DE3916610A1 - Einrichtung zur datenuebertragung und spurfuehrung von fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Datenübertra­ gung und Spurführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Datenübertragungs- und Spurführungssysteme sollen es ermög­ lichen, Fahrzeuge in einer gewünschten Spur zuverlässig zu führen und gleichzeitig eine induktive Datenübertragung zwischen Fahrzeug und fahrbahnseitigen Einrichtungen zu ge­ währleisten.

Bei einer durch die DE-PS 25 00 792 bekannten Einrichtung zur Spurführung von Fahrzeugen wird ein Rückleiter in der gleichen Nut in der Fahrbahn verlegt, in der auch der Spei­ seleiter verlegt ist. Hierdurch wird die sonst noch bei äl­ teren Einrichtungen vorgesehene zweite Nut erspart. Der Leiter wird von einem Wechselstrom durchflossen, wodurch um den Leiter ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Die Frequenz liegt etwa zwischen 5 und 100 kHz, und der Strom liegt üblicherweise bei 100 mA.

Für die Spurführung soll der Leiter ein möglichst konstan­ tes magnetisches Feld abstrahlen. Das wird dadurch er­ reicht, daß der Effektivwert des Wechselstromes durch den Leiter und der Abstand zwischen Leiter und Sensoreinrich­ tung konstant gehalten wird und daß der Einfluß von Unre­ gelmäßigkeiten in der Fahrbahn gering gehalten oder kompen­ siert wird. Für die reine Spurführung wird in der Regel ein konstanter Abstand zwischen Leiter und Sensoreinrichtung von weniger als 100 mm und ein Mindestabstand des Leiters zu größeren Metallgegenständen von 20 mm eingehalten.

Die Sensoreinrichtung weist zwei Spulen auf, die horizontal rechts und links über dem Fahrbahn-Leiter angeordnet sind. In Mittelstellung über dem Leiter sind die Spannungen bei­ der Spulen gleich groß. Die Summe beider Spannungen gilt als Referenzsignal. Die Differenz bei der Spannung zeigt die Abweichung des Fahrzeugs aus der mittigen Lage vom Lei­ ter an. Dabei ist zu beachten, welche Phase das Differenz­ signal zum Summensignal hat.

Die Abweichungen des Fahrzeugs vom Kurs betragen bei prak­ tischen Ausführungen nur wenige Millimeter. Die Zuführung des Wechselstromes zum Leiter erfolgt über rechtwinklig zur Fahrbahn angebrachte Zuleitungen, so daß die Sensorspulen an diesen Stellen die induktive Komponente des magnetischen Feldes nicht oder nur zum Teil aufnehmen.

Ferner ist eine Einrichtung zum Lenken eines frei bewegli­ chen Fahrzeuges durch die DE-OS 19 02 039 bekannt, bei der zwei parallele Linienleiter mit Wechselströmen unterschied­ licher Frequenz versorgt und mittels eines Umschalters so geschaltet werden, daß lediglich einer davon mit Strom ver­ sorgt wird. Hierdurch soll ein Fahrzeug von einer Haupt­ auf eine Nebenstrecke geleitet werden.

Als Sensorelemente zur Aufnahme des Wechselfeldes sind Luftspulen oder Ferritantennen gut geeignet. Es werden ver­ schiedene Sensorstellungen genutzt.

Einrichtungen zur Datenübertragung sind u.a. durch die Of­ fenlegungsschriften OS DE 35 04 753 und 36 43 023 bekannt, bei welchen eine Induktionsschleife zur Datenübertragung zwischen fahrerlosen Flurförderfahrzeugen und Anlagengerä­ ten verwendet werden.

Ähnliche Einrichtungen werden schon seit Jahrzehnten zur Datenübertragung im Schienenverkehr verwendet. Hin- und Rückleiter der Induktionsschleife werden z.T. über 100 m zwischen den Schienen auf den Schwellen befestigt. Als Sen­ der- und/oder Empfangsantenne ist am Fahrzeug eine senk­ rechte oder waagerechte Ferritantenne üblich.

