DE69425568T2

DE69425568T2 - Leiteinrichtung für ein schienengeführtes fahrzeug

Info

Publication number: DE69425568T2
Application number: DE69425568T
Authority: DE
Inventors: Robert Lohr
Original assignee: Lohr Industrie SA
Current assignee: Lohr Industrie SA
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2014-05-26
Also published as: DK0699150T3; NO954765L; EP0699150A1; DE69425568D1; ATE195470T1; PT699150E; ES2149877T3; KR100295138B1; NO954765D0; US5758583A; CN1067024C; CN1124482A; RU2136531C1; UA27991C2; FI955686A7; EP0699150B1; FR2705636A1; WO1994027854A1; FR2705636B1; KR960703079A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung eines Straßenfahrzeugs entlang einer Führungsschiene, wie im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert und z. B. aus DE-A-14 55 512 bekannt.
Gegenwärtig wird nach wirtschaftlichen Wegen gesucht, um den Platzbedarf kollektiver Transportmittel im Stadtbereich zu verringern.
Zu diesem Zweck sind Vorrichtungen erdacht worden, die es erlauben, städtische öffentliche Verkehrsmittel auf ihrem gesamten Weg oder wenigstens einem Teil desselben zu führen.
Diese Vorrichtungen liefern die Garantie, die Breite der für den Verkehr dieser Fahrzeuge reservierten Gleise oder Fahrspuren zu verkleinern.
Außerdem ist der Fahrer des Fahrzeuges ständig und vollauf mit dem Lenken beschäftigt, was zu einer zunehmenden und übermäßigen Ermüdung bis zur Erschöpfung und infolgedessen zu einer Erhöhung des Unfallrisikos führt.
Eine Führung des Fahrzeuges auf wenigstens einem Teil des Weges erlaubt es, dem Fahrer eine weniger erschöpfende Überwachungs- und Steuerungsaufgabe zu geben, die seine Fähigkeiten besser nutzt und für den Dienst funktionaler ist. Grundsätzlich besteht eine Auswahl zwischen elektronischen und mechanischen Führungssystemen.
Mechanische Führungssysteme werden häufig bevorzugt, weil sie verschiedene Vorteile bieten, insbesondere aufgrund ihrer Einfachheit, ihrer Zuverlässigkeit und schließlich ihrer Kosten.
Die gegenwärtig existierenden mechanischen Führungsvorrichtungen haben jedoch zahlreiche Unzulänglichkeiten, die ihrer Fortentwicklung abträglich sind.
Insbesondere sind diese Vorrichtungen nicht ausgelegt, um an Fahrzeugen mit Frontantrieb an unabhängigen Rädern installiert zu werden. Die Verwendung einer Starrachse ist jedoch bei Niederflurfahrzeugen unmöglich; diese Besonderheit entspricht aber einer starken Nachfrage der städtischen Kommunen aus Gründen des leichteren Einstiegs und der Sicherheit.
Außerdem haben die gegenwärtigen Vorrichtungen keinen Entgleisungsschutz.
Aus dem Europäischen Patent EP-A-0 062 370 der Constructions FERROVIAIRES et METALLIQUES ist zum Beispiel eine Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung eines Fahrzeuges bekannt, die zwei Arme umfaßt, die jeweils eine Rolle tragen. Dieses System ist an eine Hohlschiene angepaßt und erfordert eine absolut spezifische Lenkung. Seine zwei zugeordneten Führungsarme, die direkt an der Lenkung montiert sind, machen eine flexible, erschüttungsfreie Steuerung schwierig.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist im Europäischen Patent EP-A-0 496 236 der ADIGAN Research beschrieben. Ein Führungsarm, der ein verschiebbares Organ trägt, ist unter einem Fahrzeug montiert und fügt sich in eine in der Fahrbahn vorgesehene hohle Schiene ein.
Die Vorrichtung weist keine rotierende Rolle auf, so daß mit störendem Quietschen und Pfeifen zu rechnen ist. Andererseits ist sie nicht gegen Entgleisung geschützt. Diese Vorrichtung unterliegt einem schnellen Verschleiß, der zu Ungenauigkeiten und Verstellungen der Führung führt.
Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben, indem eine Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung eines Straßenfahrzeuges entlang einer profilierten Schiene vorgeschlagen wird, die permanent oder zeitweilig aktiviert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Die erfindungsgemäße Selbstführungsvorrichtung hat zahlreiche Vorteile:
die geneigten Rollen vermeiden jede ungewollte Entgleisung. Die Neigung der Rollen begünstigt die Führungsoperationen am Gleiseingang durch die Möglichkeit, die Außenseiten der Rollen zu nutzen;
- die Rollen sind wenig belastet, was zu einer Verringerung des Verschleißes führt, und auf elastischen Naben montiert, um Geräusche zu mindern;
- die homogene Lenkungs-/Führungsvorrichtung ist kompatibel mit der Verwendung eines Frontantriebs an unabhängigen Rädern und erlaubt die Nutzung der natürlichen Fähigkeit des hydraulisch unterstützten Lenkungsgetriebes, von den Rädern kommende Schwingungen zu filtern;
- die Führungs- und Sicherheitsanlage des Systems ist durch einen Automaten gewährleistet und erlaubt den Einsatz eines sogenannten Totmann-Systems;
- die Schiene kann aufgrund ihrer geringen Belastung am Boden über eine elastische oder geschichtete Zwischenlage, die den Geräuschpegel senkt, festgelegt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die als Beispiel und mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben wird. Es zeigen:
- Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Selbstführungssystems von vorne in Betriebsposition entlang einer Schiene;
- Fig. 2 eine perspektivische Gesamtansicht der Selbstführungsvorrichtung von hinten;
- Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des vorderen Bereichs der mit einem Lenkgestänge des Fahrzeugs verbundenen Selbstführungsvorrichtung bei Geradeausfahrt;
- Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 bei Kurvenfahrt;
- Fig. 5 einen Querschnitt der Selbstführungsvorrichtung und der Schiene in Betriebsposition;
- Fig. 6 eine Ansicht analog Fig. 5 in einer Ausführungsvariante des Querprofils;
- Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer vollständigen Lenkeinheit an·einem Stadtfahrzeug;
- Fig. 8 ein allgemeines Funktionsschema der Steuerung der Selbstführungsvorrichtung.
Der allgemeine erfinderische Gedanke besteht darin, eine Fahrzeugführung durch eine anhebbare und gelenkige Vorrichtung zu realisieren, die einen Kopf mit zwei Rollmitteln umfaßt, die die Führungsschiene umgreifen.
Die Figuren zeigen eine Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung 1 gemäß der Erfindung.
Sie umfaßt im wesentlichen einen anhebbaren Führungsarm 2, der gelenkig an einem Endteil 3 des Chassis 4 eines Straßenfahrzeuges 5 montiert ist, von dem nur die für die Erfindung wichtigen Elemente dargestellt sind. Dieser Führungsarm 2 weist am vorderen Ende einen Rollkopf 6 auf, der mit Rollmitteln 7, 8 ausgestattet ist, die dazu bestimmt sind, einer Spur zu folgen, die vorzugsweise in Form einer Kopfschiene 9 verkörpert ist, die auf die Fahrbahn oder auf dem Boden einer Rille oder Rinne 10, die in der Fahrbahn gebildet ist, aufgesetzt ist.
Der Führungsarm 2 ist insbesondere gelenkig an einer vorderen Endstruktur 11 des Chassis über ein Gelenk 12 vom Kardantyp montiert, das durch einen Führungszapfen 13 und einen Schwenkzapfen 14 mit gekreuzten Achsen gebildet ist, die Schwenkbewegungen in sich kreuzenden Ebenen, z. B. einer vertikalen und einer horizontalen, zulassen.
Die Achse 15 des Führungszapfens 13 ist am Ende einer Gabel 16 montiert, die mit dem Ende des Chassis fest verbunden ist. Der Körper des Führungszapfens weist im unteren Bereich eine seitliche Verlängerung, die einen seitlichen Steuerhebel 17 bildet, an den ein Lenker 18 angelenkt ist, und im oberen Bereich ein Gabelgelenk 19 auf, an dem ein Hebezylinder 20 mit einem seiner Enden gelenkig montiert ist.
Die Schwenkbewegung des gesamten Führungsarmes erfolgt durch die Wirkung des Hubzylinders, der den Arm um die Achse des Schwenkzapfens schwenken läßt.
Dieser Führungsarm ist dazu bestimmt, den vorderen Lenktrieb 21, z. B. mit unabhängigen Rädern 22, 23, des Straßenfahrzeuges über Änderungen seiner Winkelpositionen zu steuern. Zu diesem Zweck wirkt er über seinen Steuerhebel auf das Lenkgestänge.
