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Bahnanlage, bei der die Spurführung der Fahrzeuge auf der strecke
abhängig von langs der @pur sich erstreckenden Leitmitteln er1olgL Die Erfindung
betrifft eine Bahnanlage, deren Fahrzeuge sich auf festliegenden Spuren mit Verzweigungen
bewegen, wobei die Spurführung der Fahrzeuge auf der Strecke zwischen den Verzweigungen
durch Lenkung der Räder abhängig von längs der Spur sich erstreckenden Leitmitteln
erfolgt und, ausgehend von den Leitmitteln paarweise zugeordneten MeDwertgebern,
die Lenkvorrichtung jedes Fahrzeugs im Sinne der Einhaltung seiner Mittellage in
der Spur gesteuert wird.
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Bei einer derartigen Bahnanlage ist für die Selbstlenkung bzw. automatische
Spurführung der Fahrzeuge in den Verzweigungen bereits vorgeschlagen worden, einen
zwischen den Verzweigungen als passives Leitmittel in der Mitte der Spur angeordneten
Balken oder dergleichen in der jeweiligen Verzweigung wenigstens teilweise durch
ein in der durchgehenden sowie ein in der abzweigenden Spur eingelassenes, mit einem
Wechselstrom speisbares Kabel zu ersetzen, wobei sowohl dem Balken als auch den
Kabeln berührungslose Meßwertgeber zugeordnet sind (Patentanmeldung P 25 19 619.4;
int. Asz.: 7833). Durch diese Anordnung von aktiven Leitmitteln ausschließlich zur
Spurführung der Fahrzeuge in den Verzweigungen kann dort eine Selbstlenkung der
Fahrzeuge beibehalten werden, im Gegensatz zu einer bekannten Bahnanlage (DT-OS
2 113 2t33) mit Selbstlenkung der Fahrzeuge unter mechanischer Abtastung der seitlichen
Flanken einer zentralen Führungsschiene, bei der infolge einer Absenkung der Führungsschiene
bis zum Erdboden und mangels jeglicher Ersatz-Leitmittel in der jeweiligen Verzweigung
von der Selbstlenkung der Fahrzeuge auf der Strecke zwischen den Verzweigungen zwangsläufig
auf eine manuelle Lenkung in der Verzweigung übergegangen werden muß. Demgegenüber
hat allerdings die vorgeschlagene Bahnanlage nicht nur einen baulichen Aufwand in
der Verzweigung wegen der erforderlichen genauen Verlegung der Kabel zur Folge,
sondern diese bedingen unter Umständen auch noch solche Vorkehrungen, um beim Erreichen
der Verzweigung durch ein Fahrzeug je nach gewählter Fahrtrichtung wahlweise eine
Speisung des betreffenden Kabels entweder der durchgehenden oder abzweigenden Spur
zu bewirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Bahnanlage der
eingangs genannten Art die Spurführung bzw. Richtungssteuerung der Fahrzeuge in
Verzweigungen im Rahmen einer Selbstlenkung der Fahrzeuge ohne jegliche oder ohne
genau verlegte Leitmittel durchzuführen.
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Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.
Es ist zwar bekannt, Orts- und Kursbestimmungen bei Luft- und Seefahrzeugen auf
der Basis von Beschleunigungsmessungen vorzunehmen. Bei einer solchen sogenannten
Inertialnavigation wird jedoch aus der Beschleunigung durch zweifache Integration
der vom betreffenden Fahrzeug zurückgelegte Weg abgeleitet.
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Dagegen ist bei dem gemäß der Erfindung für die Spurhaltung des Fahrzeugs
in der Verzweigung vorgesehenen Inertialsystem die bei der Durchfahrt der Verzweigung
jeweils ermittelte Querbeschleunigung des Fahrzeugs eine Bezugsgröße für dessen
Seitenführung bzw. die Steuerung des Radeinschlagwinkels, wobei der bei Spurhaltung
des Fahrzeugs jeweils ermittelte Wert der Querbeschleunigung ein durch Steuerung
des Radeinschlagwinkels eingehaltener definierter Wert ist, welcher bei einer änderung
infolge einer Spurabweichung des Fahrzeugs durch entsprechende \nderung des Radeinschlagwinkels
wieder hergestellt wird.