Die Entkopplung der Datenübertragungs- und Spurführungssy­ steme ist bei spurgeführten Fahrzeugen erforderlich, wenn dem oder den Fahrabschnitten unterschiedliche Datenübertra­ gungsbereiche zugeordnet sein sollen. Die Datenübertragung soll nur in dem gewünschten Bereich und nicht darüber hin­ aus möglich sein. Durch Überkoppeln auf die gesamte Spur­ führung ist keine eindeutige Zuordnung gegeben. Störungen im Betriebsablauf sind die Folge.

Bei den bisher verwendeten Systemen wird eine ausreichende Entkopplung durch große Abstände zwischen den Schleifen er­ reicht. Dadurch sind zusätzlich getrennte Verlegeschlitze (Nuten) für Datenübertragung und Spurführung erforderlich. Es ergeben sich hohe Verlegekosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl eine Da­ tenübertragung zwischen Fahrzeugen und fahrbahnseitigen An­ lagen als auch die induktive Spurführung der Fahrzeuge zu gewährleisten, wobei die Kopplung der Systeme untereinander sehr gering sein muß und der anlagenseitige Aufwand klein sein sollte.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Um für Spurführung und Datenübertragung mit geringen Kosten auszukommen, wird in dem gewünschten Streckenabschnitt für beide Systeme die gleiche Nut in der Fahrbahn genutzt. Je nach Ausführung kann auch der Rückleiter für die Spurfüh­ rung in der gleichen Nut sein. Vorteilhaft ist im allgemei­ nen die Verlegung eines senkrecht stehenden Flachkabels. Prinzipiell ist auch ein liegendes Flachkabel oder die Ver­ legung von Einzelleitern möglich.

Senkrechte Flachbandleitungen, z.B. Antennenkabel oder Ste­ gleiter, haben den Vorteil, daß zur Verlegung die Fahrbah­ noberfläche weniger beschädigt wird als bei flach verlegten Leitungen. Flachbandleitungen sind allgemein gut geeignet, weil der Abstand zwischen den Leitern immer konstant ist, was bei Einzelleitern oft nur mit Aufwand erreicht wird. Somit ist das abgestrahlte bzw. aufgenommene Feld längs der Leitung auch im wesentlichen konstant.

In dem gewünschten Datenübertragungsbereich wird eine min­ destens zweiadrige Flachbandleitung eingesetzt. Dabei dient je eine Ader als Hin- bzw. Rückleiter für die Datenübertra­ gung.

Der durch die Kabelfertigung vorgegebene Abstand zwischen den Leitern ist sowohl im Sende- als auch Empfangsfall pro­ portional zum abgestrahlten bzw. aufgenommenen magnetischen Feld.

Hin- und Rückleiter wirken kompensatorisch beim Senden und Empfangen:

Im Fernfeld wird das abgestrahlte Feld des Hinleiters durch das entgegengerichtete Feld des Rückleiters aufgehoben. Diese Kompensation ist bereits im Abstand von 1 m so groß, daß andere Datenübertragungseinrichtungen praktisch nicht mehr gestört werden. Im Empfangsfall gilt Entsprechendes.

Damit der Leiter für die Spurführung nicht auf die Daten­ übertragung koppelt oder selbst Datenübertragungsfelder aufnimmt, muß er symetrisch zum Hin- und Rückleiter ausge­ bildet verlegt werden.

Spurführungs- und Datenübertragungsbereich müssen nicht identisch sein. Häufig ist es günstig, in einem Spurfüh­ rungsbereich mehrere Datenübertragungsbereiche zu haben.

Die Datenübertragung kann in eine oder beide Richtungen durchgeführt werden. Frequenz- und Zeitmultiplex sind mög­ lich.

Wenn der Rückleiter für die Spurführung auch in der glei­ chen Nut verlegt wird, kann an den sonst zusätzlichen Ver­ legearbeiten gespart werden.

Nach Anspruch 2 kann bei einer Verlegung von zwei getrenn­ ten Leiterpaaren das Koppeln dadurch kompensiert werden, daß eines der beiden Paare gekreuzt wird. Bei Verlegung mit konstantem Abstand wird das etwa in der Mitte des Daten­ übertragungsbereiches sein. Vorteilhaft ist die Verwendung von insgesamt vier Leitern, wenn die Schleifen galvanisch getrennt sein sollen.

