CN101007539B - 用于产生受轨迹约束的车辆的位置信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生位置信号的装置，各位置信号说明一受轨迹约束的车辆沿着行驶路径的位置。该装置包括多个沿着行驶路径(1)设置的标记(9)、一个设置在车辆上的用于探测所述标记的传感器和一个连接在该传感器上的评价单元(17)。按本发明各标记构成为使得当车辆经过一标记时所述传感器给出一个“标记存在”的信号，否则给出一个“标记不存在”的信号。另外在评价单元上连接一全球的或当地的导航系统的接收器(18)和一储存装置(20)，在其内储存配设于各标记的位置数据。评价单元这样设置，使得它在接受一个信号“标记存在”时从由导航系统提供的实时地点信号与储存的位置数据的比较中确定并给出一个配设于该标记的位置信号。

Description

用于产生受轨迹约束的车辆的位置信号的装置
技术领域
本发明涉及一种用于产生受轨迹约束的车辆的位置信号的装置。
背景技术
受轨迹约束的(spurgebunden)车辆例如这样的磁悬浮轨道经常无驾驶员地运行。车辆的控制在这样的情况下由一个中央的调度台进行，车辆的速度对于沿着所述的行驶路径的每个地点设定为固定的。无驾驶员的运行的前提条件是一个装置的存在，借助于该装置可以永久地且自动地监控实时的车辆位置。
在一种开头所述类型的已知的装置中(DE 33 03 961 C2、DE 10 2004015 496 A1)，为此目的沿着行驶路径设置一些带有标记的测量板条。每个标记包含一个以二进制编码形式的绝对的位置信息并且因此说明车辆沿着行驶路径的精确位置。通过测量板条的探测和位于其上的信息用安装于车辆上的传感器和评价单元的解码获得位置信号，所述位置信号通过无线方式传递到中央的调度台。另外在用长定子直线电机运行的磁悬浮车辆中，各标记也提供关于在车辆上例如借助于支承磁铁产生的励磁场相对于长定子的齿和槽的精确位置的信息。由这些相对的位置信息确定沿长定子纵向前进的、驱动车辆的磁力波的相位，以便可以产生稳定的剪切力。最后各标记也提供时间信息，给出关于何时到达行驶路径的任一地点的讯息。
所述类型的位置信号的产生的缺点在于，位于测量板条上的高速运行车辆的信息不仅需要记录，而且也要解码。编码所需的位数越大，可能的干扰例如噪声作用越强。因此为了使所有要求合适，需要较高的操作费用以确保较低的易受干扰性。另外测量板条的结构和装配是费时的并且关系到高的费用。
另外通过开头所述类型的装置原则上也可以借助于卫星支持的导航系统进行定位，各导航系统已知例如名称为GPS(全球定位系统)、伽利略(Galileo)、Euteltracs等并且已经采用或者将来会采用。但是至今这些导航系统的缺点在于，它们的测量精度仅是若干米，至少如果它涉及非军事的、一般可接近的并且可用合理费用利用的导航系统的话。通过这些导航系统得到的实时的地点信号因此例如不能用于确定长定子直线电机情况时的极位置，因为它的长定子具有例如86mm的齿/槽节距并且因此要求在厘米范围内的精度。
发明内容
由此出发本发明的技术问题在于，这样构成一种开头所述类型的装置，使得它用相对简单的技术措施实现精确的且几乎无干扰的定位。
本发明实现一种用于产生位置信号的装置，各位置信号说明一受轨迹约束的车辆沿着行驶路径的位置，该装置包括多个沿着行驶路径设置的标记、至少一个设置在车辆上的用于探测所述标记并用于给出由此确定的信号的传感器和一个连接在该传感器上的用于通过评价由标记产生的信号来产生位置信号的评价单元，其特征在于：各标记构成为使得当车辆经过一个标记时所述传感器给出一个“标记存在”的信号，否则给出一个“标记不存在”的信号，所述车辆具有一个导航系统的一个用于给出实时地点信号的、连接到评价单元上的接收器，评价单元与一个储存装置连接，在该储存装置内储存配设于各标记的位置数据，并且评价单元这样设置，使得它在接受每一个信号“标记存在”时从实时地点信号与储存的位置数据的比较中给出一个配属于该标记的位置信号。