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Um die bei Verwendung dieses Inertialsystems bei geringer Fahrgeschwindigkeit
beispielsweise nahe Null unter Umständen möglichen Spurabweichungen des Fahrzeugs
zu verhindern, wird die Lenkvorrichtung zusätzlich im Sinne einer Vorsteuerung des
Radeinschlagwinkels vorzugsweise auf den Wert tgd = 7r mit 1 = Achsabstand des Fahrzeugs
und r = Halbmesser der Spur steuerbar sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in den Unteransprüchen gekennzeichneter
Weiterbildungen wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt in Figur 1 - eine Draufsicht auf eine Verzweigung bei einer Bahnanlage für
gleislose Fahrzeuge mit automatischer Spurführung; Figur 2 - einen Schnitt gemäß
Schnittlinie II-II der Figur 1 und einen an dieser Stelle vor der Verzweigung nur
schematisch angedeuteten Radsatz eines Fahrzeugs; Figur 3 - in der Draufsicht schematisch
die beiden Radsätze eines Fahrzeugs bei Kurvenfahrt; Figur 4 - die in Figur 3 durch
eine Strichlinie hervorgehobenen Einzelheiten; Figur 5 und Figur 6 - schaltungstechnische
Einzelheiten zum selbsttätigen Lenken eines Fahrzeugs.
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Bei einer Bahnanlage für gleislose Fahrzeuge mit gemeinsam lenkbaren
Rädern 1 je Radachse 2 (Figur 3) erfolgt die Spurführung jedes Fahrzeugs auf der
Strecke zwischen Verzweigungen durch Lenkung der Räder abhängig von einem als passives
Leitmittel in der Mitte der Spur sich erstreckenden Balken 3, wozu gemäß Figur 2
am Fahrzeug je Radachse in symmetrischer Anordnung zur Achsmitte zwei jeweils einer
seitlichen Flanke einer elektrisch leitenden Schiene 4 des Balkens 3 gegenüberstehende
Meßwertgeber 5 vorgesehen sind. Diese können induktive Abstandsgeber in Form von
wechselstromdurchflossenen Spulen sein, bei denen also die Abhängigkeit der Induktivität
vom jeweiligen
Abstand zur Schiene 4 für die Messung ausgenutzt
wird. Ausgehend von den Meßwertgebern 5 erfolgt die Lenkung der Räder 1. Hierzu
ist gemäß Figur 4 jedes Paar Meßwertgeber 5 mit einem Regelverstärker 6 (z.B. Operationsverstärker)
in Differenzschaltung verbunden, d.h. die dem Regelverstärkereingang bzw. der betreffenden
Additionsstelle 7 in Form von analogen Meßspannungen zugeführten Meßgrößen werden
gegensätzlich polarisiert. Über den Regelverstärker 6 wird ein elektromechanisches
Servoventil 8 eines hydraulischen Stellantriebs 9 gesteuert, wobei der elektrische
Teil (z.B.
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ein Schaltmotor) dieses Servoventils zwangsläufig nur bei Ungleichheit
der Meßspannungen erregt wird. In diesem Fall setzt das Servoventil 8 die entsprechenden
Werte in Druck/Durchflußwerte um, die bei dem Stellantrieb 9 zu Stellgrößen bzw.
zu einer entsprechenden Wirkung seiner Kolbenstange 10 auf das Spurgestänge 11 der
Räder 1 führen. Gemäß Figur 3 ist eine derartige Anordnung bei beiden Radsätzen
des Fahrzeugs vorgesehen, wobei selbstverständlich auch fur die Meßspannungen der
an verschiedenen Spurgestängen 11 jeweils auf derselben Fahrzeuglängsseite befindlichen
Meßwertgeber 5 eine gegensätzliche Polarität gewählt wird. Für den Fahrtrichtungswechsel
wird an der vorbeschriebenen Additionsstelle 7 ein Wechsel der Polarisierung der
Meßspannungen vorgenommen.