Ebenso kann nach Anspruch 3 verfahren werden, wenn eine vieradrige Flachbandleitung verwendet wird. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Abstände der Leiter über die gesamte Länge konstant sind. Einzelne Leiter verwinden sich leicht in der Verlegenut, so daß weder eine gleiche Feldgröße noch Feld­ richtung gewährleistet werden kann. Um möglichst große Fel­ der aufzubauen oder zu empfangen, bietet es sich an, Leiter 1 und 3 sowie Leiter 2 und 4 als Paar zu beschalten.

Anspruch 4 kennzeichnet ein Verfahren, das vorteilhafter­ weise ohne Kreuzen der Datenübertragungsschleife auskommt. Bedingt durch den gleichmäßigen Abstand zwischen den Lei­ tern ist bei der dreiadrigen Flachbandleitung dann keine Kopplung zu erwarten, wenn die äußeren Leiter für die Da­ tenübertragung und der mittlere Leiter für die Spurführung genutzt werden.

Nach Anspruch 5 kann der Wechselstrom für die Spurführung so auf eine Datenübertragungsschleife eingespeist werden, daß praktisch keine Störung eintritt. Im Prinzip kann dazu der Spurführungsleiter im Datenübertragungsbereich in eine zweiadrige Flachbandleitung aufgeteilt werden. Die An­ schlußstelle für die Datenübertragungssender und Empfänger liegt dann in der Mitte des Datenübertragungsbereiches. Aus praktischen Gründen wird es jedoch schwierig sein, eine wirklich gleiche Aufteilung der Ströme für die Spurführung und/oder Datenübertragung zu gewährleisten. Daher ist es zuverlässiger, durch Beschalten mit Widerständen, Kapazitä­ ten und/oder Induktivitäten die Ströme zu verteilen.

Das Anschließen der Datenübertragungsgeräte kann dann auch einseitig am Datenübertragungsbereich erfolgen.

Bei Ausbildung nach diesem Anspruch ist vorteilhaft, daß die Datenübertragung die Tiefe der Verlegenut gut ausnutzt bzw. daß für die zweiadrige Leitung weniger Nuttiefe erfor­ derlich ist als für eine vieradrige Leitung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch einen symmetrischen Aufbau der Leiter im Datenübertragungsbereich Datenübertragung und Spurfüh­ rung voneinander entkoppelt werden. Durch die Einsparung der sonst notwendigerweise extra entfernt geführten Rück­ führung für die Spurführung oder die getrennte Verlegung der Leitungen in verschiedenen Nuten wird weniger Aufwand bei der Installation der Anlage notwendig.

Durch diesen Vorteil lassen sich in einigen Anlagen die Ko­ sten oft um 25 oder mehr Prozent senken. An den Fahrzeugen sind keine großen Änderungen notwendig. Da bei dem geringen Abstand von Hin- und Rückleiter (z.B. 10 mm) die Sende- und Empfangsfelder geringer sind als bei Einzelleitern mit ent­ fernt liegendem Rückleiter (z.B. 1 m), ist es zum Teil aus­ reichend, an den Sendern der Anlage den Leiterstrom durch Transformation anzupassen. Es bietet sich auch an, für Da­ tenübertragung und Spurführung empfindlichere Empfänger einzusetzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die Ausführungsformen hängen z.T. auch davon ab, ob es sich um fahrerlose Transportsysteme in der Industrie, fahrerunter­ stützende Systeme (z.B. Bus, Lkw, Pkw), Flugzeuge oder an­ dere Transportfahrzeuge handelt.

Es zeigen:

Fig. 1 Feldaufbau durch zwei Leiter in der Fahrbahn.

Fig. 2 Größe und Polarität der Spannungen an den Sensor­ elementen.

Fig. 3 Leitung mit je zwei Adern für Datenübertragung und Spurführung.

Fig. 4 Leitung mit einer Ader für Spurführung und zwei Adern für Datenübertragung.

Fig. 5 Zweiadrige Leitung für Spurführung und Daten- Übertragung.

Fig. 6 Weitere Ausführungen einer zweiadrigen Leitung für Spurführung und Datenübertragung.

Fig. 7 Ausführung zur Verbesserung der Symmetrie.

