專利名稱：引導(dǎo)車輛的方法
引導(dǎo)車輛的方法本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)車輛的方法。自動車輛引導(dǎo)涉及不同的技術(shù)領(lǐng)域。它可特別應(yīng)用于對汽車或例如除雪機(jī)的道路 工程車輛的引導(dǎo)，或應(yīng)用于對工業(yè)卡車的引導(dǎo)。特別的，關(guān)于除雪機(jī)，由于例如通常噴涂在道路上的連續(xù)的或間斷的交通線等常 見參考地標(biāo)在被雪覆蓋時不再可見，因此能夠精確引導(dǎo)是有利的。所述引導(dǎo)方法可特別應(yīng) 用于在機(jī)場跑道上引導(dǎo)除雪機(jī)。所述車輛引導(dǎo)，取決于應(yīng)用領(lǐng)域，可為操作員或駕駛員提供幫助或甚至替代他們。在文獻(xiàn)US4800978和DE37^212的每一個中都描述了車輛引導(dǎo)的一個已知方法。 所述方法包括以下步驟-當(dāng)車輛行駛時，通過激勵裝置，激勵在諸如道路的支撐物上固定的、采用磁性材 料的至少一個引導(dǎo)元件，-檢測在通過激勵裝置激勵后從引導(dǎo)元件發(fā)出的信號，-收集并處理從檢測裝置發(fā)出的信號，以引導(dǎo)車輛。這種類型系統(tǒng)的安裝不完全消除在地下或位于引導(dǎo)元件附近的寄生傳導(dǎo)元件。當(dāng)激勵裝置發(fā)送電磁波時，位于引導(dǎo)元件附近的傳導(dǎo)元件同樣發(fā)送回基頻波，所 述基頻波與引導(dǎo)元件發(fā)出的波相互作用。因而將由引導(dǎo)元件發(fā)出的信號與由寄生元件發(fā)出的信號分開是很困難的，這將會 影響檢測的質(zhì)量，因此影響引導(dǎo)的精確性或可靠性。本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)精確、可靠地引導(dǎo)車輛的方法來克服這些缺點(diǎn)。出于這個目的，本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)車輛的方法，包括以下步驟-當(dāng)車輛行駛時，通過激勵裝置，激勵在諸如道路的支撐物上固定的、采用高磁導(dǎo) 率磁性材料的至少一個引導(dǎo)元件，-通過檢測裝置，檢測在激勵后從引導(dǎo)元件發(fā)出的信號，-收集并處理從檢測裝置發(fā)出的信號，以引導(dǎo)車輛，其特征在于，執(zhí)行對引導(dǎo)元件 的激勵，以便在引導(dǎo)元件的操作循環(huán)內(nèi)使得引導(dǎo)元件的操作點(diǎn)處于飽和或被修改，隨后發(fā) 出多頻(frequency-rich)信號，所述多頻信號包括基頻波和具有基頻值的倍數(shù)的頻率的、 被稱為諧波的波，其中通過生成旋轉(zhuǎn)激勵磁場的多個線圈或雷達(dá)來執(zhí)行激勵。術(shù)語“倍數(shù)”可不按其嚴(yán)格的意義解釋。因此多頻波可以是一種例如其頻率接近 基頻的兩倍但并不完全等于該值的波。通過所述系統(tǒng)可克服掩埋在地下或在引導(dǎo)元件附近的(通常是傳導(dǎo)的)寄生元 件。對應(yīng)于基波的諧波的識別使得能夠識別并分離從寄生傳導(dǎo)元件發(fā)出的信號和從 引導(dǎo)元件發(fā)出的信號。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，引導(dǎo)元件通過至少一個發(fā)送器線圈激勵。還可采用其他的已知類型的電磁波生成器。有利地，從引導(dǎo)元件發(fā)出的信號通過至少一個接收器線圈檢測，其中該接收器線圈被調(diào)諧至從引導(dǎo)元件發(fā)出的一個或多個諧波的頻率。根據(jù)本發(fā)明的一個可能實(shí)現(xiàn)方式，被激勵的引導(dǎo)元件至少部分由相對磁導(dǎo)率大于 10000的材料形成，相對磁導(dǎo)率優(yōu)選地大于100000?？刹捎玫湍芰侩姶挪ㄊ沟眠@種類型的引導(dǎo)元件飽和。還可使用低激勵能量獲得可 靠的響應(yīng)，這提高了包括激勵裝置和檢測裝置的引導(dǎo)系統(tǒng)的便攜性。此外，很難使得地下的寄生磁元件形成飽和，其中寄生磁元件相對于傳導(dǎo)元件在 數(shù)量上較少。