivem Material hergestellt sein, die in der Breite oder durch die An- und Abwesenheit kodiert sind, um ihre Kennung darzustellen. Zweckmässigerweise sind sie auf Regalen in oder über Kopfhöhe angeordnet, um zu The targets 13 are formed from retro reflectors which reflect incident light in the direction of incidence. They can be made from vertical strips of retroflective material that are coded in width or by presence and absence to represent their identifier. Conveniently, they are arranged on shelves at or above head height in order to
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verhindern, dass der Laserstrahl durch auf dem Boden befindliche Gegenstände unterbrochen wird. Der abtastende Laserstrahl kann dementsprechend nach oben gerichtet werden und eine so grosse vertikale Winkelausdehnung aufweisen, dass er Ziele in den infrage kommenden Entfernungen erfassen kann. prevent the laser beam from being interrupted by objects on the floor. The scanning laser beam can accordingly be directed upwards and have such a large vertical angular extent that it can detect targets at the distances in question.
Die Laserabtasteinrichtung ist Gegenstand der GB-Patentan-meldung 8 313 339 und wird daher hier nicht ausführlicher beschrieben. The laser scanning device is the subject of GB patent application 8 313 339 and is therefore not described in more detail here.
Das Fahrzeug ist mit einem Empfänger ausgerüstet, der den von einem Ziel 13 reflektierten Strahl empfängt und ein die Richtung des reflektierten Strahls und damit der Zielrichtung relativ zum Fahrzeugkurs darstellendes Zeichen bildet. The vehicle is equipped with a receiver which receives the beam reflected from a target 13 and forms a sign representing the direction of the reflected beam and thus the target direction relative to the vehicle course.
Der zuletzt genannte Paramter ist der Winkel, den die Fahrzeuglängsachse mit der X-Achse des Fabrikkoordinatensystems einschliesst. Der «Kurs» ist nicht notwendigerweise die Fahrtrichtung, da das Lenkrad in dem betreffenden Augenblick nicht geradeausstehen muss. The last-mentioned parameter is the angle that the vehicle longitudinal axis encloses with the X axis of the factory coordinate system. The "course" is not necessarily the direction of travel since the steering wheel does not have to stand straight at the moment in question.
Die Fahrzeuganlage enthält ferner eine Mikroprozessor- und Datenspeichereinrichtung 19. Zu den vor Beginn einer Fahrt gespeicherten Daten gehört eine Bahn-«Karte» in Form der Koordinaten der Punkte A, B, C und D. Die Bahn kann Abschnitte aufweisen, bei denen eine verringerte Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist, und die Grenzgeschwindigkeit für jeden geraden Abschnitt (Segment oder Vektor) A bis B usw. ist vorgeschrieben und gespeichert. The vehicle system also contains a microprocessor and data storage device 19. The data stored before the start of a journey includes a train "map" in the form of the coordinates of the points A, B, C and D. The train can have sections in which a reduced Vehicle speed is required and the limit speed for each straight section (segment or vector) A to B etc. is prescribed and stored.
Zusätzlich zu Grenzwerten bezüglich der Geschwindigkeit längs jedes Bahnvektors kann es sein, dass sich die Toleranzen einer Querabweichung des Fahrzeugs von der Bahnlinie von Vektor zu Vektor ändern. So gibt es praktisch eine «freie» (frei verfügbare) Bahnbreite für jeden Vektor, die durch das Fahrzeug nicht überschritten werden darf, und diese Bahnbreite kann sich in Vektorübergängen ändern. Für jeden Vektor ist die Bahnbreite ebenfalls vor jeder Fahrt gespeichert. In addition to speed limits along each trajectory vector, the tolerances of a vehicle's lateral deviation from the trajectory may change from vector to vector. There is practically a “free” (freely available) web width for each vector, which the vehicle must not exceed, and this web width can change in vector transitions. For each vector, the web width is also saved before each trip.
Die obige Information, Bahndaten (Koordinaten von Übergangspunkten), zulässige Geschwindigkeit bei jedem Vektor und Bahnbreite jedes Vektors kann im Fahrzeug-Datenspeicher durch manuelle Eingabe eines Programms gespeichert sein oder von einer Basisstation 15 zu einer Kommunikationsantenne 17 auf dem Fahrzeug T übertragen werden, wobei die Antenne die Daten empfängt und in die Fahrzeugdatenspeicher- und Mikroprozessoreinrichtung 19 überträgt. Die Übertragungs- oder Kommunikationseinheit kann regelmässig die augenblickliche Fahrzeugposition an die Basisstation übermitteln oder für den gleichen Zweck abgefragt werden. The above information, orbit data (coordinates of transition points), allowable speed for each vector, and orbit width of each vector can be stored in the vehicle data memory by manually inputting a program or transmitted from a base station 15 to a communication antenna 17 on the vehicle T, the Antenna receives the data and transmits it to the vehicle data storage and microprocessor device 19. The transmission or communication unit can regularly transmit the current vehicle position to the base station or be queried for the same purpose.