本发明的主要优点在于，它允许功能“记录标记”和“鉴别标记”的分离。因此各标记不再提供编码的位置信息，而是仅包含在是/否信息意义上的简单信息。这种信息也可以可靠地且无需大耗费地从快速行驶的车辆中识别。另外可以采用商业上常用的、廉价的、用于相应使用的导航系统的接收器，因为对于该导航系统没有提出极端的精度要求。
按本发明，所述传感器包括一个发出一个光束的发送器和一个用于该光束的接收器，并且所述标记构成为镜子，所述镜子在车辆经过时将由发送器产生的光束偏转到所述用于光束的接收器。
按本发明，所述传感器包括一个发出一个光束的发送器、一个用于该光束的接收器和一个镜子，所述镜子将由发送器产生的光束偏转到所述用于光束的接收器，并且所述标记构成为中断光束的结构元件。
按本发明，所述发送器构成为激光器。
按本发明，评价单元与一个装配在车辆上的无线系统连接。
附图说明
下面结合附图在实施例中详细解释本发明。其中：
图1示意示出磁悬浮车辆及用于该磁悬浮车辆的行驶路径的垂直剖面图；
图2借助于设有标记的行驶路径的俯视图示意示出本发明装置的工作原理；
图3借助于列表示意示出沿行驶路径纵向按图1设置的标记的分布和配设；
图4示意示出用于探测沿行驶路径纵向按图1设置的标记的传感器；
图5示出按本发明的装置的框图；
图6示出设置在行驶路径上的标记和适用于探测所述标记的传感器的第二实施例。
具体实施方式
按本发明的装置首先总体上以用于受轨迹约束的车辆的位置信号的产生为例中并且具体地以具有同步的长定子直线电机的磁悬浮轨道为例进行描述。但是对于技术人员清楚的是，按本发明的装置在相应的变化中也可以应用于其它受轨迹约束的车辆系统中。
按图1，磁悬浮轨道包含一个行驶路径1，在该行驶路径上固定一个长定子直线电机的由一些单个的定子叠片构成的并且在行驶方向上延伸的长定子2。长定子2在其底面交替地具有槽和齿。在各槽中置入一个三相交流电线圈，该线圈被供给变化幅值和频率的交流电。长定子直线电机的励磁场由支承磁铁4产生，所述支承磁铁由核芯5和包围核芯的线圈6构成，装配在车辆7上并且同时起“支承”的作用，以便在行驶路径1或长定子2与车辆7或支承磁铁4之间在运行时建立表示悬浮状态特征的支承缝隙8。
为了确定相应的车辆位置，沿着行驶路径设置一些以信息发送器形式的标记9。每个标记优选占据一个相对于长定子2或者相对于长定子的槽和齿精确定义的位置，以便按本身已知的方式得到对于确定极位置明确的配设。各标记9例如可以由导电层构成，各层设置在由电绝缘材料制成的盘或板条10上，并且例如沿着行驶路径1每200米地装配，使得每个标记9也明确地配设于车辆沿着行驶路径1的一个绝对位置。
图1另外示意显示一个例如电感式的传感器11，它包含一个设置于标记9的一侧上的高频的发送器12和一个设置于标记9的另一侧上的接收器14，以便识别交替地一个接一个的盘10和各盘之间的中间空间。
上述类型的装置例如由开头所述的文件DE 33 03 961 C2和DE 102004 015 496 A1已知，在此为简化起见它们通过引用成为本申请公开的内容。
图2示例地显示行驶路径1的局部的俯视图。在行驶路径1的纵向上示意地设置两个所述的、附图标记为9i和9j的标记。另外图2显示一个网格，它的线条例如经度和纬度等对应于一个假想的笛卡尔坐标系的x值和y值。该网格通过一个由卫星支持的导航系统例如已知的且由美国推动的GPS系统观察。因为对导航系统精度的要求对于本发明的目的是相对较小的，所以例如可以假设测量精度为5m至20m。示于图2中的、定义平面方格(Planquadrate)15i、15j、栅格面等的网格线因此例如可以彼此具有与精确距离偏离5m至20m的距离。
按本发明，标记9i、9j沿行驶路径1的纵向这样布置和/或在图2中表示的平面方格15i、15j选择得这样大，使得每个标记9i、9j大约在配设的平面方格15i、15j的中心或者反之每个平面方格15i、15j最大正好本身容纳一个配设的标记9i、9j。
在图3中借助于列表示意描述各标记9i、9j等具有哪些意义。