Man erkennt deutlich in Fig. 7 die verschiedenen Organe, die die Funktionseinheit der Fahrzeuglenkung bilden, vom Führerstand bis zum gelenkten Frontantrieb mit unabhängigen Rädern oder mit einer Achse, die manuell über ein vom Fahrer betätigtes Lenkrad 24 oder im Selbstführungsmodus über den Führungsarm nach der durch die Führungsschiene vorgegebenen Form der Bewegungsbahn gesteuert ist. In dieser Figur sind die herkömmlichen Organe des Lenksystems gezeigt, nämlich das Lenkrad 24, das an einer höhenverstellbaren Lenksäule 25 montiert ist, die zu einem Servolenkgehäuse 26 über eine Winkelumlenkung 27 und ein homokinetisches Getriebe 28 führt. Der Ausgang des Lenkgehäuses 26 ist über eine Hebel-Lenker-Anordnung 29 mit einem zentralen Lenkzapfen 30 verbunden. Der Führungszapfen 13, der den seitlichen Hebel 17 umfaßt, ist gelenkig über den Lenker 18 mit dem zentralen Lenkzapfen 30 verbunden. Die gelenkigen Verbindungen, die von dem Führungsarm und dem Lenkrad ausgehen, sind auf beiden Seiten des zentralen Zapfens 30 über eine diametrale Platine 31 mechanisch fest gekoppelt. Unter der Wirkung der manuellen oder der selbstführenden Steuerung betätigt der zentrale Zapfen 30 gleichzeitig über ein Sektorteil 32 eine Steuerstange 33 für das linke Rad und eine Steuerstange 34 für das rechte Rad.
Die vorderen Rollmittel sind insbesondere in Form eines Paares von zwei frei drehbaren Führungsrollen 35, 36 verwirklicht, die nebeneinander und in gleichzeitigem engem Rollkontakt mit der Schiene angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Anordnung sind diese Rollen frei drehbar montiert und symmetrisch gegen eine vertikale Mittelebene geneigt, die durch den Arm verläuft. Die nach oben offene "V"-Anordnung erlaubt es, der Schiene zu folgen und sich dabei ständig auf deren seitlichen Schultern abzustützen. Der ständige Halt im Laufe des Abrollens vermeidet das Entgleisen und verbessert die Stabilität.
Zu diesem Zweck sind die Rollen nahe beieinander montiert, um die Schiene zu umgreifen. Eine geringe durch elastische Verformung eines Bestandteils mögliche Ausfederung erlaubt es, einen wirksamen Kontakt mit Klemmwirkung herzustellen. Selbstverständlich weist jede Rolle ein Kehlungsprofil 37 auf, das komplementär zum Halbprofil der Schiene unter Berücksichtigung ihrer Neigung ist.
Man unterscheidet zu diesem Zweck Schienenprofile mit Dreieckform (Fig. 3 bis 5), runder Form (Fig. 1, 2, 6 und 7) und anderen, die am Boden der Rinne in einem Kanal oder auf Bodenniveau mit ihrem Fuß auf einer schalldämpfenden Zwischenlage 38 aufliegen und durch Ankerschrauben 39 montiert sind.
Der Aufbau jeder Führungsrolle kann variieren. Er ist immer zusammengesetzt, nämlich aus einer Nabe 40, einer Rollachse 41, einem verformbaren zentralen koaxialen Element 42, das durch seine Verformung die geringe funktionelle Ausfederung gewährleistet, und einem metallischen Rollkranz, der mit seiner Hohlkehle in Rollkontakt mit der Führungsschiene ist.
Zu beachten ist, daß der Führungsarm an seinem vorderen Ende mit einem als Steinfänger-Schuh bezeichneten Hindernisdetektor in Form eines Deflektors 44 versehen ist, der dazu dient, kleine Hindernisse zu beseitigen, die die Passage entlang der Schiene behindern könnten. Dieser Deflektor 44 ist z. B. in Form einer geneigten Platte 45 mit einer horizontalen Abbiegung 46 realisiert. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante weist die Platte eine Öffnung 47 auf, die es erlaubt, sich entlang der Führungsschiene so nah wie möglich an dieser zu bewegen, um nahe an der Schiene festsitzende kleine Hindernisse besser zu beseitigen.
Alle Bahnabschnitte im Selbstführungsmodus, d. h. die mit Führungsschienen ausgestattet sind, beginnen mit einer Einlaufzone 48, z. B. von der in Fig. 2 dargestellten Art. Diese Einlaufzone weist eine Einlaufvertiefung 49 mit zu einem zentralen Bereich 50 konvergierender Form auf, der an einem End-Kopfstück 51 der Schiene abschließt, das den Eingriff der Rollen an der Schiene erleichtert. Der Abschnitt endet mit einer Austrittszone, z. B. von gleicher Art.