Die hierbei durchgeführten Rechen- und Verarbeitungsoperationen werden nachstehend anhand der folgenden Figuren zusätzlich erläutert. Fig. 3 stellt die Fahrzeugnavigationskoordinaten dar, wobei die Position durch die «Fabrik»-Koordinaten x und y angegeben wird, der Fahrzeugkurs der Winkel \y, d.h. der Winkel zwischen der Fahrzeugachse und der X-Achse, die Vorwärtsgeschwindigkeit V und die Drehgeschwindigkeit, d.h. Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs, U ist. The computing and processing operations carried out here are additionally explained below with reference to the following figures. Fig. 3 shows the vehicle navigation coordinates, where the position is given by the "factory" coordinates x and y, the vehicle course the angle \ y, i.e. the angle between the vehicle axis and the X axis, the forward speed V and the rotational speed, i.e. Angular velocity of the vehicle, U is.
Fig. 4 stellt ausserdem die Fahrzeug-Ziel-Koordinaten dar. Der Ziel-Reflektor R mit den Fabrik-Koordinaten Xi und yi wird unter einem Winkel 0, zum Fahrzeugkurs festgestellt, wobei das Fahrzeug selbst zu einer bestimmten Zeit t die Positionskoordinaten x und y und den Kurs y hat. Fig. 4 also shows the vehicle target coordinates. The target reflector R with the factory coordinates Xi and yi is determined at an angle 0 to the vehicle course, the vehicle itself at a certain time t the position coordinates x and y and has the course y.
Fig. 5 zeigt den Übergang (die Verbindungsstelle) zweier Vektoren, wo die freien Bahnbreiten, die durch die gespeicherten Daten bestimmt sind, gleich sind. Für einen «weichen» Betrieb ist es wesentlich, dass die Bahn an Vektorübergängen kontinuierlich und nicht winklig ist. Daher wird eine gekrümmte Bahn oder ein gekrümmtes Segment (Kurve) berechnet, um die Kreuzung entsprechend anzupassen. Hierbei muss die Krümmung so klein wie möglich, d.h. der Krümmungsradius möglichst gross sein, um die in der Kurve (Abbiegung) auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte möglichst klein zu halten und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Bahnbreite nirgends kleiner als die kleinere der beiden Bahnbreiten ist. Nach Fig. 5 ist der Krümmungsradius daher gleich der halben gemeinsamen Bahnbreite. Nach Fig. 6, die Vektorübergänge mit verschiedenen Bahnbreiten darstellt, haben die angepassten Kurven an den Punkten E und F jedoch jeweils einen Radius von pwa/2 und pwb/2. Figure 5 shows the transition (junction) of two vectors where the free web widths determined by the stored data are the same. It is essential for «soft» operation that the path at vector transitions is continuous and not angled. Therefore, a curved path or a curved segment (curve) is calculated to adjust the intersection accordingly. Here, the curvature must be as small as possible, i.e. the radius of curvature should be as large as possible in order to keep the forces acting on the vehicle in the curve (turning) as small as possible and at the same time to ensure that the web width is nowhere smaller than the smaller of the two web widths. 5, the radius of curvature is therefore equal to half the common web width. According to FIG. 6, which shows vector transitions with different web widths, the adapted curves at points E and F each have a radius of pwa / 2 and pwb / 2.
Fig. 7 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes die auf dem Fahrzeug durchgeführten Navigationsverarbeitungs-operationen. 7 illustrates in the form of a block diagram the navigation processing operations performed on the vehicle.
Die Koordinatenpunkte auf der Bahn und die Bahnbreiten der verschiedenen Bahnvektoren darstellende Daten werden empfangen und gespeichert (21). Der Prozessor berechnet dann (23) die an den Vektorübergängen erforderlichen weichen Kurven auf der Basis der Bahnbreiten, wie bereits erwähnt wurde. Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kurven mit konstantem Radius sind in der Praxis nicht erreichbar, da der Übergang von einer geraden Bahn auf eine Kreisbahn eine augenblickliche Änderung der Winkelgeschwindigkeit von null auf einen endlichen Wert und damit eine unendlich hohe Beschleunigung und Kraft bedeuten würde. Bei einer idealen Kurve müsste die Krümmung linear zu- und dann abnehmen. The data representing the coordinate points on the path and the path widths of the different path vectors are received and stored (21). The processor then calculates (23) the smooth curves required at the vector transitions based on the web widths, as previously mentioned. The curves with a constant radius shown in FIGS. 5 and 6 cannot be achieved in practice since the transition from a straight path to a circular path means an instantaneous change in the angular velocity from zero to a finite value and thus an infinitely high acceleration and force would. With an ideal curve, the curvature should increase and then decrease linearly.
