BR112012020729B1 - Sistema para determinar a posição de um veículo, veículo, e método para a determinação de uma posição de um veículo - Google Patents

Abstract

sistema para determinar a posição de um veículo, veículo, e método para a determinação de uma posição de um veículo. sistema para determinar a posição de um veículo, compreendendo uma pluralidade de sensores para a medição da intensidade do campo magnético de um magneto, meios computacionais para determinar a posição do magneto com respeito à pluralidade de sensores em que a pluralidade de sensores está disposta numa matriz bidimensional.

Description

[0001] A presente invenção está relacionada a um sistema para determinar a posição de um veículo.

[0002] A invenção diz ainda respeito a um veículo compreendendo tal sistema.

[0003] A invenção também se refere a um método para determinar a posição de um veículo.

[0004] Sistemas para determinar a posição de um veículo já são conhecidos há muitos anos. Um dos sistemas conhecidos faz uso de uma grade de magnetos que é provida na superfície por sobre a qual o veículo se move. O sistema compreende uma pluralidade de sensores que são capazes de detectar a intensidade de um campo magnético. A pluralidade de sensores está disposta numa direção lateral do veículo, a fim de assegurar que um magneto disposto na superfície do solo seja detectado quando o veículo passa sobre o magneto. Os sinais provenientes dos sensores são periodicamente amostrados e fornecidos aos meios de cálculo para calcular a posição do magneto detectado no que diz respeito aos sensores. A detecção de magnetos descritos não é geralmente suficiente para determinar a posição, na medida EME que os magnetos individuais não podem normalmente ser distinguidos uns dos outros. Portanto, em um sistema da arte anterior, os contadores rotacionais são instalados em pelo menos duas rodas para controlar a rotação da roda, a fim de determinar uma mudança de posição e com ela a posição. A detecção dos magnetos impede a ocorrência de uma acumulação de erros na determinação da posição e, por conseguinte, da posição de deriva.

[0005] Um inconveniente deste sistema conhecido é que, quando o veículo negocia uma curva, os sensores no lado exterior da curva são subamostrando a força do campo magnético, enquanto que os sensores do lado interno da curva estão sobreamostrando a força do campo magnético. Embora este último cause menos problemas com o processamento da energia disponível para apresentar os processadores diários do sinal digital, o anterior induz a deterioração da precisão da posição determinada quando o veículo negocia uma curva.

[0006] O objetivo da presente invenção é o de fornecer um sistema para determinar a posição de um veículo, em que a deterioração da precisão quando o veículo negocia uma curva, é substancialmente menor em comparação com a arte já existente.

[0007] Este objetivo é atingido pela presente invenção mediante fornecer um sistema para a determinação da posição de um veículo compreendendo: uma pluralidade de sensores para medir a intensidade do campo magnético de um magneto; meios computacionais para determinar a posição do magneto com respeito à pluralidade de sensores; em que a pluralidade dos sensores se dispõe numa matriz bidimensional.

[0008] No sistema de acordo com a arte anterior, a aquisição das amostras dos sensores é fixada no tempo e a posição das amostras no domínio espacial é dependente e varia com o movimento do veículo. Na presente modalidade a pluralidade de sensores não mais serve somente para prevenir a perda de um magneto quando um magneto passa por debaixo do veículo deslocado da linha central, mas serve para tirar uma fotografia completa em espaço bidimensional do campo magnético do magneto. Para este fim é preferível que a matriz de sensores esteja disposta substancialmente paralela à superfície que compreende os magnetos, quando o sistema está em uso. Esta forma de determinar a posição do magneto com respeito aos sensores não depende de qualquer taxa de amostragem relacionada ao tempo e, portanto, com o movimento do veículo, mas unicamente com respeito à disposição do sensor. Pelo fato de a determinação da posição ser independente do movimento do veículo, também a precisão da posição determinada é independente do movimento do veículo. Desse modo a subamostragem e a sobreamostragem não podem ocorrer, não quando transitando numa linha substancialmente reta, nem quando negociando uma curva. A precisão (para determinação de uma única posição) é fixada pelo arranjo dos sensores.