In diesen Einlauf- und Auslaufzonen erfolgt die Führung durch die Außenflanken der Rollen im Hinblick auf die Positionierung des Armes fluchtend mit dem Ende der Schiene. Die Funktionsweise der Einrichtung ist durch einen Automaten 52 gesteuert, der soweit entwickelt ist, um bestimmte Sicherheitsentscheidungen anstelle des Fahrers zu treffen. Das allgemeine Funktionsschema der Steuerung mit diesem Automaten ist in Fig. 8 gezeigt.
Die erfindungsgemäße Selbstführungsvorrichtung umfaßt diverse mit dem Automaten verbundene Aufnehmer, die insbesondere in Höhe der vorderen Endes des Führungsarmes angeordnet sind, darunter ein Geschwindigkeitsgeber 53, ein Geber 54 für die Anwesenheit der Schiene, ein Geber 55 für die Position des Armes, ein Geber 56 für eine anomale Schwenkkraft am Arm, ein Geber 57 für eine anomale Kraft an den Rollen.
Andererseits kann der Automat Anweisungen direkt vom Fahrer entgegennehmen.
Im Führerstand ist eine Anzeigetafel 58 vorgesehen. Diese Anzeigetafel kann z. B. Schalter 59, 60 zum Senken und Heben des Führungsarmes umfassen.
Andererseits kann im Rahmen des sogenannten Totmann-Systems ein Druckknopf 61 an der Nabe des Lenkrades vorgesehen sein.
Anhand der von den Gebern übertragenen Daten und der vom Fahrer gelieferten Anweisungen steuert der Automat die Funktion des Hydraulikkreises 62 zur Betätigung des Zylinders des Führungsarmes zum Absenken oder Anheben und verwaltet die Sicherheitsfunktionen.
Der Automat kann auch die Betätigung der Bremsen im Falle einer überhöhten Geschwindigkeit oder beim Auslösen der sogenannten Totmann-Funktion steuern.
Die Art und Merkmale des Betriebs werden dem Fahrer auf der Anzeigetafel über Anzeigeelemente wie etwa eine Führungsanzeige 63, Alarmanzeigen 64, 65 und 66 und dem Totmann- System entsprechende Anzeigen 67, 68 und 69 präsentiert. Gegebenenfalls kann der Automat natürlich auch mit einem Fahrweg-Signalsystem verbunden sein (Beziehung nicht dargestellt).
Nachfolgend wird die Funktion des Lenkungs-/Führungssystems beschrieben.
Bei manueller Steuerung der Lenkung fährt das Fahrzeug ohne Führung. Der Fahrer betätigt das Lenkrad, das über die manuelle Steuerung und die gemeinsame Lenkungssteuerung das Schwenken der Räder des Frontantriebs betätigt.
Der Führungsarm befindet sich dann in angehobener Position, wodurch die Selbstführungsvorrichtung inaktiv ist, und folgt den von den Lenkorganen vorgegebenen Bewegungen. Aus Sicherheitsgründen kann der Führungsarm nicht, auch nicht willkürlich, abgesenkt werden, so lange die von dem Geschwindigkeitsgeber gemessene Geschwindigkeit größer als eine Bezugsgeschwindigkeit ist, die die maximal zugelassene Geschwindigkeit für das Einlaufen auf die Führungsschiene ist.
Wenn aus Unachtsamkeit der Führungsarm vom Fahrer außerhalb einer Führungsschiene abgesenkt würde, z. B. bei einem Halt, würde ein Sicherheitssystem, das durch den Geber für die Anwesenheit einer Schiene ausgelöst wird, mit einer Zeitverzögerung die automatische Anhebung des Armes bewirken. Für den Übergang in den geführten Modus führt der Fahrer das Fahrzeug in eine durch eine horizontale Signalisierung markierte Übergangszone mit einer maximalen Sollgeschwindigkeit ein.
Kleine seitliche konvergierende Gleitschienen in geeigneter Form erlauben es, die Zentrierung des Fahrzeuges zu perfektionieren.
Eine Tafel zeigt dem Fahrer an, daß er die Absenksteuerung des Führungsarmes betätigen soll.
Der Führungsarm senkt sich, und die zwei Rollen zentrieren sich am Kopfstück der Schiene, wobei sie von ihren Außenflächen geführt werden. Die angepaßte konvergierende Form der Einlaufzone richtet die Rollen progressiv auf die Achse der Schiene aus, und am Eingang der eigentlichen Führungszone kommen die Innenflächen der Rollen mit Hilfe des speziellen Kopfstückes und der elastischen Naben an der Schiene in Eingriff.
Die Form der Schiene, die Position und die Form der Rollen bewirken, daß ein Entgleisen dann unmöglich ist.