Eine Annäherung an diese Kurve ergibt sich durch Verwirklichung der folgenden Gleichung: This curve can be approximated by realizing the following equation:
x(a) = (l-a)2Xi + 2a(l-a)x2 + a2X3 (1) x (a) = (l-a) 2Xi + 2a (l-a) x2 + a2X3 (1)
Darin sind a der Bruchteil, in den die Abbiegung unterteilt ist, d.h. Zehntel, Fünfzehntel oder ein beliebiger anderer Bruchteil, Where a is the fraction into which the turn is divided, i.e. Tenths, fifteenths or any other fraction,
x2 ein Vektor, der die Koordinaten eines Übergangspunktes darstellt, x2 a vector representing the coordinates of a transition point,
x2 und i?3 Vektoren, die die Koordinaten der Punkte am Anfang und Ende der Kurve darstellen, und x der laufende Vektor, der die Koordinaten der Punkte auf der Kurve nach jedem Bruchteil a darstellt. x2 and i? 3 vectors representing the coordinates of the points at the beginning and end of the curve, and x the running vector representing the coordinates of the points on the curve after each fraction a.
Durch Einsetzen von Zehntel, zwei Zehntel, drei Zehntel usw. für a erhält man daher die Koordinaten aufeinanderfolgender Punkte auf der Kurve. Dieser Prozess wird in der Einrichtung 23 in Fig. 7 mit einem Wert für a durchgeführt, der in der nachstehend erläuterten Weise bestimmt wird. By inserting tenths, two tenths, three tenths, etc. for a, the coordinates of successive points on the curve are obtained. This process is carried out in the device 23 in FIG. 7 with a value for a, which is determined in the manner explained below.
Dieses Prinzip einer inkrementellen Zusammensetzung der Kurven gilt auch für die geraden Abschnitte, wobei für die Koordinaten aufeinanderfolgender Punkte auf dem geraden Abschnitt gilt x(a) = (1 - a) xo + xi wobei xo und xi die Koordinaten von Punkten am Anfang und Ende des geraden Abschnitts sind. This principle of an incremental composition of the curves also applies to the straight sections, whereby for the coordinates of successive points on the straight section applies x (a) = (1 - a) xo + xi where xo and xi are the coordinates of points at the beginning and end of the straight section.
Während die Länge der geraden Abschnitte etwa 20 bis 30 m betragen kann, kann jeder inkrementelle Vektor eine Länge von etwa 5 cm haben. Der Bruchteil a beträgt dann 1/500. While the length of the straight sections can be approximately 20 to 30 m, each incremental vector can have a length of approximately 5 cm. The fraction a is then 1/500.
Die Bildung der inkrementellen Vektoren erfolgt in einem Zielpeilungsprädikator 25 aus den Anfangsdaten (27), die die Geschwindigkeitsgrenzwerte für die verschiedenen Bahnvektoren darstellen. The incremental vectors are formed in a target bearing predictor 25 from the initial data (27), which represent the speed limit values for the different path vectors.
Jeder inkrementelle Vektor ist durch die Koordinaten des Punktes (des «Bezugspunktes») an seinem vorderen Ende bestimmt. Die Ermittlung des Bezugspunktes erfolgt einmal pro Grundzeitspanne (mit etwa 20 Hz), die durch einen Taktimpulsgenerator der Anlage bestimmt wird. Da die (maximale) Geschwindigkeit für jeden Vektor vorbestimmt ist und die Zeitspanne festliegt, ist damit die maximale Länge jedes inkrementellen Vektors bestimmt. Bei einer Geschwindigkeit von 1m/s beträgt die Länge des inkrementellen Vektors daher 5 cm. Nachdem die maximale Länge auf diese Weise bestimmt worden ist, kann sie etwas verringert werden, um eine gerade Anzahl inkrementeller Vektoren im Bahnverkehr zu erhalten, von der a den reziproken Wert darstellt. Each incremental vector is determined by the coordinates of the point (the "reference point") at its front end. The reference point is determined once per basic time period (at approximately 20 Hz), which is determined by a clock pulse generator of the system. Since the (maximum) speed for each vector is predetermined and the time period is fixed, the maximum length of each incremental vector is determined. The length of the incremental vector is therefore 5 cm at a speed of 1 m / s. After the maximum length has been determined in this way, it can be reduced somewhat to obtain an even number of incremental vectors in rail traffic, of which a represents the reciprocal.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
667 930 667 930
Wenn die Länge des inkrementellen Vektors kleiner als ihr maximal zulässiger Wert gewählt wird, verringert sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in diesem Abschnitt der Bahn entsprechend. Auf diese Weise ergibt sich eine dynamische Regelung der Geschwindigkeit. If the length of the incremental vector is chosen to be less than its maximum permissible value, the speed of the vehicle in this section of the path decreases accordingly. This results in a dynamic regulation of the speed.
Bei der Zusammensetzung der Kurve in der erwähnten Weise durch Berechnung aufeinanderfolgender Bezugspunkte wird der inkrementierte Bezugskurs \|/r als der Winkel ermittelt, den die Linie zwischen aufeinanderfolgenden Bezugspunkten mit der Fabrik-X-Achse einschliesst. When composing the curve in the manner mentioned by calculating successive reference points, the incremented reference course \ | / r is determined as the angle that the line between successive reference points includes the factory X-axis.