因此為了發(fā)送低能量波，僅引導(dǎo)元件以可識別波的形式發(fā)送響應(yīng)。優(yōu)選地，被激勵的引導(dǎo)元件至少部分由納米晶材料形成。還可采用其他類型的具有高相對磁導(dǎo)率的磁元件，優(yōu)選地在被使用時采用厚度約 30微米的條帶(strip)形狀。納米晶合金是組合物類型為(i^4.5Si13.5B9Nb3，Cux)的合金，其通過在高速旋轉(zhuǎn)的 輪上快速退火制成，或!^drBCu類型的合金，或具有類似特性的其他類型的合金。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，激勵裝置和檢測裝置被配置在車輛上，與引導(dǎo)元件的距 離大于20cm，該距離優(yōu)選地大于40cm，甚至大于60cm，進(jìn)一步優(yōu)選地大于80cm甚至大于 Im0考慮到讀取可靠性，可增加包括激勵裝置和檢測裝置的檢測系統(tǒng)與設(shè)置有引導(dǎo)元 件的支撐物之間的距離。利用所述距離，可防止檢測系統(tǒng)在存在障礙物或支撐物表面不平 整的情形下變差。根據(jù)本發(fā)明的一個可能實(shí)現(xiàn)方式，引導(dǎo)元件的大小被設(shè)置為當(dāng)引導(dǎo)元件被激勵時 生成軸向?qū)ΨQ的磁場。優(yōu)選地，多個引導(dǎo)元件沿著車輛行駛的路線被固定在支撐物上。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，引導(dǎo)元件被配置為形成表示事件的編碼，所述事件例如 是障礙物的存在，所述編碼在車輛的行駛中被檢測。在任何情況下，通過下面給出的具體實(shí)施方式
的幫助，參考所附的示意性附圖對 本發(fā)明獲得正確的理解，在附圖中示出了作為非限定性示例的上述引導(dǎo)方法的幾個實(shí)施 例。

圖1是在道路上移動的、設(shè)置有檢測系統(tǒng)的車輛的示意圖。圖2是示出了檢測系統(tǒng)的線圈或磁力計傳感器的定位的示意圖。圖3是示出了發(fā)送器裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4是示出了檢測裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖5至圖7描繪了設(shè)置有用于形成表示事件的編碼的引導(dǎo)元件的道路。圖1示出了在道路3上行駛的、設(shè)置有檢測系統(tǒng)2的車輛1。細(xì)長標(biāo)簽形式的引導(dǎo)元件4直接地設(shè)置在道路3的下面或是道路3的表面。引導(dǎo) 元件4以至少一米的距離隔開，并由納米晶材料制成。這種類型的材料具有大于10000的 高磁導(dǎo)率。例如通過在兩個聚乙烯板材之間涂覆而保護(hù)引導(dǎo)元件4不受腐蝕，并且引導(dǎo)元 件4具有25 μ m等級下的窄的厚度，并具有500X 30mm等級下的尺寸。如此選擇橫截面除 以長度的比率使得材料的退磁場足夠弱從而不對抗條帶的磁化。還可采用連續(xù)條帶形式的引導(dǎo)元件。
檢測系統(tǒng)2被嵌入在車輛1中并包括用于激勵引導(dǎo)元件4的裝置，生成電磁波，其 強(qiáng)度可在引導(dǎo)元件的操作循環(huán)內(nèi)使得引導(dǎo)元件的操作點(diǎn)處于飽和或被修改，隨后發(fā)出包括 基頻波和頻率為基頻值的倍數(shù)的、被稱為諧波的波的多頻信號。更特別地，電磁波交替地使 磁性材料飽和并由此生成諧波。檢測系統(tǒng)2進(jìn)一步包括能夠檢測從引導(dǎo)元件發(fā)出的信號的檢測裝置、以及實(shí)現(xiàn)來 自檢測裝置的信號被收集及被處理以便引導(dǎo)車輛的信號處理裝置。檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。如這個附圖所示，激勵裝置包括交流電以頻率&流過的發(fā)送器線圈5，該頻率是引 導(dǎo)元件4的基本激勵頻率。激勵線圈被設(shè)置在車輛1上，與道路3的表面存在1米等級的 距離。調(diào)整引導(dǎo)元件4的尺寸從而限制退磁場的影響。退磁場由于每個引導(dǎo)元件的幾何 特性而生成并對抗外部激勵磁場的影響。響應(yīng)于發(fā)送器線圈5對引導(dǎo)元件4的激勵，每個引導(dǎo)元件表現(xiàn)為用于發(fā)送電磁波 的天線，所述電磁波包括基頻&和諧波頻率，3f0, nf^。