專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)向軌，尤其涉及一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，運(yùn)載車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)方向控制，有可操縱的轉(zhuǎn)向輪、地面軌道線路、導(dǎo)向軌等多種形式。在有多種車(chē)輛混跑的公路上，則以可操縱的導(dǎo)向輪為多，少量為與路面共面的軌道線路，如城市內(nèi)的有軌電車(chē)，高技術(shù)的無(wú)人駕駛車(chē)輛，近年來(lái)也出現(xiàn)了采用視頻處理技術(shù)的導(dǎo)向方式，運(yùn)動(dòng)控制主要依賴(lài)公路上的車(chē)道線。
城市軌道列車(chē)，現(xiàn)代多采用鋼輪鋼軌的導(dǎo)向方式，近代也出現(xiàn)了用水泥梁和導(dǎo)向槽的膠輪列車(chē)?？膳c汽車(chē)混跑的超輕軌列車(chē)，最近又出現(xiàn)采用
一根單獨(dú)鋼軌的導(dǎo)向膠輪車(chē)，它用兩只與軌道成45。夾角的導(dǎo)向輪來(lái)測(cè)量車(chē)輛運(yùn)動(dòng)方向及對(duì)供電電流形成回流通道，再通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，去控制伺服系統(tǒng)，撥動(dòng)轉(zhuǎn)向膠輪，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。這種車(chē)輛雖然取消了傳統(tǒng)的鋼軌線路，減少了城市噪聲和增大了膠輪與地面的粘著能力，但仍然在路面形成一定的較寬縫隙，對(duì)混跑的其它車(chē)輛的運(yùn)行帶來(lái)一定的平穩(wěn)性影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，它實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的車(chē)輛導(dǎo)向。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，用于控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部，其中，它包括淺埋于地面的感應(yīng)導(dǎo)線、安裝在車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)上且位于感應(yīng)導(dǎo)線上方的傳感器盒、用于對(duì)傳感器盒的輸出電壓進(jìn)行處理的調(diào)理電路、與調(diào)理電路輸出相連的A/D轉(zhuǎn)換器、接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制轉(zhuǎn)向走行部以使其沿著鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)，其中
. 所述的感應(yīng)導(dǎo)線鋪設(shè)于原有的線路上，該線路上開(kāi)有可供所述感應(yīng)導(dǎo)線埋入的槽，所述感應(yīng)導(dǎo)線鋪設(shè)成一線圈以構(gòu)成一獨(dú)立回路，并且
通過(guò)直流電源供電；
所述的傳感器盒中固定有兩個(gè)不同的感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和極性的霍耳傳感元件，該兩個(gè)霍耳傳感元件通過(guò)磁極夾住，該傳感器盒與感應(yīng)導(dǎo)線保持一定距離，并且可沿與所述的感應(yīng)導(dǎo)線的鋪設(shè)方向垂直的側(cè)向水平位移以產(chǎn)生偏差信號(hào)；
所述的調(diào)理電路對(duì)傳感器盒的輸出電壓進(jìn)行處理后，輸出反映側(cè)向位移的信號(hào)給所述的A/D轉(zhuǎn)換器；
所述的A/D轉(zhuǎn)換器將調(diào)理電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送到數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
所述的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)用于自動(dòng)控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部。
上述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其中，所述的調(diào)理電路包括分別與所述的兩霍耳傳感元件相連的放大器、分別與兩放大器相連的低通濾波器以及與該所述的兩低通濾波器輸出相連的比較器。
上述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其中，所述的夾持霍耳傳感元件的磁極由玻莫合金疊壓而成。
上述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其中，所述的傳感器盒位于感應(yīng)導(dǎo)線上方15 20厘米處。
上述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其中，所述的感應(yīng)導(dǎo)線所構(gòu)成的線圈的寬度為100 400mm。
上述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其中，所述的鋪設(shè)于線路上的感應(yīng)導(dǎo)線所構(gòu)成的線圈的長(zhǎng)度為500米。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)上安裝的霍爾傳感元件的電信號(hào)，產(chǎn)生車(chē)輛在感應(yīng)導(dǎo)線上的偏差信號(hào)，再通過(guò)自動(dòng)控制的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)去控制轉(zhuǎn)向走行部，使其沿著所鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生類(lèi)似軌道線路的運(yùn)動(dòng)效果。由于設(shè)置感應(yīng)式導(dǎo)向軌的道路的地面平整，不會(huì)影響其它混跑車(chē)輛的運(yùn)行；感應(yīng)導(dǎo)線采用直流磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)激磁，對(duì)外界不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和對(duì)人類(lèi)健康的損傷，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的車(chē)輛導(dǎo)向，采用這種無(wú)接觸的導(dǎo)向方式，也可以用于站場(chǎng)、車(chē)間的點(diǎn)到點(diǎn)或有預(yù)定行走方向的運(yùn)輸車(chē)輛的導(dǎo)向控制。