Die so berechneten Bezugspunkte, die die gewünschte Bahn im Gegensatz zu der tatsächlich verfolgten Bahn darstellen, werden einmal pro Basiszeitspanne erzeugt und für einen Vergleich mit den durch das Fahrzeug eingenommenen Ist-Positionen gespeichert. Diese Ist-Positionen sind praktisch Schätzwerte, die durch die Koppelnavigationseinrichtung 35, 39 nach Prüfung und Korrektur durch das Laser-Ziel-Bezugssystem, ermittelt werden. The reference points calculated in this way, which represent the desired path in contrast to the path actually tracked, are generated once per base time period and stored for comparison with the actual positions assumed by the vehicle. These actual positions are practical estimates that are determined by the dead reckoning device 35, 39 after checking and correction by the laser target reference system.
Wenn die erzeugten Bezugspunkte aufgrund von Massenträgheiten usw. vor dem Fahrzeug herlaufen, kann die Positionsdifferenz zwischen dem letzten Bezugspunkt und dem Fahrzeug als Wegfehler betrachtet werden, den das Fahrzeug zu verringern sucht. Je grösser dieser Wegfehler ist, umso grösser sollte die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sein (innerhalb der für den betreffenden Bahnvektor oder die betreffende Biegung vorgegebenen Grenze), um ihn zu verringern. Umgekehrt sollte die Geschwindigkeit verringert werden, wenn die erzeugten Bezugspunkte unmittelbar vor der Fahrzeugposition liegen. Dieser zuletzt genannte Fall tritt auf, wenn sich das Fahrzeug einer Haltestation am Ende eines Bahnvektors nähert. Die Anzahl der Bezugspunkte, die «inWartestellung liegen», ist daher ein Mass der erforderlichen Geschwindigkeit, und der Fahrzeugantriebsmotor wird entsprechend gesteuert. If the generated reference points run in front of the vehicle due to inertia, etc., the position difference between the last reference point and the vehicle can be regarded as a path error that the vehicle is trying to reduce. The greater this path error, the greater the speed of the vehicle should be (within the limit specified for the path vector or bend in question) in order to reduce it. Conversely, the speed should be reduced if the generated reference points are immediately in front of the vehicle position. This latter case occurs when the vehicle approaches a stop at the end of a path vector. The number of reference points that are "waiting" is therefore a measure of the required speed and the vehicle drive motor is controlled accordingly.
Die erzeugten Bezugspunkte und der zugehörige inkrementelle Bezugskurs \|/ werden zur Positions- und Kursfehlerbestimmung (29) passiert, und zwar jeweils ein Paar auf einmal. The generated reference points and the associated incremental reference course \ | / are passed for position and course error determination (29), one pair at a time.
Der Schätzwert der Fahrzeugposition und des Fahrzeugkurses wird durch eine Kaiman-Filter-Einrichtung 37 nach Fig. 7 ermittelt. Dabei werden Zielfeststellungs-Eingangssignale 0, (Fig. 4) verwendet, die durch die Zielfeststelleinrichtung 33 gebildet wurden. Den durch das Fahrzeug zurückgelegten Weg und den Lenkwinkel darstellende Signale werden durch die bereits erwähnten Umformer 35 nach Fig. 7 gebildet. Die Kaiman-Filter-Einrichtung 37 selbst ist ausführlicher in Fig. 8 dargestellt. The estimated value of the vehicle position and the vehicle course is determined by a Cayman filter device 37 according to FIG. 7. Target determination input signals 0 (FIG. 4), which were formed by the target determination device 33, are used. The signals represented by the vehicle and the steering angle are formed by the already mentioned converter 35 according to FIG. 7. The Cayman filter device 37 itself is shown in greater detail in FIG. 8.
Nach Fig. 8 ist der erste durchzuführende Prozess die Abschätzung der Position und des Kurses am Ende einer Basiszeitspanne (At) aus den tatsächlichen oder abgeschätzten Vorwärts- und Drehgeschwindigkeiten des Fahrzeugs während dieser Zeitspanne und der Position am Anfang dieser Zeitspanne. 8, the first process to be performed is to estimate the position and course at the end of a base period (At) from the actual or estimated forward and turning speeds of the vehicle during that period and the position at the beginning of that period.
Die durch den Umformer 35 in den Positionsprädiktorpro-zess eingegebenen Signale stellen den durch das schwenkbare Rad gemessenen Lenkwinkel 0 und den durch das schwenkbare Rad (Lenkrad) zurückgelegten, in Form von Wegzählimpulsen dargestelltenWeg dar. Das Weginkrement und das Inkrement At ergeben die Geschwindigkeit in Richtung des schwenkbaren Rades, aus der die Vorwärtsgeschwindigkeit V des Fahrzeugs in seiner Kursrichtung durch Multiplikation mit dem Cosinus des Lenkwinkels 0 ermittelt wird. Die Winkelgeschwindigkeit U des Fahrzeugs wird durch Multiplikation der Lenkradgeschwindigkeit mit dem Sinus des Lenkwinkels 0 entsprechend der Geometrie der Fahrzeugräder ermittelt. Die Geschwindigkeiten V und U werden in jeder Zeitspanne unter der Annahme berechnet, dass die Geschwindigkeiten und der Lenkwinkel in dieser (kurzen) Zeitspanne At konstant sind. The signals entered by the converter 35 in the position prediction process represent the steering angle 0 measured by the pivotable wheel and the path covered by the pivotable wheel (steering wheel), represented in the form of path counting pulses. The path increment and the increment At give the speed in the direction of the swiveling wheel, from which the forward speed V of the vehicle in its course direction is determined by multiplication by the cosine of the steering angle 0. The angular speed U of the vehicle is determined by multiplying the steering wheel speed by the sine of the steering angle 0 in accordance with the geometry of the vehicle wheels. The speeds V and U are calculated in each time period on the assumption that the speeds and the steering angle are constant in this (short) time period At.