根據(jù)本發(fā)明的一個可能實(shí)現(xiàn)方式的傳輸頻率&介于5至50kHz之間，優(yōu)選地處于 IOkHz等級。為降低發(fā)送功率而不降低實(shí)現(xiàn)飽和的發(fā)送電流的水平，激勵信號以脈沖的形式發(fā) 送，該脈沖包括頻率&的鋸齒正弦波。正弦波的周期的數(shù)目典型地處在200個周期每個鋸 齒半周期的等級。周期的數(shù)目和傳輸功率可被調(diào)整。該鋸齒包括在0和1兩個水平之間變化的方波信號并具有頻率&的正弦信號的 周期的倍數(shù)的周期。使用水平1的持續(xù)時間來調(diào)整發(fā)送功率。發(fā)送器線圈1可用固定在車輛上的雷達(dá)替代，或用天線替代。檢測裝置進(jìn)一步包括接收器線圈6，7。接收器線圈6，7位于稱為“陰影區(qū)”的區(qū)域中并被調(diào)諧至激勵頻率&的倍頻(諧 波)以檢測由每個引導(dǎo)元件發(fā)出的磁場。將陰影區(qū)定義為這樣一個區(qū)域，其中在接收器線圈中發(fā)送器線圈生成的磁場的總 流量非常低，在不存在對象時甚至為零。關(guān)于接收器線圈，可確知的是，優(yōu)選地，線圈對與其正交放置的引導(dǎo)元件或條帶4 發(fā)出的磁場是敏感的，并且對平行于接收器線圈6，7的平面放置的條帶所發(fā)出的磁場幾乎 不敏感。在條帶發(fā)出的信號中諧波的存在取決于采用的磁性材料建立的磁場的非線性特 性。在下述情況中，檢測器采用的頻率是激勵信號的二次和三次(3 諧波。明顯 地，還可采用其他諧波。除磁性引導(dǎo)元件4的非線性特性之外，檢測系統(tǒng)2還利用所采用的磁性材料的幾 何圖形，該幾何圖形可被解釋為優(yōu)選的縱向磁化方向。除引導(dǎo)元件4的位置之外，該特性還 可以用于其相對于接收器線圈6，7的移動方向的定向。因此，可區(qū)分兩種類型的接收器線圈。第一種類型包括朝向平行于如箭頭所示的車輛1行駛方向放置的線圈7。這種類 型的線圈對垂直于行駛方向設(shè)置的引導(dǎo)元件4是敏感的。這些線圈7被稱為“橫向線圈”。
第二種類型包括朝向正交于車輛的行駛方向放置的線圈6。不同于橫向線圈7，這 些線圈6對沿車輛1的行駛方向設(shè)置的元件4更加敏感。這些線圈6稱為“縱向線圈”。更特別地，檢測裝置可包括多個并排設(shè)置的縱向線圈6，該縱向線圈6的使用首先 實(shí)現(xiàn)了對引導(dǎo)元件4的識別和跟蹤，該引導(dǎo)元件4以追隨電路(a circuit to be followed) 或面包屑電路(breadcrumb circuit)的形式被設(shè)置；其次實(shí)現(xiàn)了當(dāng)遇到地面上可能出現(xiàn) 的擾動元件時檢測器的可靠性方面的改善。如上所述，接收器線圈6，7以與道路3的表面相距Im的等級的距離的形式設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的另一可能實(shí)現(xiàn)方式，接收器線圈可由磁力計替代。從不同線圈6，7發(fā)出的信號均采用處理裝置來處理。這些裝置與用于測量車輛1行駛的裝置相關(guān)聯(lián)，這實(shí)現(xiàn)了對于行駛的速度和/或 距離的測量。車輛上常規(guī)地配置有所述裝置以便取回接受處理的這些數(shù)據(jù)從而引導(dǎo)車輛， 而不需要使用其他裝置。用于處理從接收器線圈6，7發(fā)出的信號的裝置包括實(shí)現(xiàn)排除基頻f；的高通濾波
ο基頻&的排除實(shí)現(xiàn)了對于由發(fā)送器線圈5引起的、在引導(dǎo)元件朝接收器線圈6，7 發(fā)出的信號的測量方面的擾動的降低。所述濾波還使得區(qū)分從引導(dǎo)元件4發(fā)出的信號與引導(dǎo)元件4附近的、從掩埋于地 下的傳導(dǎo)寄生元件11發(fā)出的信號成為可能。在上述濾波器的輸出端，對應(yīng)于諧波的信號在被處理前先被放大。在這種情況下，可采用用于處理信號的兩種方法，也就是對從引導(dǎo)元件4發(fā)出的 信號進(jìn)行采樣并由接收器線圈6，7接收的第一種方法，和對接收器線圈6，7所接收的模擬 信號進(jìn)行比較的第二種方法。