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Bei dieser Bahnanlage ist gemäß Figur 1 der Balken 3 im Bereich einer
Verzweigung bzw. Weiche im Sinne eines unbehinderten Spurwechsels des Fahrzeugs
unterbrochen.
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Zwangsläufig entfällt hier also der Balken 3 als Leitmittel. Um dennoch
eine automatische Spurführung des Fahrzeugs auch in der Verzweigung sicherzustellen,
erfolgt
hier eine Steuerung der vorbeschriebenen Lenkvorrichtung
unter Ermittlung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
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Hierbei ist je Radachse 2 ein in Figur 3 und 4 nicht dargestellter
Beschleunigungsmesser, z.B. ein sogenannter elektrisch gefesselter Pendel-Beschleunigungsmesser
der Firma Systron-Donner, beispielsweise an der Fahrzeugzelle unmittelbar über der
Achsmitte angeordnet, d.h. ohne Versatz gegenüber der Achsmitte in Richtung der
Längs-und Querachse des Fahrzeugs. Gemäß Figur 5 wird der durch den jeweiligen Beschleunigungsmesser
12 ermittelte richtungssensible Istwert der Querbeschleunigung des Fahrzeugs dem
vorgenannten Regelverstärker 6 (Figur 4) zugeführt und hier mit einem Sollwert der
uerbeschleunigung des Fahrzeugs verglichen. Diesen Sollwert liefert dem Regelverstärker
6 ein üblicher richtungssensibler, quadratischer Funktionsgeber 13, dessen Eingang
ein Spannungswert zugeführt wird, der dem Betrag aus der Wurzel des Sollwertes der
Querbeschleunigung entspricht.
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Dieser Spannungswert wird mittels eines ggf. mit ,dem Antriebsmotor
des Fahrzeugs gekoppelten Tachodynamo 14 oder dgl. unter wahlweiser Zwischenschaltung
eines Spannungsteilers 15, 15.1 an den betreffenden Abgriffen 16, 16.1 erhalten,
wobei die Anzahl der Spannungsteiler der Anzahl der Bogenstücke oder abbiegenden
Spuren der Verzweigung entspricht und deren Einstellung Je nach Halbmesser der betreffenden
abbiegenden Spur festliegt.
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Für den Halbmesser "Unendlich", d.h. für eine gerade Spur ist ferner
noch ein Abgriff 16.2 für den Spannungswert "Null" vorhanden. Sobald bei dieser
Schaltungsanordnung sich aus dem Vergleich des Sollwertes mit dem Istwert der Querbeschleunigung
im Regelverstärker 6 eine Differenz beider Werte ergibt, kommt es zwangsläufig zu
einer entsprechenden Steuerung des Servoventils 8 mit der Folge,
daß
der Einschlagwinkel der Räder 1 der betreffenden Radachse 2 im Sinne der Wiederherstellung
des Sollwertes der Querbeschleunigung geändert wird. Die zugeordnete Lenkvorrichtung
(Stellantrieb 9, Spurgestänge 11) wird dabei in-der Verzweigung (Figur 1) bei Fahrt
des Fahrzeugs auf der geraden, durchgehenden Spur 17 zwangsläufig im Sinne der Einhaltung
der Querbeschleunigung "Null" und bei Fahrt auf der abbiegenden bzw. abzweigenden
Spur 18 im Sinne der Einhaltung der (erbeschleunigung "quadrat der Fahrgeschwindigkeit
zu Halbmesser der Spur" gesteuert.