圖1是本發(fā)明的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌的原理示意圖；圖2是本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理和伺服控制原理框圖；圖3a是本發(fā)明當(dāng)傳感器盒位于感應(yīng)導(dǎo)線中間位置時(shí)的磁通量分布示意圖3b是本發(fā)明當(dāng)傳感器盒向感應(yīng)導(dǎo)線一側(cè)偏移運(yùn)動(dòng)時(shí)的磁通量分布示意圖4是本發(fā)明的感應(yīng)導(dǎo)線的鋪設(shè)原理圖；圖5a是雙線垂直磁通分量的強(qiáng)度分布圖；圖5b是單線垂直磁通分量的強(qiáng)度分布圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1至圖5b,圖中示出了本發(fā)明的一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，用于控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)(圖中未示出)的轉(zhuǎn)向走行部6，它包括淺埋于地面的感應(yīng)導(dǎo)線1、安裝在車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)上且位于感應(yīng)導(dǎo)線1上方的傳感器盒2、用于對(duì)傳感器盒2的輸出電壓進(jìn)行處理的調(diào)理電路3、與調(diào)理電路3輸出相連的A/D轉(zhuǎn)換器4、接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器4的輸出信號(hào)的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5，該數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5用于控制轉(zhuǎn)向走行部6以使其沿著鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)，其中
感應(yīng)導(dǎo)線1鋪設(shè)于原有的線路(圖中未示出)上，該線路上開(kāi)有可供所述感應(yīng)導(dǎo)線l埋入的槽(圖中未示出)，感應(yīng)導(dǎo)線l鋪設(shè)成一線
圈以構(gòu)成一獨(dú)立回路，該線圈的寬度R依據(jù)車(chē)輛的寬窄和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)精度來(lái)設(shè)置，本實(shí)施例中為100 400mm，其長(zhǎng)度D為500米，并且通過(guò)大功率的直流電源11供電以產(chǎn)生一個(gè)地面的恒定磁場(chǎng)，該直流電源11可以在道路邊建立一個(gè)堅(jiān)固的密封電源盒(圖中未示出)，設(shè)備選用免維護(hù)的可靠電源，直流磁場(chǎng)對(duì)外界不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和對(duì)人類(lèi)健康的損傷，為了保證平行感應(yīng)導(dǎo)線1中的磁場(chǎng)分布基本均勻，可以通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)導(dǎo)線1中的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)；
傳感器盒2中固定有兩個(gè)不同的感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和極性的霍耳傳感元件21，該兩個(gè)霍耳傳感元件21通過(guò)由1J79玻莫合金疊壓而成的磁極22夾住以測(cè)量出通過(guò)磁極22中的磁場(chǎng)大小，該傳感器盒21與感應(yīng)導(dǎo)線l保持一定距離，它位于感應(yīng)導(dǎo)線1上方15 20厘米處，并且可沿與感應(yīng)導(dǎo)線1的鋪設(shè)方向垂直的側(cè)向水平位移以產(chǎn)生偏差信號(hào)；
調(diào)理電路3對(duì)傳感器盒2的輸出電壓進(jìn)行處理后，輸出反映側(cè)向位移的信號(hào)給A/D轉(zhuǎn)換器4，該調(diào)理電路3包括分別與兩霍耳傳感元件21相連的放大器31、分別與兩放大器31相連的低通濾波器32以及與該兩低通濾波器32輸出相連的比較器33;
A/D轉(zhuǎn)換器4將調(diào)理電3路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送到數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5;
數(shù)字交流伺服系統(tǒng)5用于自動(dòng)控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部6。
本發(fā)明的工作原理兩根平行感應(yīng)導(dǎo)線1中通有穩(wěn)定的直流電流，其周?chē)鷮a(chǎn)生直流磁場(chǎng)，假定方向如圖l所示，當(dāng)傳感器盒2位于感應(yīng)導(dǎo)線1中間位置時(shí)，見(jiàn)圖1左側(cè)所示，兩個(gè)傳感器鐵心中的磁通大小相等，極性相反，見(jiàn)圖3a。同樣，霍耳元件21中的輸出電壓也是大小相等，極性相反；若傳感器盒2向感應(yīng)導(dǎo)線1的一側(cè)產(chǎn)生偏移運(yùn)動(dòng)時(shí)，見(jiàn)圖1右側(cè)，兩個(gè)傳感器鐵心中穿過(guò)的磁通量不相等，霍耳元件21將產(chǎn)生不同大小的輸出電勢(shì)，見(jiàn)圖3b。傳感器盒2的位移越大，兩個(gè)霍耳元件21的輸出電壓的幅值之差也越大，傳感器盒2反向位移，則霍耳元件21的輸出電壓將產(chǎn)生相反的差值。請(qǐng)參見(jiàn)圖2，傳感器盒2的霍耳元件21的輸出電壓，經(jīng)過(guò)電壓放大器31和低通濾波器32濾波后，在比較器33中求和并處理成4-20mA的電流信號(hào)，就可以經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器4送到數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5，用來(lái)驅(qū)動(dòng)走行機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向走行部6。霍耳元件21的求和后的信號(hào)極性，反映的就是車(chē)輛相對(duì)感應(yīng)導(dǎo)線1的偏移。
調(diào)理電路3，可以安裝在傳感器盒2上，盡量靠近霍耳元件21，以減少信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。輸出為電流信號(hào)，可以使輸出到A/D轉(zhuǎn)換器4的傳輸線長(zhǎng)一點(diǎn)，同樣可以減少電壓信號(hào)的干擾。
