DE102010021942B4 - Device for automatically controlling the speed and steering of a follower vehicle following a leading vehicle of a convoy - Google Patents
Device for automatically controlling the speed and steering of a follower vehicle following a leading vehicle of a convoy Download PDFInfo
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Abstract
Vorrichtung (3) zur automatischen Regelung der Geschwindigkeit und der Lenkung eines einem Führungsfahrzeug (1) eines Konvois folgenden Folgefahrzeuges (2), umfassend: a) mindestens zwei mit dem Führungsfahrzeug (1) und dem Folgefahrzeug (2) verbindbare Seile (4, 5), welche bei ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung seitlich voneinander beabstandet an den Fahrzeugen (1, 2) befestigt sind und eine gekreuzte Anordnung bilden; b) Enden (6, 7) der beiden Seile (4, 5), die – in Längsrichtung des entsprechenden Seiles (4, 5) – Übertragungselemente (8, 8') mit dem Folgefahrzeug (2) verbinden, sodass bei Bewegungsänderungen des Führungsfahrzeuges (1) relativ zu dem Folgefahrzeug (2) Längenänderungen in den beiden Übertragungselemente (8, 8') erfolgen; c) eine Messeinrichtung (13), welche mit Sensoren (11, 12) zur Messung der Längenänderungen der Übertragungselemente (8, 8') verbunden ist, die aus den ermittelten Längenänderungen entsprechende Stellsignale für eine Geschwindigkeitsänderung und/oder für eine Regelung der Lenkung des Folgefahrzeuges (2) bestimmt, und d) im Folgefahrzeug (2) anordbare Stellgetriebe (14, 15) zur Regelung der Lenkung als auch zur Regelung der Geschwindigkeit des Folgefahrzeuges (2), die von den durch die Messeinrichtung (13) gewonnenen Stellsignalen beaufschlagt werden.Device (3) for automatically controlling the speed and steering of a follower vehicle (2) following a leading vehicle (1) of a convoy, comprising: a) at least two ropes (4, 5) connectable to the leader vehicle (1) and the follower vehicle (2) ), which in their intended use laterally spaced apart on the vehicles (1, 2) are fixed and form a crossed arrangement; b) ends (6, 7) of the two cables (4, 5) - in the longitudinal direction of the corresponding cable (4, 5) - transmission elements (8, 8 ') connect to the follower vehicle (2), so that upon movement changes of the leading vehicle (1) relative to the following vehicle (2) length changes in the two transmission elements (8, 8 ') take place; c) a measuring device (13) which is connected to sensors (11, 12) for measuring the changes in length of the transmission elements (8, 8 '), the corresponding changes in length corresponding to the control signals for a speed change and / or for a control of the steering Following vehicle (2) determines, and d) in the following vehicle (2) can be arranged actuating gear (14, 15) for controlling the steering and for controlling the speed of the follower vehicle (2), which are acted upon by the measuring device (13) obtained control signals ,
Description
Bei Fahrten mehrerer Fahrzeuge im Konvoi müssen die autonomen Folgefahrzeuge, insbesondere wenn sie ohne Fahrer automatisch in Abhängigkeit von den Bewegungen des Führungsfahrzeuges gelenkt werden sollen, über die Position und die Bewegung und Bewegungsänderungen des Führungsfahrzeuges informiert werden.When driving several vehicles in a convoy, the autonomous following vehicles, in particular if they are to be steered automatically without a driver depending on the movements of the leading vehicle, must be informed about the position and the movement and movement changes of the leading vehicle.
Aus der
Bei der Datenübertragung mittels Funk ermittelt das Führungsfahrzeug alle relevanten Daten über den eigenen Zustand (Standort, Bewegungsänderungen etc.) und übermittelt diese Daten dann an das Folgefahrzeug. Das Folgefahrzeug ermittelt ebenfalls die für seinen Zustand geltenden Daten und leitet entsprechende Maßnahmen ein, falls dieses unter Berücksichtigung der von dem Führungsfahrzeug übertragenen Daten erforderlich sein sollte. Hierbei müssen in der Regel große Mengen an Daten generiert und ausgewertet werden. Außerdem werden die Daten des Führungsfahrzeuges über eine nur bedingt belastbare Funkstrecke übertragen, die außerdem gestört werden kann.In the case of data transmission by radio, the leading vehicle determines all relevant data about its own state (location, changes in movement, etc.) and then transmits this data to the following vehicle. The follower vehicle also determines the data that applies to its condition and initiates appropriate action if necessary, taking into account the data transmitted by the leader vehicle. This usually requires large amounts of data to be generated and evaluated. In addition, the data of the leader vehicle are transmitted via a radio link which can only be loaded to a limited extent and which can also be disturbed.