利用第一種方法，也就是對引導(dǎo)元件4發(fā)出的信號進(jìn)行采樣，由放大步驟得到的 信號通過采集卡獲取，隨后進(jìn)行高頻采樣以確保所獲得的信號的良好表現(xiàn)。從接收器6，7和/或發(fā)送器5的每一個獲得的信號都是同步的。隨后比較從接收器線圈6，7得到的信號并評估其差異。當(dāng)相對于引導(dǎo)元件4對稱設(shè)置的縱向接收器線圈6接收到的信號是相等的時，可 以推斷出車輛1處于引導(dǎo)元件的中心。如果縱向接收器線圈6的信號之間的差異是負(fù)的，或正的，這意味著車輛1偏離于 所指定的方向。則本領(lǐng)域技術(shù)人員可知如何處理數(shù)據(jù)并校正車輛方向的變化。利用第二種方法，也就是信號的模擬處理，通過濾波處理后的、從每個線圈6，7得 到的信號是模擬信號。因而可直接地比較模擬信號，而不需要通過采樣的先前處理。這樣，在線圈與引導(dǎo)元件正交放置時，可比較由引導(dǎo)元件4發(fā)出的平均流量，并推 斷車輛1相對于所述引導(dǎo)元件4的位置。特別是，當(dāng)磁性流量相等時，這意味著線圈6相對 于引導(dǎo)元件4對稱地設(shè)置，結(jié)果車輛1被正確地定位。用于運(yùn)作檢測系統(tǒng)的能量源是車輛的電池，其能夠提供大約50Ah的電流。所述電 池的能量足夠使磁性引導(dǎo)元件4飽和。發(fā)送裝置的功能布局如圖3所示。如這個附圖所示，電池為周期信號發(fā)生器和放大器提供能量。在周期信號發(fā)生器的輸入端，操作者可選擇對應(yīng)的線圈5所發(fā)送信號的頻率、振幅和功率。在所述發(fā)生器的輸 出端，所產(chǎn)生的周期信號被發(fā)送至用于生成電流I的放大器，當(dāng)該電流I流過被調(diào)諧至頻率 f0的發(fā)送器線圈5時，生成足夠的磁場來激勵引導(dǎo)元件4。在目前的情況下，發(fā)送信號S由下式定義S (t) = Asin (2 π f0) · P (t)P(t)是具有值0和1的方波信號，其表示通過激勵信號的檢測在N周期內(nèi)所發(fā)送 的功率。上式涉及車輛以低速行駛的情況，例如大約20km/h。對于更快的行駛速度，信號以 與所采用的磁性合金性能相一致的高頻被發(fā)送。在該情況下，信號由雷達(dá)發(fā)送。調(diào)諧電容C與發(fā)送器線圈5串聯(lián)地設(shè)置，調(diào)諧電容C的值是發(fā)送頻率&的函數(shù)。 值C由下面方式定義α=τ ογ其中L是發(fā)送器線圈的感應(yīng)系數(shù)。在此處描述的實(shí)施例作為一個示例，激勵電流具有IOA的強(qiáng)度以生成足夠的磁場 來使磁性引導(dǎo)元件4飽和。這個磁場的值在距離發(fā)送器線圈Im的距離處為7. 2A/m。發(fā)送器線圈的特性如下所示-銅線的直徑0.8mm;-線圈的直徑400mm；-圈數(shù)90；-感應(yīng)系數(shù)7.7mH;-電阻3.9 Ω信號接收器和處理裝置的功能布局如圖4所示。如這個附圖所示，接收器線圈6，7所接收的信號的處理包括以下步驟-濾波基頻；-放大；-采樣；-同步檢測諧波頻率2fQ和3f。；-數(shù)據(jù)存儲；-與數(shù)據(jù)庫(bank)比較；-決定。接收器線圈6，7是類似的，并具有以下特性-銅線的直徑0.315mm ；-線圈的直徑200_；-圈數(shù)75;-感應(yīng)系數(shù)2.46mH;-電阻10.6 Ω如圖5至圖7所示，除車輛1的引導(dǎo)之外，檢測系統(tǒng)2還可用于事件的檢測，諸如障礙物、交叉路口、限速、交通燈或路標(biāo)。如果存在彼此分開并沿行駛路線設(shè)置的多個引導(dǎo)元件4，當(dāng)接近將被檢測的事件 8時可導(dǎo)致所述元件之間的間距發(fā)生變化，從而可通過檢測系統(tǒng)2檢測到所述設(shè)置。如果引導(dǎo)元件是連續(xù)線的方式，可在接近事件8時使所述線斷裂。這導(dǎo)致檢測到 的信號10中的突然變化9，并且所述變化可容易地被識別。同樣可相對于車輛1的行駛方向交叉地設(shè)置一個或多個磁性材料的條帶11。在這 種情況下，在車輛上裝備能夠檢測到垂直于車輛行駛方向的磁場的傳感器是很必要的。明顯地，本發(fā)明并不局限于前述作為示例的這種引導(dǎo)方法的唯一實(shí)施例，相反本 發(fā)明包括所有變化。