[0009] Numa modalidade adicional, a presente invenção proporciona um sistema, em que os sensores estão uniformemente intercalados em ambas as dimensões. Desta forma, as amostras ficam uniformemente espaçadas.

[00010] De acordo com outra modalidade, é proporcionado um sistema, compreendendo ainda meios para ajustar as intensidades do campo magnético medida pela pluralidade de sensores relativamente a um modelo espacial do campo magnético de um magneto. Embora computacionalmente caro, o ajuste das intensidades do campo magnético adquirido relativamente a um modelo espacial de um magneto, resulta numa alta precisão das posições.

[00011] Numa modalidade adicional, a presente invenção proporciona um sistema, em que a sensibilidade dos sensores relativamente a um componente do campo magnético perpendicular ao plano em que a pluralidade de sensores está disposta é substancialmente maior que a sensibilidade para os componentes do campo magnético paralelo a esse plano. Tal modalidade tem a vantagem de que as imprecisões devido às variações espaciais no campo magnético da terra são minimizadas, na medida em que essa componente perpendicular pode ser considerada constante dentro de um raio de ação típico de um veículo acoplado à superfície. Em uma modalidade adicional, o sistema calcula um campo magnético constante de fundo. Esse campo de fundo pode constituir um campo magnético induzido pelos componentes do veículo propriamente, mas também um componente perpendicular remanescente do campo magnético da terra medido.

[00012] Novamente em uma modalidade adicional, a presente invenção fornece um veículo compreendendo um sistema como o descrito acima.

[00013] Numa modalidade adicional, o sistema é disposto tal que as posições dos múltiplos magnetos são determinadas a partir de uma única medição através da matriz bidimensional dos sensores. A fim de que esta característica seja vantajosa, os magnetos na superfície devem ser dispostos de forma suficientemente próxima de modo a que a matriz possa detectar pelo menos parte dos campos magnéticos da multiplicidade de magnetos.

[00014] Novamente em uma modalidade adicional, o sistema está ordenado de modo a decodificar informação que é codificada pelos meios de um mútuo arranjo de um grupo de magnetos na superfície e/ou a polaridade dos magnetos individuais em um grupo de magnetos. Para essa finalidade, é preferido dispor os magnetos em agrupamentos, em que cada agrupamento de magnetos fornece informação da posição ou sobre informação da posição de deriva análoga à descrição das modalidades anteriores, e em que o arranjo de magnetos no agrupamento e/ou a polaridade dos magnetos no agrupamento fornece informação adicional, ou informação posicional adicional, ou informação não posicional. Em uma modalidade particular, as coordenadas de posição são diretamente codificadas no arranjo mútuo. No entanto, em uma alternativa preferida arranjo, o arranjo mútuo codifica quanto a uma chave para uma tabela de pesquisa que é armazenada no veículo. De acordo com outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para a determinação de uma posição de um veículo, compreendendo as etapas de: aquisição de uma pluralidade de sensores, as intensidades dos campos magnéticos medidos pelos sensores; determinação da posição de um magneto detectado no que diz respeito à pluralidade de sensores; em que a pluralidade de sensores está disposta numa matriz bidimensional.

[00015] De acordo com outro aspecto da invenção é proporcionado um método em que a posição de um magneto detectado é determinada pelo ajuste das intensidades adquiridas do campo magnético relativamente a um modelo espacial do campo magnético de um magneto.

[00016] Modalidades e vantagens adicionais da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra um veículo de acordo com a presente invenção. A Figura 2 mostra um sistema de acordo com a presente invenção, que é compreendida no veículo da figura 1. A Figura 3 mostra uma hierarquia para processamento dos dados produzidos por um sistema de acordo com a presente invenção.

[00017] Uma superfície adequada para um veículo 12 (figura 1) para condução é dotada com elementos marcadores magnéticos 14. O veículo 12 compreende uma pluralidade de sensores magnéticos 20 (figura 2), dispostos em duas dimensões, formando uma matriz 10 de sensores magnéticos.