Die bei dem Prozess des Positionsprädiktors 39 nach Fig. 8 verwirklichten Gleichungen sind nachstehend abgeleitet: So lassen sich anhand von Fig. 3 für die Änderungsgeschwindigkeiten der Positionskoordinaten x und y und den Kurswinkel y die nachstehenden Gleichungen angeben: The equations implemented in the process of the position predictor 39 according to FIG. 8 are derived below: For example, the following equations can be given for the rates of change of the position coordinates x and y and the course angle y using FIG. 3:
y = U y = U
5 X = V COS \|/ 5 X = V COS \ | /
y = V sin co y = V sin co
Durch Integration dieser drei Gleichungen über die Zeit At ergeben sich die folgenden Gleichungen: Integrating these three equations over time At gives the following equations:
10 10th
\|/(t+At) = v(t) + U-At x(t+At) = x(t) + V(sin(\|/(t) + U- At)-sin(\|/(t)))At/U* At y(t+At) = y(t)-V(cos(\|/(t)+U-At)-cos(\|/(t)))At/U-At \ | / (t + At) = v (t) + U-At x (t + At) = x (t) + V (sin (\ | / (t) + U- At) -sin (\ | / (t))) At / U * At y (t + At) = y (t) -V (cos (\ | / (t) + U-At) -cos (\ | / (t))) At / U-At
15 Nach der ersten dieser Gleichungen ist der Wert y zur Zeit (t + At) gleich dem Wert von \)/ zur Zeit t plus dem Winkel, um den sich das Fahrzeug in der Zeitspanne At gedreht hat. In der zweiten und dritten Gleichung haben t und (t+ At) die gleiche Bedeutung wie in der ersten Gleichung. 15 According to the first of these equations, the value y at time (t + At) is equal to the value of \) / at time t plus the angle through which the vehicle has turned in the time period At. In the second and third equations, t and (t + At) have the same meaning as in the first equation.
20 Diese Gleichungen können für die Schätzwerte umgeschrieben werden zu: 20 These equations can be rewritten for the estimates to:
<(jr(t+At|t) = <pr(t|t) + U-At x(t + A111) = x(t 11) + V(sin(<j>(t 11) + U A t)-sini|>(t | t))/U 25 y(t + At j t) = y(t | t)-V(cos(\jf(t 11) + UAt)-cos\J/(t | t))/U <(jr (t + At | t) = <pr (t | t) + U-At x (t + A111) = x (t 11) + V (sin (<j> (t 11) + UA t) -sini |> (t | t)) / U 25 y (t + At jt) = y (t | t) -V (cos (\ jf (t 11) + UAt) -cos \ J / (t | t )) / U
Der Zirkumflex über einem Parameter bezeichnet einen Schätzwert, und das Symbol « 11» bedeutet «ausgewertet zur Zeit «t». The circumflex over a parameter denotes an estimate, and the symbol «11» means «evaluated at time« t ».
30 Wie man sieht, genügen diese Gleichungen zur Abschätzung der Position und des Kurses des Fahrzeugs zur Zeit (t+ At), wenn die geschätzte Position und der geschätzte Kurs zur Zeit t bekannt sind. Die Ausgangssignale des Blocks 39 sind daher die geschätzten Koordinaten x und y und der geschätzte Kurs \j/ des 35 Fahrzeugs nach einer weiteren Zeitspanne At, die bis auf die Eingangsgrösse 41 nur auf dem Koppelnavigationsystem des zurückgelegten Weges und des durchlaufenen Winkels beruhen. 30 As can be seen, these equations are sufficient to estimate the position and course of the vehicle at the time (t + At) if the estimated position and the estimated course at time t are known. The output signals of block 39 are therefore the estimated coordinates x and y and the estimated course \ j / of the 35 vehicle after a further time period At, which apart from input variable 41 are based only on the dead reckoning system of the path covered and the angle passed.