Sobald der Geber für die Anwesenheit einer Schiene, z. B. ein hinter den Rollen angeordneter Kohleschuh, die Anwesenheit der Schiene erfaßt hat, wird das Fahrzeug als im geführten Modus befindlich angesehen.
Um allen Eventualitäten vorzubeugen, z. B. einer zu hohen Annäherungsgeschwindigkeit, einem ungeeigneten Angriffswinkel, einer zu späten Absenkung des Führungsarmes, kann eine zweite Eingriffzone in einem Abstand von der Hauptzone vorgesehen sein. Wenn dem Fahrer das erste Einfädeln auf die Schiene mißlungen ist, kann in dieser Zone mit einer identischen Prozedur ein zweiter Versuch durchgeführt werden.
Wenn ein sogenanntes Totmann-System vorgesehen ist, erfolgt das Fahren im selbstgeführten Modus in normaler Weise, so lange das Totmann-System keine Störung der Lenkung erfaßt. Wenn das sogenannte Totmann-System einen Lenkausfall erfaßt, löst der Automat eine programmierte Halteprozedur aus.
Eine andere Sicherung kann an der Selbstführungsvorrichtung installiert werden. Es handelt sich darum, jede anomale Kraft auf den Führungsarm zu erfassen, die z. B. auf eine verformte oder durch einen Gegenstand oder einen Stein versperrte Schiene zurückgeht. In diesem Fall erfaßt der an der horizontalen Achse des Führungsarmes installierte Geber eine anomale Kraft. Der Automat steuert dann die Ausweichprozedur. Eine starke Kraft wird vom Hubzylinder auf den Arm ausgeübt, um die Rollen durch Verformen der elastischen Mittel ausweichen zu lassen und die Selbstführungsvorrichtung zurückzuziehen. Ein akustisches Signal warnt den Fahrer, daß er die Steuerung der Lenkung sofort wieder aufnehmen und die vorgesehene Prozedur anwenden muß.
Am Ausgang der Führungszone durchläuft das Fahrzeug die Auslaufzone, wobei das Fahrzeug zunächst noch geführt ist, und sobald der Geber für die Anwesenheit einer Schiene deren Ende erfaßt, steuert der Automat die Zurückziehung der Selbstführungsvorrichtung. Das Fahrzeug befindet sich dann wieder im ungeführten manuellen Modus.

Claims

1. Vorrichtung zur richtungsabhängigen Selbstführung von Straßenfahrzeugen entlang einer Führungsschiene (9) mit einem Führungsarm (2), der um eine vertikale Achse vorne an der Unterseite des Fahrzeugs schwenkbar ist, zwei am Ende des Führungsarms frei drehbaren gelagerten Rollen (35, 36), die einander zugekehrt V-förmig mit einer zur Führungsschiene weisenden Spitze geneigt sind und eine an das Profil der Flanken der Führungsschiene (9) angepaßte Rille bilden, um das vordere richtungsgebende Fahrgestell des Fahrzeugs durch die Winkelausschläge des Führungsarms (2) der Führungsschiene folgend zu steuern:

- der Führungsarm ist zugleich an einer horizontalen Achse quer zum Fahrzeug schwenkbar gelagert derart, daß er für ein manuelles Lenken anhebbar ist,

- die Rollen (35, 36) weisen jeweils eine Rollachse (41), eine Nabe (40), einen metallischen Rollenkranz (43) und ein zentrales, koaxiales Element (42) aus verformbarem Material auf, damit beim Umgreifen der Schiene durch die Rollen ein Kontakt mit Klammerwirkung erreichbar ist,

- das Anheben des Führungsarms ist durch Aufbringen einer ausreichenden Hubkraft am Führungsarm erzielbar, wobei die Rollen durch Verformen des zentralen Elementes (42) von der Führungsschiene freikommen und die Selbstführungsvorrichtung ausgehoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsarm (2) mit dem Chassis des Fahrzeugs über ein Kardangelenk verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Führungsschiene (9) kreisförmig ist oder die Form eines auf der Spitze stehenden Dreiecks aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie unmittelbar nach dem Servolenkgehäuse mit dem Lenkgestänge des Fahrzeugs über eine Gelenkeinheit (26) mit einem Lenker und einer Koppel verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kraft- und Positionsgeber aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie über einen mit den Kraftgebern verbundenen Automat steuerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsarm (2) an seinem vorderen Ende einen Hindernisdetektor aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hindernisdetektor einen Abweiserschuh (44) aus einer geneigten Platte (45) mit anschließendem horizontalem Abschnitt (46) aufweist.