因?yàn)楦袘?yīng)導(dǎo)線1的兩根線之間的磁場(chǎng)的不均勻性，加之傳感器鐵心的非線性，霍耳傳感器的輸出電壓與位移的關(guān)系，有一定的非線性，可以在A/D轉(zhuǎn)換后，在數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5中加入一個(gè)反特性函數(shù)，使其線性化，數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5中寫(xiě)入合適的校正網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，可以使車(chē)輪獲得快速性和穩(wěn)定性都較優(yōu)的控制特性。
請(qǐng)參見(jiàn)圖5a和圖5b，圖5a中可見(jiàn)雙線電纜可以用調(diào)節(jié)電流的方向來(lái)保證兩線中的疊加磁場(chǎng)的均勻性，從圖5a和圖5b中可見(jiàn)，感應(yīng)導(dǎo)線l間距小，激磁電流可以減小很多，間距寬則激磁電流要大許多?？梢酝ㄟ^(guò)試驗(yàn)來(lái)確定間距。
本發(fā)明通過(guò)車(chē)輛走行機(jī)構(gòu)上安裝的霍爾傳感器的電信號(hào)，產(chǎn)生車(chē)輛在感應(yīng)導(dǎo)線1上的偏差信號(hào)，再通過(guò)自動(dòng)控制的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5去撥動(dòng)轉(zhuǎn)向行走部6，使其沿著所鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線l方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生類(lèi)似軌道線路的運(yùn)動(dòng)效果。
以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說(shuō)明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書(shū)界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，用于控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部，其特征在于，它包括淺埋于地面的感應(yīng)導(dǎo)線、安裝在車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)上且位于感應(yīng)導(dǎo)線上方的傳感器盒、用于對(duì)傳感器盒的輸出電壓進(jìn)行處理的調(diào)理電路、與調(diào)理電路輸出相連的A/D轉(zhuǎn)換器、接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制轉(zhuǎn)向走行部以使其沿著鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)，其中所述的感應(yīng)導(dǎo)線鋪設(shè)于原有的線路上，該線路上開(kāi)有可供所述感應(yīng)導(dǎo)線埋入的槽，所述感應(yīng)導(dǎo)線鋪設(shè)成一線圈以構(gòu)成一獨(dú)立回路，并且通過(guò)直流電源供電；所述的傳感器盒中固定有兩個(gè)不同的感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和極性的霍耳傳感元件，該兩個(gè)霍耳傳感元件通過(guò)磁極夾住，該傳感器盒與感應(yīng)導(dǎo)線保持一定距離，并且可沿與所述的感應(yīng)導(dǎo)線的鋪設(shè)方向垂直的側(cè)向水平位移以產(chǎn)生偏差信號(hào)；所述的調(diào)理電路對(duì)傳感器盒的輸出電壓進(jìn)行處理后，輸出反映側(cè)向位移的信號(hào)給所述的A/D轉(zhuǎn)換器；所述的A/D轉(zhuǎn)換器將調(diào)理電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳送到數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；所述的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)用于自動(dòng)控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其特征在于， 所述的調(diào)理電路包括分別與所述的兩霍耳傳感元件相連的放大器、分別與兩放 大器相連的低通濾波器以及與該所述的兩低通濾波器輸出相連的比較器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其特征在于， 所述的夾持霍耳傳感元件的磁極由玻莫合金疊壓而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其特征在于， 所述的傳感器盒位于感應(yīng)導(dǎo)線上方15 20厘米處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其特征在于， 所述的感應(yīng)導(dǎo)線所構(gòu)成的線圈的寬度為100 400mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，其特征在于，所述的鋪設(shè)于線路上的感應(yīng)導(dǎo)線所構(gòu)成的線圈的長(zhǎng)度為500米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于霍耳傳感器的感應(yīng)式導(dǎo)向軌，用于控制車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向走行部，它包括淺埋于地面的感應(yīng)導(dǎo)線、安裝在車(chē)輛行走機(jī)構(gòu)上且位于感應(yīng)導(dǎo)線上方的傳感器盒、用于對(duì)傳感器盒的輸出電壓進(jìn)行處理的調(diào)理電路、與調(diào)理電路輸出相連的A/D轉(zhuǎn)換器、接受來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制轉(zhuǎn)向走行部以使其沿著鋪設(shè)的感應(yīng)導(dǎo)線方向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明不會(huì)影響其它混跑車(chē)輛的運(yùn)行，對(duì)外界不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和對(duì)人類(lèi)健康的損傷，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的車(chē)輛導(dǎo)向。
文檔編號(hào)G05D1/03GK101531200SQ200810034589
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者尹力明, 斌 施, 陳佩青 申請(qǐng)人:上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司