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Natiirlich wird sich bei Verwendung eines derartigen Inertialsystems
bei Wankbewegungen des Fahrzeugs die zuvor horizontale Meßachse des jeweiligen Beschleunigungsmessers
12 gegenüber der Richtung der Erdbeschleunigung neigen, was zu Meßfehlern führen
würde. Solche Meßfehler lassen sich aber in einfacher Weise ausschließen. Beispielsweise
kann der jeweilige Wankwinkel mittels eines üblichen Lot-Krcisels gemessen werden,
um dann aus dem Produkt dieses Meßwerts und der Erdbeschleunigung einen Korrekturwert
der buerbeschleunigung zu ermitteln, welcher mit dem aus dem Beschleunigungsmesser
12 erhaltenen Istwert der !,ucrbeschleunigung einem dem vorgenannten Regelverstärker
6 vorgeschalteten Summier-Verstärker zugeführt wird. Zwischen letzterem und dem
kreisel kann man zur Bildung des Produktes ein aui' den Wert der Erdbeschleunigung
eingestelltes l'otentiometer schalten.
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Da bei geringen Fahrgeschwindigkeiten beispielsweise nahe "Null" die
Spurführung des Fahrzeugs auf der Basis der (luerbeschleunigungsmessung zwangsläufig
relativ ungenau werden kann, sind schließlich noch zusätzlich Vorkehrungen zur Vorsteuerung
des Radeinschlagwinkels vorzugsweise auf den Wert tag = Zlr mit 1 = Achsabstand
des Fahrzeugs und
r = Halbmesser der jeweils durchfahrenen Spur
getroffen.
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Gemäß Figur 6 wird hierzu der beispielsweise mittels eines Potentiometers
ermittelte Istwert des Radeinschlagwinkels einem Tangens-Funktionsgeber 19 zugeführt
und der hier gebildete Wert mit dem an einem Spannungsteiler 20 oder 20,1 abgegriffenen
Spannungswert, welcher dem Kehrwert des Halbmessers der jeweils durchfahrenen Spur
entspricht, in einer Vergleichsstufe 21 verglichen; der Faktor ½ ist hierbei als
konstanter Skalierungsfaktor einbegriffen. Die Vergleichs stufe 21 liefert den Wert
"Null", wenn die vorgenannte Gleichung erfüllt und somit der gemessene Radeinschlagwinkel
unverändert bleiben kann. Andernfalls wird eine Ansteuerung des Servoventils 8 (Figur
4) über eine Summierstufe 22bewirkt. Die Anzahl der Spannungsteiler 20, 20.1 entspricht
wieder der Anzahl der abbiegenden Spuren 18 bzw. Bogenstücke der Verzweigung, wobei
selbstverständlich für die gerade Spur 17 mit dem Halbmesser "Unendlich" auch ein
(nicht dargestellter) Abgriff für einen Spannungswert "Null" vorhanden sein wird.
Wie aus Figur 6 des weiteren hervorgeht, ist an die vorgenannte Summierstufe 22
auch der Regelverstärker 6 unter Zwischenschaltung eines Begrenzer-Funktionsgebers
23 und eines die Verbindung zur Summierstufe bei einer vorbestimmten geringen Fahrgeschwindigkeit
unterbrechenden Schalters 24 angeschlossen. Der Begrenzer-Funktionsgeber 23 hat
hierbei die Funktion, die Wirkung des Regelverstärkers 6 zu begrenzen, sobald die
Differenz zwischen dem Soll- und Istwert der Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu
groß wird. Bei geschlossenem Schalter 24 wird der vom Regelverstärker 6 der Summierstufe
22 zugeführte Wert (infolge der relativ hohen Verstärkung des Regelverstärkers)
im Vergleich zu dem von der Vergleichsstufe 21 gelieferten Wert so groß sein, daß
dann für die Ansteuerung
des Servoventils 8 (Figur 4) über die
Summierstufe 22 nur der Regelverstärker 6 maßgeblich sein wird, d.h. die Vorsteuerung
des Radeinschlagwinkels wird praktisch unterdrückt.