作为“轨迹编号ABC”在此理解为一条任意的行驶路径1或者如果涉及一条具有多条轨迹的行驶路径时，那么理解为该行驶路径的一条选出的轨迹。
在“标记编号”栏中按列包含沿着行驶路径ABC_1存在的标记并且例如设有编号1...k...N。这些标记例如以大约200m的距离进行设置并且精确地对准长定子2的预选的槽或预选的齿(图1)。
在图3的“位置”栏中描述平面方格15i、15j，它们由相应的导航系统提供并且分别配设于各标记1...k...N。因此在该实施例中，标记1位于一个平面方格x_1、y_1中等等，而标记N相应位于平面方格x_N、y_N中。
最后图3的列表还包含一栏“里程化”，在此说明精确的距离l_1、l_k、...、l_N，它们具有从基准点例如行驶路径1的起点的附属的标记。
因此按图3的列表对于轨迹或行驶路径ABC_1包含所有为了明确地定义或确定各标记位置所必需的数据。例如如果在车辆行驶经过图3中的标记k(或者图2中的9i)时由车辆7的传感器11显示该标记的存在，然后这可以仅表示车辆7正好处于附属的平面方格x_k、y_k(或15i)或在公里l_k处。相反地对于车辆处于位置x_k、y_k(或图2中的15j)并且同时识别出一个标记9的情况，清楚的是，只能涉及图3中的标记k(或图2中的标记9i)，因为没有其他标记在平面方格x_k、y_k或15i中。由此一方面得出，为了精确地确定车辆7的位置只需识别标记k或9i、9j等，也就是说标记k、9i、9j不必附加地设有一个显示其精确位置的编码。更多情况下对于这种识别，一个简单的例如仅由一个位构成的是/否信息(“标记存在”或“标记不存在”)就足够了。另一方面所采用的导航系统也不需要有高的测量精度。如果每个平面方格x_k、y_k或15i、15j明确地或者不或者仅配设一个唯一的标记k、9i、9j，那么对于本发明的目的就足够了。
图4示意显示一个设置在车辆7上的传感器11(图1)，包括在此构成为光源尤其是构成为激光器的发送器12和在此构成为光电检测器(光电二极管)的接收器14。用附图标记7a在图4中表示车辆7的外壁。
在未详细描述的行驶路径1中在图4中仅显示一个标记9，该标记在车辆7运行时朝箭头w的方向被车辆经过。标记9在该实施例中构成为一个靠近车辆7的镜子。在此标记9、发送器12和接收器14的位置彼此相对地选择成使得在车辆7行驶经过时一个由发送器12发射的光束或激光束短时间地碰到标记9，由其镜面反射至接收器14并且然后在该接收器中触发足够强的例如为电的信号。这对于所有在行驶路径1上存在的标记9i、9j等都成立，因此传感器11在行驶期间在给定的地点间距和时间间距下给出信号“标记存在”。
为了这些信号转化成精确的位置信号，按本发明的装置例如可以对应于图5地构成。据此，接收器14连接在一个电的评价电路17上，该评价电路例如构成为微处理器、计算机等。在该评价单元17上连接一个当地的或全球的卫星支持的导航系统的接收器18，必要时经过一个模块19，在该模块中接收器18的输出信号按合适的方式处理。另外，一个储存装置20与评价单元17连接，在该储存装置中储存借助于图3解释的列表或者在该列表中的位置数据。评价单元17的一个输出端最后按未详细描述的本身已知的方式与一个安装在车辆7中的无线系统21连接，由该无线系统可以在车辆7与一个中央的调度台之间交换数据(例如见ZEVrail Glasers Annalen，特刊“Transrapid”，2003年10月，第88至94页，或者“Magnetbahn Transrapid-Die neue Dimension desReisens”，Hestra-Verlag Darmstadt，第60至68页)。
按图5的装置的工作方式在采用通常的电子数据处理装置的情况下主要如下：