[00018] Quando um elemento marcador magnético 14 passa sob um determinado número mínimo de sensores 20, a posição do veículo 12 relativamente ao elemento marcador magnético 14 pode ser estimada. O número mínimo de sensores necessários pode ser obtido por meio de, por exemplo, a Matriz de Informação de Fisher. O campo magnético gerado pelo elemento marcador magnético 14 é detectado em um ou mais dos sensores magnéticos 20. Os sensores magnéticos 20 estão ligados a um processador de sinal digital (DSP) 24. O DSP 24 ajusta os sinais provenientes dos sensores magnéticos 20 a um modelo tridimensional do campo magnético de um elemento marcador magnético 14. A partir do modelo ajustado, a posição do elemento marcador magnético 14 é obtida em relação à matriz 10 de sensores magnéticos. Consequentemente, a partir de uma posição conhecida de um elemento marcador magnético 14, a posição do veículo 12 é obtida, o que é feito pelo computador de navegação 26.

[00019] A posição dos elementos marcadores magnéticos 14 é mostrada na figura 1 como um padrão de tipo grade. Para a presente invenção, não é necessário que o padrão de elementos de marcadores magnéticos 14 seja do tipo grade. É suficiente se a posição dos elementos marcadores magnéticos 14 seja conhecida. Um padrão regular do tipo padrão grade na Figura 1 é vantajoso, uma vez que nenhum dos elementos marcadores individuais precisa ser armazenado, uma vez que as posições são facilmente deriváveis do padrão. Em uma modalidade particular, o veículo se desloca ao longo de um caminho predeterminado, e a grade é uma grade unidimensional que se estende ao longo do caminho predeterminado. O padrão dos sensores magnéticos 20 não está também ligado a nenhum padrão específico. Em princípio, o padrão pode ser aleatório, contanto que o algoritmo de estimativa de posicionamento leve em conta a posição dos sensores magnéticos individuais 20 dentro da matriz.

[00020] A funcionalidade hierárquica 30 fornecida pelo DSP 24 e o computador de navegação 26 é a seguinte (Figura 3): o nível mais baixo é o nível IO 32. O nível IO 32 é responsável para a obtenção das leituras das intensidades dos campos magnéticos provenientes dos sensores 20.

[00021] No nível seguinte, o nível do scanner 34, uma posição dentro da matriz 10 de sensores 20 está associada com cada medição da intensidade do magneto individual. Como estas posições são fixadas em duas dimensões, esta atividade é mais direta em contraste com as modalidades da técnica já existente, que apenas emprega sensores magnéticos em uma única dimensão, na medida em que o tempo não mais desempenha um papel relevante.

[00022] Subsequentemente, o conjunto de posições das posições d intensidade do campo magnético é ajustada a um ajustador de nível 36 a um modelo tridimensional de um elemento marcador magnético 14. Isto resulta em uma posição estimada do marcador elemento magnético 14 relativamente à matriz 10 de sensores 20.

[00023] Finalmente, a posição relativa estimada do elemento marcador magnético 14 é utilizada no último nível, o nível de codificação 38, para determinar a posição do veículo 12. Numa modalidade particular, a posição está relacionada a um determinado momento no tempo, por exemplo, como um tempo decorrido desde a ocorrência de um sinal de sincronização de tempo.

[00024] Deve notar-se que as modalidades descritas e mostradas servem apenas como modalidades representativas da invenção, e que a informação não está limitada a essas modalidades. Muitas modificações e variações com respeito às modalidades mostradas e descritas são possíveis sem se afastar do âmbito da presente invenção. Por exemplo, é sem limitação, possível combinar modalidades mostradas e descritas. O escopo da proteção pretendida é, por conseguinte, determinado apenas pelas reivindicações seguintes.

Claims (7)