Fig. 1 stellt den Feldaufbau eines Leiterpaares (1, 2) im Querschnitt dar. Zu einem bestimmten Zeitpunkt fließt im oberen Leiter (1) der Strom in die Zeichenebene. Defini­ tionsgemäß baut sich dadurch ein rechtsdrehendes magneti­ sches Feld auf.

Im unteren Leiter (2) fließt der Strom aus der Ebene her­ aus; das Feld dreht links. Über der Fahrbahn (5) befindet sich am Fahrzeug ein Kreuzspulensystem (3, 4). Der horizon­ tale Sensor (3) erfaßt in dieser Position den größten Feld­ anteil. Rechts und links davon nimmt das Feld ab. Der vertikale Sensor (4) nimmt genau in der Mitte kein Feld auf. Erst bei Abweichung nach rechts oder links werden ma­ gnetische Felder mit unterschiedlicher Polarität erfaßt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, die Überlagerung der Felder des Leiterpaares darzustellen.

Tatsächlich wirkt jedoch das Feld des unteren Leiters (2) auch oberhalb der Fahrbahn (5). Dadurch erfolgt eine Kom­ pensation, so daß das Sensorsystem (3, 4) das reduzierte Feld aufnimmt.

Außer dem Kreuzspulsystem sind auch andere Sensorsysteme bekannt und verbreitet.

Für die Datenkommunikation ist eine horizontale Ferritan­ tenne zum Senden und/oder Empfangen vorteilhaft. Sie ist in der Lage vergleichbar mit dem horizontalen Sensor (3). Es sind aber auch außermittige senkrechte oder geneigte An­ tennen möglich. Außer Ferritantennen können auch Luftspulen verwendet werden.

Fig. 2 verdeutlicht den Verlauf der aufgenommenen Spannun­ gen (U). Die obere Kurve (6) gehört zum horizontalen Sensor (3), die untere (7) zum vertikalen Sensor (4). Mit zuneh­ mendem Abstand von der Mitte (d) fällt die Spannung für die horizontale Spule. Für die vertikale Spule wird das Maximum des Betrages dann erreicht, wenn der Abstand von der Mitte (d) etwa der Höhe des Sensors (4) über der Fahrbahn (5) entspricht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung einer Leitung mit getrennten Adern für Spurführung und Datenübertragung. Über den Spur­ führungsgenerator (8) wird das Spurführungspaar gespeist. Besonders bei langen Leitungen ist es vorteilhaft, einen Abschluß (z.B. Widerstand) vorzusehen. Stehende Wellen bil­ den sich sonst störend aus. Die Frequenz beträgt für die Spurführung üblicherweise 1-25 kHz. Leitungslängen über 1 000 m sind möglich.

Das zweite Leiterpaar dient der Datenübertragung. Es ist etwa in der Mitte gekreuzt, so daß es rechts und links sym­ metrisch gleich groß ist, aber entgegengesetzte Felder auf­ nimmt. Nachteilig ist, daß an der Kreuzungsstelle keine Da­ tenübertragung möglich ist, es sei denn, daß besondere Ein­ richtungen am Fahrzeug vorgesehen werden.

Innerhalb eines Spurführungsbereiches sind mehrere Daten­ übertragungsbereiche möglich. Jeder Bereich hat dann übli­ cherweise eine eigene Sende- und/oder Empfangseinrichtung (9). Die Frequenzen für die Datenübertragung liegen typisch bei 40-140 kHz, Leitungslängen über 200 m sind möglich. Der Abschluß der Leitung ist sinnvoll.

Fig. 4 stellt eine andere Ausführung mit drei Adern dar. Der Rückleiter (11) für die Spurführung wird typischerweise in einem Abstand von über 1 m verlegt. Möglich ist auch die Verlegung in der gesamten Fahrbahn, wenn die Spur z.B. schleifenförmig geschlossen zurückgeführt wird (kreisförmi­ ger Fahrbahnverlauf). Es bietet sich oft an, den Rückleiter durch Erdung am Sender und am Fahrbahnende zu ersetzen. Der Stromkreislauf wird dann z.B. durch die Armierung der Anla­ ge geschlossen.

Die Leitung ist nur im Datenübertragungsbereich dreiadrig. Die Spurführungsader liegt in der neutralen Mitte, somit erfolgt keine Kopplung auf die Datenübertragung und umge­ kehrt.