Bei der optischen Datenübertragung befinden sich an dem Führungsfahrzeug unterschiedliche, Licht reflektierende Materialien. Aus diesen entstehen für das Folgefahrzeug eindeutige Signaturen. Hieraus lässt sich dann die Relativposition zum Führungsfahrzeug ermitteln. Da außerdem die Ermittlung der Relativposition in zeitlich getakteten Intervallen stattfindet, kann die Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Beschleunigung des Führungsfahrzeuges erfasst werden. Aus diesen Daten lassen sich entsprechende Befehle für das Folgefahrzeug ableiten. Da die Datenübertragung optisch erfolgt, ist sie stark von Umwelteinflüssen (Nebel, Regen, Staub etc.) abhängig und damit sehr störanfällig.In optical data transmission, different, light-reflecting materials are located on the leading vehicle. From these arise for the following vehicle unique signatures. From this, the relative position to the leading vehicle can then be determined. In addition, since the determination of the relative position takes place in timed intervals, the speed, direction of movement and acceleration of the leading vehicle can be detected. From these data, corresponding commands for the following vehicle can be derived. Since the data transmission is optical, it is heavily dependent on environmental influences (fog, rain, dust, etc.) and thus very susceptible to interference.
Die
Die
Aus der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die Zustandsänderungen hinsichtlich der Lenkung, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung etc. des Führungsfahrzeuges eines Fahrzeugkonvois erfasst sowie störungsfrei auf ein Folgefahrzeug überträgt und die entsprechenden Zustandsänderungen des Folgefahrzeuges automatisch einleitet.The invention has for its object to provide a device, the state changes in terms of steering, speed, acceleration, etc. of the leading vehicle recorded a vehicle convoy and transmits trouble-free to a follower vehicle and automatically initiates the corresponding state changes of the follower vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.This object is achieved by the features of
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, dass die Übertragung der Zustandsänderungen des Führungsfahrzeuges von diesem auf das Folgefahrzeug mit Hilfe mechanischer Übertragungselemente erfolgt. Hierzu umfasst die Vorrichtung mindestens zwei mit dem Führungsfahrzeug und dem Folgefahrzeug verbindbare Seile, welche bei ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung seitlich voneinander beabstandet an den Fahrzeugen befestigt sind und eine gekreuzte Anordnung bilden. Die Enden der beiden Seile sind mit dem Folgefahrzeug jeweils über ein vorzugsweise elastisches Übertragungselement verbunden, sodass bei Bewegungsänderungen des Führungsfahrzeuges relativ zu dem Folgefahrzeug Längenänderungen der beiden Übertragungselemente erfolgen. Die elastischen Übertragungselemente stehen mit einer in dem Folgefahrzeug angeordneten Messeinrichtung in Wirkverbindung, welche die Längenänderungen der Übertragungselemente in entsprechende Stellsignale umwandelt, die den in dem Folgefahrzeug anordbaren Stellgetrieben zur Regelung der Lenkung und zur Regelung der Geschwindigkeit über entsprechende Verbindungen zugeführt werden.The invention is based essentially on the idea that the transmission of the state changes of the leading vehicle from this to the follower vehicle by means of mechanical transmission elements. For this purpose, the device comprises at least two cables which can be connected to the leading vehicle and the following vehicle and which, when used as intended, are laterally spaced from one another on the vehicles and form a crossed arrangement. The ends of the two cables are connected to the follower vehicle respectively via a preferably elastic transmission element, so that changes in movement of the guide vehicle relative to the follower vehicle length changes of the two transmission elements. The elastic transmission elements are operatively connected to a measuring device arranged in the following vehicle, which converts the changes in length of the transmission elements into corresponding control signals which are supplied to the control gears which can be arranged in the following vehicle to control the steering and to regulate the speed via corresponding connections.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Übertragungselementen um Zugfedern, die jeweils an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Folgefahrzeuges befestigt sind, derart, dass jeweils auch ein Endabschnitt der mit den Übertragungselementen verbundenen Seile an den beiden Seiten des Folgefahrzeuges entlang verlaufen. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, zur Ermittlung der Längenänderungen der Übertragungselemente Sensoren zu verwenden, welche die mit der Längenänderung der Übertragungselemente verbundene Verschiebung der Endabschnitte der beiden Seile messen.In one embodiment of the invention, the transmission elements are tension springs which are respectively attached to the two opposite sides of the follower vehicle such that in each case also an end portion of the cables connected to the transmission elements run along the two sides of the following vehicle. By such an arrangement, it is possible to use for determining the changes in length of the transmission elements sensors which measure the associated with the change in length of the transmission elements displacement of the end portions of the two cables.