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Selbstverständlich ist die vorbeschriebene Einrichtung bzw. die daraus
resultierende Spurführung des Fahrzeugs ohne jegliche Leitmittel in der Verzweigung
nicht auf eine Bahnanlage mit passiven Leitmitteln zwischen den Verzweigungen beschränkt.
Die Verwendung eines passiven Leitmittels beispielsweise in Form des in Figur 1
dargestellten Balkens 3 oder dergleichen hat allerdings den Vorteil, daß in einfacher
Weise ein einwandfreier Übergang von der Steuerung der Lenkvorrichtung abhängig
von der in der Verzweigung für die Spurführung bzw. Riclitungssteuerung maßgeblichen
Einrichtung zur Steuerung der Lenkvorrichtung abhängig von der Abtastung des jeweiligen
Endabschnittes 25 des Balkens 3 mittels der AlelJwertgeber 5 realisierbar ist. Zu
diesem Zweck ist gemäß Figur 1 jeder Endabschnitt 25 keilförmig ausgebildet.
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Die Steuerung der Lenkvorrichtung durch Abtastung des Balkens 3 mittels
der Meßwertgeber 5 erfolgt am jeweiligen Endabschnitt 25 nur dann, wenn sich die
Meßgrößen der Meßwertgeber (aufgrund ihrer Kennlinie) mit sich änderndem seitlichen
Abstand zum Endabschnitt ändern oder eine eindeutige Angabe über die Richtung der
seitlichen Verschiebung der Meßwertgeber aus der Sollage gegenüber dem Endabschnitt
25 ergeben. Die Steuerung der Lenkvorrichtung im Sinne der Einhaltung der Querbeschleunigung
"Null" oder Quadrat der Fahrgeschwindigkeit zu Halbmesser der abbiegenden Spur"
ist also auch in einer Zone des jeweiligen Endabschnittes 25 wirksam. Maßgeblich
hierfür ist der Kennlinienverlauf der verwendeten Meßwertgeber 5, wobei der Übergang
zur Steuerung auf der
Basis ihrer Meßgrößen vorzugsweise bereits
an einem solchen Punkt des Endabschnittes 25 erfolgt, an welchem von einem Paar
Meßwertgeber bereits die Meßgröße eines Meßwertgebers aufgrund seiner Kennlinie
eine eindeutige Angabe zumindest über die Richtung der seitlichen Verschiebung dieses
Meßwertgebers aus der Sollage gegenüber dem Endabschnitt ergibt. Um hierbei unabhängig
von der jeweils gewählten Keilform des Endabschnittes 25 - beispielsweise je breiter
und demzufolge länger der Keil ist, um so leichter ist der Übergang von einem zum
anderen System - zum frühestmöglichen Zeitpunkt auf die Spurführung mittels des
Balkens 3 bzw. Endabschnittes 25 ohne die Gefahr eines falschen Anfangseingriffs
des Regelverstärkers 6, d.h. ohne die Gefahr einer Steuerung der Lenkvorrichtung
im Sinne einer Vergrößerung (statt Verkleinerung) einer Spurabweichung des Fahrzeugs
übergehen zu können, erfolgt dieser Ubergang erst beim Überschreiten einer definierten
Schwellwertzone durch die Meßgröße eines der Mewertgeber 5. In dieser beispielsweise
mit einer Brückenschaltung aus Zenerdioden realisierbaren Schweliwertzone (Totzone)
ergeben die Meßgrößen der Meßwertgeber 5 keine eindeutige Angabe über die Richtung
ihrer seitlichen Verschiebung aus der Solllage gegenüber dem jeweiligen Endabschnitt
25. Die Umschaltung zwischen den beiden Systemen kann mittels eines im Meßzweig
der Brückenschaltung eingebauten, auf den definierten Schwellwert ansprechenden
Schalters geschehen. Beim Erreichen der Verzweigung durch ein Fahrzoug kann dagegen
die Umschaltung mittels eines ortsfesten Impulsgebers ausgelöst werden.
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- Patentansprüche -