Nach Fig. 4 kann der abgeschätzte Winkel eines Ziel-Reflektors R in Form des Fahrzeugkurses y und der Koordinaten des 40 Fahrzeugs und des Ziels nach folgender Gleichung ermittelt werden: 4, the estimated angle of a target reflector R in the form of the vehicle course y and the coordinates of the vehicle and the target can be determined using the following equation:
0i(t + At 11) = tan" 0i (t + At 11) = tan "
[yi—y [yi-y
Xi-X Xi-X
•y (t+ At|t) • y (t + At | t)
■x(t+ At |t) ■ x (t + At | t)
— i|/(t+ At 11) - i | / (t + At 11)
In dieser Gleichung ist 0; der geschätzte Zielwinkel zur Zeit (t+ At), ausgewertet zur Zeit t. Die Koordinaten Xi und yi des Ziels sind durch die Anordnung der Ziele auf dem Fabrik-Bo-50 den vorbestimmt. Die geschätzten Werte x und y des Fahrzeugs und der geschätzte Wert \|f des Kurses werden in dem Prozess 39 ermittelt. Die Gleichung wird somit in einem Zielpeilungs-prädiktor 43 verarbeitet, der die Ausgangsgrössse Si bildet. In this equation, 0; the estimated target angle at time (t + At), evaluated at time t. The coordinates Xi and yi of the target are predetermined by the arrangement of the targets on the factory Bo-50. The estimated values x and y of the vehicle and the estimated value \ | f of the course are determined in the process 39. The equation is thus processed in a target bearing predictor 43, which forms the output variable Si.
Das Ausgangssignal der Zielfehlerfeststelleinrichtung 33 ist ss eine genaue Darstellung des Zielwinkels 0i, die mit dem Schätzwert 0i in einem Prozess 45 verglichen wird, um einen Zielschätzfehler 0i - 0i zu ermitteln. The output signal of the target error detection device 33 is a precise representation of the target angle 0i, which is compared with the estimated value 0i in a process 45 in order to determine a target estimate error 0i-0i.
Dieses Fehlersignal wird durch einen Kaiman-Verstärker 47 verarbeitet, der den Fehler jeweils mit Kalman-Verstärkungs-60 faktoren kr, kx und ky multipliziert. Die Korrekturprodukte werden dann in einem Prozess 49 zu den Vorhersagen des Kop-pelnavigations-Positions-Prädikators 39 nach den folgenden Gleichungen addiert, um korrigierte Schätzwerte von Fahrzeugkurs und -position zu erhalten: This error signal is processed by a Kalman amplifier 47, which multiplies the error by Kalman gain 60 factors kr, kx and ky, respectively. The correction products are then added in a process 49 to the predictions of the dead reckoning position predictor 39 according to the following equations in order to obtain corrected estimates of the vehicle course and position:
65 65
<j>(t+At|t+At) = v(t+ At |t) + kr(0i—Sj) <j> (t + At | t + At) = v (t + At | t) + kr (0i — Sj)
x(t + At 11 + At) = x(t + At 11) + kx(0i—0i) x (t + At 11 + At) = x (t + At 11) + kx (0i — 0i)
y(t + At|t + At) = y(t+Atjt) + ky(0i—00 y (t + At | t + At) = y (t + Atjt) + ky (0i-00
667 930 667 930
Die Ableitung der Kaiman-Korrekturprodukte und die Wirkungsweise der Kaiman-Filter ist in dem Buch «Optimisation of Stochastic Systems» von M. Aoki, herausgegeben von Acade-mic Press 1967, angegeben. The derivation of the Cayman correction products and the mode of action of the Cayman filters are specified in the book "Optimization of Stochastic Systems" by M. Aoki, published by Acade-mic Press 1967.
Auf diese Weise werden korrigierte Schätzwerte des Kurses und der Position zur Zeit (t+ At), ausgewertet zu dieser Zeit, aus den Schätzwerten des Kurses und der Position ermittelt, die zur Zeit t ermittelt und durch den Kalman-Filterprozess korrigiert wurden. Diese besten Schätzwerte werden in den Fehlerbe-stimmungsprozess in der Kalman-Filtereinrichtung 37 nach Fig. 7 und auch als «augenblickliche» Eingangsgrössen 41 in den Positionsprädiktor 39 nach Fig. 8 eingegeben, um aus diesen den nächsten Bezugspunkt vorauszusagen. Wenn daher ein oder mehrere Zielbezugskorrekturen ausfallen, beispielsweise weil die Ziele verdeckt sind, dann wird der nächste Bezugspunkt durch Koppelnavigation aus dem letzten Bezugspunkt vorausberechnet, bei dem eine Zielfeststellungskorrektur durchgeführt wurde. In this way, corrected estimates of the course and position at time (t + At), evaluated at that time, are determined from the estimates of the course and position, which were determined at time t and corrected by the Kalman filter process. These best estimates are entered in the error determination process in the Kalman filter device 37 according to FIG. 7 and also as “instantaneous” input variables 41 in the position predictor 39 according to FIG. 8 in order to predict the next reference point from these. Therefore, if one or more target reference corrections fail, for example because the targets are covered, then the next reference point is precalculated by means of dead reckoning from the last reference point at which a target determination correction was carried out.