Die Messeinrichtung kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass sie in vorgegebenen Zeitabständen aus den jeweils gemessenen Längen der beiden Übertragungselemente deren Differenzwert ermittelt und mit den zeitlich vorher gemessenen Differenzwerten vergleicht, und dass bei einer Abweichung der Differenzwerte um einen vorgegebenen Wert das Stellgetriebe zur Regelung der Lenkung mit einem entsprechenden Stellsignal beaufschlagt wird.The measuring device may preferably be designed such that it determines its difference value from the respective measured lengths of the two transmission elements at predetermined time intervals and compares them with the previously measured difference values, and that when the difference values deviate by a predetermined value, the control gear for controlling the steering is acted upon by a corresponding actuating signal.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung in vorgegebenen Zeitabständen aus den jeweils gemessenen Längen der beiden Übertragungselemente deren Differenzwert ermittelt und dieser Differenzwert mittels einer in der Messeinrichtung abgespeicherten Tabelle einem bestimmten Lenkwinkel-Sollwert zuordnet. Dieser Sollwert wird dann mit einem Istwert verglichen, welcher mittels eines die jeweilige Lenkradstellung des Folgefahrzeuges detektierenden Sensors bestimmt wird. Bei einer Abweichung von Ist- und Sollwert des Lenkwinkels um einen vorgegebenen Wert wird dann das Stellgetriebe zur Regelung der Lenkung mit einem entsprechenden Stellsignal beaufschlagt.However, it can also be provided that the measuring device determines at predetermined time intervals from the respectively measured lengths of the two transmission elements whose difference value and assigns this difference value by means of a table stored in the measuring device to a specific steering angle setpoint. This desired value is then compared with an actual value which is determined by means of a sensor detecting the respective steering wheel position of the follower vehicle. In the case of a deviation of the actual and desired value of the steering angle by a predetermined value, the actuating gear for regulating the steering is then subjected to a corresponding actuating signal.
Um die Geschwindigkeit des Folgefahrzeuges an die Geschwindigkeit des Führungsfahrzeuges anzupassen, kann die Messeinrichtung in vorgegebenen Zeitabständen aus den jeweils gemessenen Längen der beiden Übertragungselemente den jeweils mittleren Istabstand des Folgefahrzeuges von dem Führungsfahrzeug ermitteln und mit den zeitlich vorher gemessenen Abstandswerten vergleichen. Bei einer Abweichung der Abstandswerte um einen vorgegebenen Wert wird dann das Stellgetriebe zur Regelung der Geschwindigkeit mit einem entsprechenden Stellsignal beaufschlagt.In order to adapt the speed of the follower vehicle to the speed of the leading vehicle, the measuring device can determine at predetermined time intervals from the respectively measured lengths of the two transmission elements the mean actual distance of the follower vehicle from the leading vehicle and compare it with the previously measured distance values. In the case of a deviation of the distance values by a predetermined value, the actuating gear for regulating the speed is then subjected to a corresponding actuating signal.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung in vorgegebenen Zeitabständen aus den jeweils gemessenen Längen der beiden Übertragungselemente den jeweils mittleren Istabstand des Folgefahrzeuges von dem Führungsfahrzeug ermittelt und mittels einer in der Meßeinrichtung abgespeicherten Tabelle einem bestimmten Geschwindigkeits-Sollwert zuordnet. Dieser Sollwert wird dann mit einem Istwert verglichen, der mit Hilfe von – die jeweilige Pedal- und Bremsstellung des Folgefahrzeuges detektierender – Sensoren ermittelt wird. Bei einer Abweichung von Ist- und Sollwert der Geschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert wird das Stellgetriebe zur Regelung der Geschwindigkeit mit einem entsprechenden Stellsignal beaufschlagt.Alternatively, however, it can also be provided that the measuring device determines the respective mean actual distance of the following vehicle from the leading vehicle at predetermined time intervals from the respective measured lengths of the two transmission elements and assigns it to a specific speed setpoint by means of a table stored in the measuring device. This setpoint value is then compared with an actual value, which is determined with the aid of sensors which detect the respective pedaling and braking positions of the following vehicle. In the event of a deviation from the actual and desired value of the speed by a predetermined value, the actuating gear is subjected to a corresponding actuating signal for regulating the speed.
Wertere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand einer Figur erläuterten Ausführungsbeispiel.More valuable details and advantages of the invention will become apparent from the following, explained with reference to a figure embodiment.
In der Figur sind mit
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
Die Enden
Mit Hilfe entsprechender Sensoren
Die Sensoren
Nachfolgend wird auf die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Außerdem ermittelt die Messeinrichtung
Ändert das Führungsfahrzeug
Auch die aus den Längen der Übertragungselemente
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung
Um die Geschwindigkeit des Folgefahrzeuges
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Führungsfahrzeug, FahrzeugLead vehicle, vehicle
- 22
- Folgefahrzeug, FahrzeugFollower vehicle, vehicle
- 33
- Vorrichtungcontraption
- 4, 54, 5
- Seileropes
- 6, 76, 7
- Endenend up
- 8, 8'8, 8 '
- Übertragungselementetransmission elements
- 9, 109, 10
- Endabschnitteend
- 11, 1211, 12
- Sensorensensors
- 1313
- Messeinrichtungmeasuring device
- 1414
- Stellgetriebe (Lenkung)Actuating gear (steering)
- 1515
- Stellgetriebe (Geschwindigkeit)Actuating gear (speed)
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