1. SISTEMA PARA DETERMINAR A POSIÇÃO DE UM VEÍCULO, fazendo uso de múltiplos elementos marcadores magnéticos individuais providos em uma superfície adequada para referido veículo(12) dirigir por sobre, o sistema compreendendo: uma pluralidade de sensores(20) para medir a intensidade do campo magnético de um elemento marcador magnético(14) dos múltiplos elementos marcadores magnéticos individuais; meios computacionais(24) para determinar a posição do elemento marcador magnético(14) detectado com respeito à pluralidade de sensores(20); sendo que - referidos meios computacionais(24) estão configurados para: - obtenção(32) das leituras das intensidades dos campos magnéticos a partir da pluralidade de sensores(20) - associar(34) uma posição dentro da matriz(10) de sensores com cada medição da intensidade de campo magnético individual; - ajustar(36) o conjunto de medições de intensidades do campo magnético e posições associadas a um modelo espacial de um campo magnético de um elemento marcador magnético; - determinar a posição do elemento marcador magnético(14) detectado com relação a pluralidadede sensores, sendo que - a pluralidade de sensores(20) está disposta numa matriz bidimensional; caracterizado por: - a funcionalidade hierárquica(30) fornecida por um DSP(24) e um computador de navegação(26) ser a seguinte - um primeiro nível que é o nível IO 32, referido primeiro nível sendo responsável para a obtenção das leituras das intensidades dos campos magnéticos provenientes dos sensores(20); - um nível seguinte, sendo que uma posição dentro da matriz(10) de sensores(20) está associada com cada medição da intensidade de campo magnético individual; - um terceiro nível(36), no qual o conjunto de posições de intensidade de campo magnético é ajustada a um ajustador de nível(36) a um modelo tridimensional de um elemento marcador magnético(14), disto resultando em uma posição estimada do marcador elemento magnético(14) relativamente à matriz(10) de sensores (20). - sendo que a posição relativa estimada do elemento marcador magnético(14) é utilizada em um quarto nível(38), para determinar a posição do veículo.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores(20) estarem uniformemente distribuídos em ambas as dimensões.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a sensibilidade dos sensores(20) quanto a um componente de campo magnético perpendicular ao plano em que a pluralidade de sensores(20) está disposta é substancialmente maior que a sensibilidade dos componentes de campo magnético paralelos a esse plano.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por: - as posições dos múltiplos elementos marcadores magnéticos(14) serem determninadas a partir de uma única medição pela matriz(10) de duas dimensões dos sensores(20).

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o sistema de determinação de posicionamento estar ordenado para decodificar informação que está codificada por meio de um mutuo arranjo de um grupo de elementos marcadores magnéticos(14) na superfície e/ou a pluralidade dos elementos marcadores magnéticos(14) individuais em um grupo de elementos marcadores magnéticos(14).

6. VEÍCULO, caracterizado por compreender um sistema, referido sistema compreendendo o sistema de qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. MÉTODO PARA A DETERMINAÇÃO DE UMA POSIÇÃO DE UM VEÍCULO, fazendo uso de elementos marcadores magnéticos individuais múltiplos dispostos em uma superfície adequada para referido veículo(12) dirigir por sobre, referido método compreendendo as etapas de: adquirir(32) a partir de uma pluralidade de sensores(20), as intensidades dos campos magnéticos de um elemento marcador magnético(14) dos elementos marcadores magnéticos(14) indivíduais múltiplos, medidos pelos sensores; - associar(34) uma posição dentro da matriz(10) de sensores com cada medição da intensidade de campo magnético individual; - ajustar(36) o conjunto de medições de intensidades do campo magnético e posições associadas a um modelo espacial de um campo magnético de um elemento marcador magnético; - determinar a posição do elemento marcador magnético(14) detectado com relação a pluralidadede sensores com base no conjunto de medições de intensidade de campo magnético e posições associadas ajustadas ao modelo espacial do campo magnético de um elemento marcador magnético, sendo que - a pluralidade de sensores(20) está disposta numa matriz bidimensional; caracterizado por: - a funcionalidade hierárquica(30) fornecida por um DSP(24) e um computador de navegação(26) ser a seguinte - um primeiro nível que é o nível IO 32, referido primeiro nível sendo responsável para a obtenção das leituras das intensidades dos campos magnéticos provenientes dos sensores(20); - um nível seguinte, sendo que uma posição dentro da matriz(10) de sensores(20) está associada com cada medição da intensidade de campo magnético individual; - um terceiro nível(36), no qual o conjunto de posições de intensidade de campo magnético é ajustada a um ajustador de nível(36) a um modelo tridimensional de um elemento marcador magnético(14), disto resultando em uma posição estimada do marcador elemento magnético(14) relativamente à matriz(10) de sensores (20). - sendo que a posição relativa estimada do elemento marcador magnético(14) é utilizada em um quarto nível(38), para determinar a posição do veículo.

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