Anhand von Fig. 7 wird nachstehend die Ermittlung von Weg- und Kursfehlern beschrieben. Die beiden Eingangsgrössen des Prozesses im Prädikator 39 sind a) die erzeugte Folge von Bezugspunkten, die die ideale Bahn definieren, und b) der beste Schätzwert des Kurses und der Position des Fahrzeugs, der durch den Kalman-Prozess nach Fig. 8 ermittelt wurde. The determination of path and course errors is described below with reference to FIG. 7. The two inputs to the process in predicator 39 are a) the generated sequence of reference points that define the ideal trajectory, and b) the best estimate of the course and the position of the vehicle determined by the Kalman process of FIG. 8.
Fig. 9 zeigt aufeinanderfolgende inkrementelle Vektoren IVI und IV2 und ihre zugehörigen Bezugspunkte RP1 und RP2, die nach dem Prozess in der Bezugspunkterzeugungseinrichtung 25 (Fig. 7) ermittelt wurden. Fehler bei der Navigation des Fahrzeugs T werden in Form des senkrechten Abstands de des Fahrzeugmittelpunkts vom örtlichen inkrementellen Vektor und als Winkelfehler 0e zwischen dem Fahrzeugkurs und der Richtung des örtlichen inkrementellen Vektors dargestellt. FIG. 9 shows successive incremental vectors IVI and IV2 and their associated reference points RP1 and RP2, which were determined after the process in the reference point generator 25 (FIG. 7). Errors in the navigation of the vehicle T are shown in the form of the vertical distance de of the vehicle center from the local incremental vector and as an angle error 0e between the vehicle course and the direction of the local incremental vector.
Die Messung dieser Fehler de und 0e erfolgt durch eine Tranformation des Istwerts der Fahrzeugposition in Fabrik-Ko-ordinaten in eine Position in einem Fahrzeug-Bezugsrahmen, in dem der Nullpunkt mit dem Bezugspunkt des örtlichen inkrementellen Vektors und die neue X-Achse mit dem örtlichen inkrementellen Vektor zusammenfällt. Diese Transformation ist in Fig. 10 dargestellt, in der X und Y die Fabrik-Koordinaten-achsen, X* und Y* die Fahrzeug-Rahmenachsen, xr und yr die Koordinaten des örtlichen inkrementalen Vektorbezugspunktes im Fabrik-Rahmen, x und y die Koordinaten des Fahrzeugs im Fabrik-Rahmen und x* und y* die Fahrzeug-Koordinaten im Fahrzeug-Rahmen sind. These errors de and 0e are measured by transforming the actual value of the vehicle position in factory coordinates into a position in a vehicle reference frame in which the zero point with the reference point of the local incremental vector and the new X axis with the local one incremental vector coincides. This transformation is shown in Fig. 10, in which X and Y are the factory coordinate axes, X * and Y * are the vehicle frame axes, xr and yr are the coordinates of the local incremental vector reference point in the factory frame, x and y are the coordinates of the vehicle in the factory frame and x * and y * are the vehicle coordinates in the vehicle frame.
Der Winkel *|/r ist der Kurs bzw. die Richtung des inkrementellen Vektors relativ zum Fabrik-Rahmen. Die nachstehenden Transformationsgleichungen lassen sich anhand von Fig. 9 durch einfache geometrische Betrachungen ableiten: The angle * | / r is the course or the direction of the incremental vector relative to the factory frame. The following transformation equations can be derived from FIG. 9 by simple geometric considerations:
x* = (x—xr)cos\j/r + (y-yr)sinyr y* = (y-yr)cos*|/r - (x-xr)sin\|/r x * = (x-xr) cos \ j / r + (y-yr) sinyr y * = (y-yr) cos * | / r - (x-xr) sin \ | / r
In diesem Fahrzeugbezugsrahmen ist der Abstands- oder Wegfehler de die y*-Koordinate des Fahrzeugmittelpunkts und der Winkelfehler 0C der direkte Transformationswinkel \|/r. In this vehicle reference frame, the distance or path error de is the y * coordinate of the vehicle center and the angle error 0C is the direct transformation angle \ | / r.
Wenn das Fahrzeug den örtlichen Bezugspunkt xr, yr passiert, ändert sich das Vorzeichen von x* von minus nach plus. Diese Änderung löst eine Löschung des augenblicklichen Fahr-zeugbezugsrahmens und seine erneute Ausbildung in der Weise aus, dass sein Nullpunkt mit dem folgenden Bezugspunkt und die x*-Achse mit dem nächsten inkrementellen Vektor zusammenfällt. Man sieht daher, dass der Fahrzeugrahmen synchron mit dem Fahrzeug fortschreitet. When the vehicle passes the local reference point xr, yr, the sign of x * changes from minus to plus. This change triggers deletion of the current vehicle reference frame and its re-formation in such a way that its zero point coincides with the following reference point and the x * axis with the next incremental vector. It can therefore be seen that the vehicle frame progresses synchronously with the vehicle.