本發(fā)明涉及最廣泛意義上的車輛，但更特別地應(yīng)用于對例如除雪機(jī)的陸地機(jī)動車 輛的引導(dǎo)，或應(yīng)用于對起飛前和降落后在跑道上處于滑行階段中的航空器的引導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.引導(dǎo)車輛(1)的方法，包括以下步驟-在車輛(1)的行駛過程中，通過激勵裝置(5)激勵在諸如道路(3)的支撐物上固定 的、采用高磁導(dǎo)率磁性材料的至少一個引導(dǎo)元件(4)，-通過檢測裝置(6，7)檢測在激勵后從引導(dǎo)元件(4)發(fā)出的信號，-收集并處理從檢測裝置(6，7)發(fā)出的信號，以引導(dǎo)車輛(1)，其特征在于，執(zhí)行對引導(dǎo)元件(4)的激勵，以便在引導(dǎo)元件(4)的操作循環(huán)內(nèi)使得引導(dǎo) 元件(4)的操作點(diǎn)處于飽和或被修改，隨后發(fā)出多頻信號，所述多頻信號包括基頻(fj波 和具有基頻值的倍數(shù)的頻率(Iiftl)的、被稱為諧波的波，其中通過生成旋轉(zhuǎn)激勵磁場的多個 線圈或雷達(dá)來產(chǎn)生激勵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，引導(dǎo)元件(4)通過至少一個發(fā)送器線 圈(5)激勵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，從引導(dǎo)元件(4)發(fā)出的信號通過 至少一個接收器線圈(6，7)檢測，其中該接收器線圈被調(diào)諧至從引導(dǎo)元件(4)發(fā)出的一個 或多個諧波的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，被激勵的引導(dǎo)元 件(4)至少部分由相對磁導(dǎo)率大于10000的材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，被激勵的引導(dǎo)元件(4)至少部分由納 米晶材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，激勵裝置(5)和檢 測裝置(6，7)被配置在車輛(1)上，與引導(dǎo)元件(4)的距離大于20cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，引導(dǎo)元件(4)的大 小被設(shè)置為當(dāng)引導(dǎo)元件(4)被激勵時生成軸向?qū)ΨQ的磁場。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，多個引導(dǎo)元件(4) 沿著車輛(1)行駛的路線被固定在支撐物(3)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的引導(dǎo)方法，其特征在于，引導(dǎo)元件(4)被配置來形成表示事件 的編碼，所述事件例如是障礙物的存在，所述編碼在車輛的行駛中被檢測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)車輛(1)的方法，包括以下步驟在車輛(1)的位移過程中，通過激勵裝置(5)激勵在諸如道路(3)的支撐物上固定的、由高磁導(dǎo)率磁性材料制成的至少一個引導(dǎo)元件(4)；通過檢測裝置(6，7)檢測在激勵后從引導(dǎo)元件(4)發(fā)出的信號；收集并處理從檢測裝置(6，7)發(fā)出的信號以引導(dǎo)車輛(1)。以如下方式執(zhí)行對引導(dǎo)元件(4)的激勵，以便在引導(dǎo)元件(4)的操作循環(huán)內(nèi)使得引導(dǎo)元件(4)的操作點(diǎn)處于飽和或被修改，隨后發(fā)出多頻信號，多頻信號包括基頻(f0)波和具有基頻值的倍數(shù)的頻率(nf0)的、被稱為諧波的波，并通過生成旋轉(zhuǎn)激勵磁場的多個線圈或雷達(dá)來執(zhí)行激勵。
文檔編號G05D1/02GK102084309SQ200980123995
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者讓-皮埃爾·雷耶爾, 達(dá)尼埃爾·阿諾 申請人:普利茅斯法國公司, 阿瑟勒米塔爾不銹鎳合金公司