在优选永久接入的发送器12的情况下，车辆7依次通过沿着行驶路径1设置的各标记9。在每次经过一个这样的标记9时，传感器11的接收器14发出一个显示存在或识别一个标记9的、例如为电的信号“标记存在”，该信号输送给评价单元17。评价单元17另外永久地由导航系统的接收器18供给实时的地点信号，给出关于车辆7正好处于哪个平面方格15的讯息(图2)。如果一个标记9的识别被信号化，那么评价单元17将附属的实时的地点信号与储存在储存装置20中的位置数据进行比较。由该比较产生一个位置信号，给出关于实际经过的标记9或关于车辆7的配设于该标记的精确地点的讯息，并且经由无线系统21输送到中央的调度台。
本发明具有许多优点。也有利的是，各标记9不必被编码，以便提供精确的地点信号，这明显简化了标记9的制造和装配并且明显提高了噪声距离。另外对于导航系统的接收器18可以采用商业上常见的例如在汽车领域多方面应用并从而廉价的结构元件。取代全球的导航系统，也可以有利地设置例如仅用于磁悬浮轨道运行等的、不依赖全球导航系统的、当地的导航系统。原则上对此一维工作的导航系统就足够了，它们另外为了接受可以设置在塔上例如在每个塔的始端和末端上。另外，导航系统的接收器18与行驶路径1无关地进行工作，使得它可以安装在车辆7中的任何地方并且不要求在行驶路径1附近的位置。最后，在读出各标记9时得到读出错误的危险是极小的，因为各标记9仅要被识出，但是不要求被传感器11鉴别。
本发明不限制于所述的实施例，它们可以按多种方式发生改变。这例如适合传感器11。该传感器可以不同于图4，而如图6借助于一个第二实施例显示的那样，具有一个固定安装在车辆7上的镜子22，该镜子将由发送器12发出的光束16永久地向接收器14反射。在这种情况下设置一些中断光束16的结构元件作为标记23，这些结构元件沿着行驶路径1这样设置，使得它们在车辆7行驶经过时经过镜子22与发送器12和/或接收器14之间的缝隙并且因此短时间地中断光束16。标记23的存在在这种情况下不是通过光信号16在接收器14上的出现而是通过其中断而显示的。取而代之，也可以设定传感器和标记的电感等方式工作的组合。最后不言而喻的是，不同的特征也可以采用于不同于所说明和描述的组合中。

Claims (6)

1.一种用于产生位置信号的装置，各位置信号说明一受轨迹约束的车辆(7)沿着行驶路径(1)的位置，该装置包括多个沿着行驶路径(1)设置的标记(9、23)、至少一个设置在车辆(7)上的用于探测所述标记(9、23)并用于给出由此确定的信号的传感器(11)和一个连接在该传感器(11)上的用于通过评价由标记(9、23)产生的信号来产生位置信号的评价单元(17)，其特征在于：各标记(9、23)构成为使得当车辆(7)经过一个标记(9、23)时所述传感器(11)给出一个“标记存在”的信号，否则给出一个“标记不存在”的信号，所述车辆(7)具有一个导航系统的一个用于给出实时地点信号的、连接到评价单元(17)上的接收器(18)，评价单元(17)与一个储存装置(20)连接，在该储存装置内储存配设于各标记(9、23)的位置数据，并且评价单元(17)这样设置，使得它在接受每一个信号“标记存在”时从实时地点信号与储存的位置数据的比较中给出一个配属于该标记(9、23)的位置信号。
2.按权利要求1的装置，其特征在于：所述传感器(11)包括一个发出一个光束(16)的发送器(12)和一个用于该光束(16)的接收器(14)，并且所述标记(9)构成为镜子，所述镜子在车辆(7)经过时将由发送器(12)产生的光束(16)偏转到所述用于光束的接收器(14)。
3.按权利要求1的装置，其特征在于：所述传感器(11)包括一个发出一个光束(16)的发送器(12)、一个用于该光束(16)的接收器和一个镜子(22)，所述镜子将由发送器(12)产生的光束(16)偏转到所述用于光束的接收器(14)，并且所述标记(23)构成为中断光束(16)的结构元件。
4.按权利要求2的装置，其特征在于：所述发送器构成为激光器。
5.按权利要求3的装置，其特征在于：所述发送器构成为激光器。
6.按权利要求1至5之一的装置，其特征在于：评价单元(17)与一个装配在车辆(7)上的无线系统(21)连接。
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