Die Fehlerwerte dc und 0e werden daher zur Ableitung eines Lenkwinkel-Sollwertsignals 0d als direkte Funktion dieser Fehlerwerte (direkt proportional zu diesen Fehlerwerten) verwendet. Der Sollwert der Winkelgeschwindigkeit Ud wird zuerst ermittelt als: The error values dc and 0e are therefore used to derive a steering angle setpoint signal 0d as a direct function of these error values (directly proportional to these error values). The nominal value of the angular velocity Ud is first determined as:
Ud = Kl de + Kz 0e in der Ki und K2 Verstärkungsfunktionen (Verstärkungsfaktoren) sind, die durch die Dynamik des Fahrzeugs selbst bestimmt sind. Der Sollwert des Lenkwinkels wird dann aus der Fahrzeuggeometrie und dem Sollwert der Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet. Ud = Kl de + Kz 0e in which Ki and K2 are gain functions (gain factors) that are determined by the dynamics of the vehicle itself. The setpoint of the steering angle is then calculated from the vehicle geometry and the setpoint of the forward speed of the vehicle.
Wie bereits erwähnt wurde, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Messung der Anzahl der inkrementellen Vektoren zwischen dem Fahrzeug und dem zuletzt erzeugten gesteuert. Der zuletzt erzeugte liegt stets vor dem Fahrzeug und scheint das Fahrzeug «weiterzuziehen», wie wenn ein elastisches Band das Fahrzeug mit der zuletzt ermittelten Bezugsposition verbindet. As previously mentioned, vehicle speed is controlled by measuring the number of incremental vectors between the vehicle and the last one generated. The last one created always lies in front of the vehicle and seems to "move on", as if an elastic band connects the vehicle to the last determined reference position.
Aus einer stationären Position werden die Bezugspunkte mit einer linearen Geschwindigkeit von der «Ruhe»-Station weg gebildet, so dass sie das erwähnte «elastische Band» praktisch strecken. Das Fahrzeug T wird entsprechend dem Fehlabstand vom letzten Bezugspunkt und in Abhängigkeit von seiner Massenträgheit und Leistung beschleunigt, so dass der Fehler allmählich verringert wird, und zwar bis ein stationärer Zustand erreicht ist, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Bezugspunkte ist. From a stationary position, the reference points are formed at a linear speed away from the "resting" station, so that they practically stretch the "elastic band" mentioned. The vehicle T is accelerated according to the distance from the last reference point and depending on its inertia and power, so that the error is gradually reduced until a steady state is reached in which the vehicle speed is equal to the propagation speed of the reference points.
Die Bezugspunktgeschwindigkeit und damit die Fahrzeuggeschwindigkeit können während einer Fahrt während einer vorbestimmten Bahn dynamisch geändert werden, und zwar durch Änderung der Inkrementlänge [d.h. durch Änderung von a in Gleichung (1)] zwischen aufeinanderfolgenden Bezugspunkten. The reference point speed, and thus the vehicle speed, can be changed dynamically during travel on a predetermined path by changing the increment length [i.e. by changing a in equation (1)] between successive reference points.
Wenn die Erzeugung von Inkrementvektoren und Bezugspunkten abgeschlossen ist, endet der letzte inkrementelle Vektor an der letzten Halteposition, die durch die ursprüngliche Bahn vorgeschrieben ist, die ihrerseits in Koordinatenpositionsbestim-mungsbahnvektoren vorgegeben ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert sich mit abnehmendem Abstands- bzw. Wegfehler. Durch Beeinflussung des Verhältnisses von Abstandsfehler zu Geschwindigkeitssollwert wird die Geschwindigkeit so geregelt, dass der Endpunkt ohne Überschwingung erreicht wird. Auch hier ist der Fahrzeugrahmen wieder unmittelbar anwendbar, da die x*-Koordinate der in dem Rahmen zurückzulegende Weg ist, und dies kann ohne weitere Rechnung überwacht werden. When the generation of increment vectors and reference points is completed, the last incremental vector ends at the last stop position, which is prescribed by the original path, which in turn is specified in coordinate position determination path vectors. The vehicle speed decreases with decreasing distance or path errors. By influencing the ratio of distance error to speed setpoint, the speed is regulated so that the end point is reached without overshoot. Here, too, the vehicle frame can be used immediately, since the x * coordinate is the path to be covered in the frame, and this can be monitored without further calculation.
Die elektromagnetische Peilungseinrichtung 33 ist bei obigem Ausführungsbeispiel ein Laser-System, durch das eine Richtungsmessung mittels eines azimutal abtastenden dünnen Laserstrahls bewirkt wird. Stattdessen können aber auch Radarstrahlen verwendet werden, die eine genaue Peilung durch Phasenvergleichsverfahren ermöglichen. Ferner können die Reflektoren durch Transponder (Antwortgeräte) mit codierten Ausstrahlungen ersetzt werden. In the above exemplary embodiment, the electromagnetic bearing device 33 is a laser system, by means of which a direction measurement is effected by means of an azimuthally scanning thin laser beam. Instead, however, radar beams can also be used, which enable an exact bearing using phase comparison methods. Furthermore, the reflectors can be replaced by transponders (answering devices) with coded emissions.
6 6
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
V V
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