Es ist möglich, das Ende der Datenübertragungsschleife mit der Spurführungsader zu verbinden.

Fig. 5 zeigt eine zweiadrige Ausführung. Wichtig ist, daß Spurführung und/oder Datenübertragung symmetrisch aufge­ teilt werden.

Eine vorteilhafte Ausführung zur Verbesserung der Symmetrie ist in Fig. 6 zu sehen. Über Bauelemente (10) wird der Strom der Spurführung so aufgeteilt, daß er in beiden Lei­ tern gleich groß ist. Geeignet sind hierfür zwei gleiche Widerstände, Induktivitäten oder Tiefpässe. Es kann somit berücksichtigt werden, daß die Spurführungsfrequenz in der Regel niedriger liegt als die Datenübertragungsfrequenz.

In der gezeigten Ausführung ist die Sende-Empfangseinrich­ tung (9) an einem Ende des Datenübertragungsbereiches ange­ schlossen. Dies ist möglich, da die symmetrische Aufteilung der Spurführungsströme sichergestellt ist.

Auch ein Anschließen in der Mitte des Datenübertragungsbe­ reiches ist zulässig. Es kann jedoch von Nachteil sein, daß ohne besondere Maßnahmen an der Anschlußstelle die Daten­ übertragung aussetzt.

Mit einem Anschlußschema nach Fig. 7 kann die Symmetrie im Vergleich zu Fig. 5 verbessert werden, wenn die Zuleitung von der Sende-/Empfangseinrichtung (9) durch Bauelemente (10) in den rechten und linken Datenübertragungsbereich gleich groß ausgebildet wird. Auch hier ist die Verwendung von Flachbandleitungen vorteilhaft. Durch den gleichmäßigen Aufbau bleiben Größe und Richtung der Felder im gesamten Datenübertragungsbereich konstant. Rechtes und linkes Feld und die Ströme sind gleich groß; für die Spurführung und Datenübertragung kommt es zu keinen Einbrüchen im Feld.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und fahrbahnseitigen Geräten und zur Spurführung der Fahrzeuge über mindestens zwei in der Fahrbahn verlegte Leiter, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß die Leiter in einer gemeinsamen Nut oder jedenfalls sehr eng benachbart in der Fahrbahn liegen,
• - daß für die Datenübertragung durch zwei der Leiter als Hin- und Rückleiter eine induktive Schleifenantenne gebil­ det wird,
• - daß die Kopplung zwischen dem oder den Leitern für die Spurführung und der Datenübertragungsschleife durch die symetrische Ausbildung der Datenübertragungsschleife aus­ kompensiert oder in der praktischen Ausführung sehr klein gehalten wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwei zweiadrige Leitungen verwendet werden, von denen zwei Leiter als Hin- und Rückleiter für die induktive Spur­ führung verwendet werden,
• - daß zwei Leiter als Hin- und Rückleiter als Schleife für die Datenübertragung verwendet werden und
• - daß zur Verringerung der Kopplung zwischen Spurführungs­ und Datenübertragungsschleife ein Leiterpaar zur Symmetrie­ rung mindestens einmal gekreuzt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine vieradrige Flachbandleitung verwendet wird,
• - daß zwei Leiter als Hin- und Rückleiter für die induktive Spurführung verwendet werden,
• - daß zwei Leiter als Hin- und Rückleiter für die Daten­ übertragung verwendet werden und
• - daß zur Verringerung der Kopplung zwischen Spannung und Datenübertragung ein Leiterpaar zur Symetrierung mindestens einmal gekreuzt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine dreiadrige Flachbandleitung verwendet wird,
• - daß der mittlere Leiter zur Spurführung verwendet wird und
• - daß die beiden äußeren als Hin- und Rückleiter für die Datenübertragung verwendet werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß für die induktive Spurführung ein Leiter verwendet wird, der an bestimmten Stellen für die Datenübertragung aufgetrennt ist und
• - daß die Kopplung zwischen Datenübertragung und Spurfüh­ rung durch symetrischen Anschluß der Datenübertragungsein­ richtung und/oder durch symetrische Aufteilung der Wechsel­ ströme für die induktive Spurführung auf die beiden Leiter gering gehalten wird.