CN108507565A - 用于确定车辆的位置的系统和方法及具有该系统的车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于确定车辆的位置的系统和方法及具有该系统的车辆。该用于确定车辆的位置的系统，包括：用于测量磁体的磁场强度的多个传感器；用于确定磁体相对于多个传感器的位置的计算装置，其中，多个传感器以二维阵列布置。

Description

用于确定车辆的位置的系统和方法及具有该系统的车辆
本申请是国际申请日2011年02月21日、国际申请号PCT/EP2011/052489的国际申请于2012年08月20日进入国家阶段的申请号为201180010268.8、发明名称为“用于确定车辆的位置的系统、具有该系统的车辆及用于确定车辆的位置的方法”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆的位置的系统。本发明还涉及一种包括这种系统的车辆。本发明还涉及一种用于确定车辆的位置的方法。
背景技术
用于确定车辆的位置的系统已经知道了很多年。一种这种已知的系统利用设置在车辆在上面移动的表面中的磁体的栅格(grid)。该系统包括能够感测磁场的强度的多个传感器。这多个传感器布置在车辆的横向方向上，以确保当车辆从磁体上经过时探测到布置在地面中的磁体。对来自传感器的信号周期性地取样并提供至计算装置以计算感测到的磁体相对于传感器的位置。由于各个磁体通常不能相互区分，因此所述磁体的探测通常不足以确定该位置。因此，在一个现有技术系统中，将旋转计数器安装在至少两个轮子上以保持对轮子旋转的跟踪从而确定位置变化以及随之的位置。磁体的探测防止在确定位置以及因此位置漂移(drift)时出现错误的积累。
该已知系统的一个缺点在于，当车辆通过一个弯道时，在弯道的外侧的传感器对磁场强度进行欠取样(undersample)，而在弯道的内侧的传感器对磁场强度进行过取样(oversample)。尽管具有可用于显示日数字信号处理器的处理动力而使后者造成较小的问题，但是当车辆通过一个弯道时前者造成所确定的位置的准确性的劣化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定车辆的位置的系统，其中，与所述现有技术相比，当车辆通过一个弯道时，准确性的劣化小得多。
该目的通过本发明通过提供一种用于确定车辆的位置的系统来实现，该系统包括用于测量磁体的磁场强度的多个传感器；用于确定磁体相对于多个传感器的位置的计算装置；其中，这多个传感器以二维阵列布置。
在根据现有技术的系统中，从传感器获得样本在时间上是固定的，并且样本在空间范围中的位置取决于车辆的移动并随着车辆的移动而变化。在本实施方式中，这多个传感器不再仅用于当磁体偏离中心线地在车辆下方经过时防止遗漏磁体，而是用于在磁体的磁场的二维空间中拍摄完整的快照(snapshot)。为此，优选的是，当使用系统时，传感器阵列布置成大致平行于包括磁体的表面。这种确定磁体相对于传感器的位置的方式不取决于任何与时间相关的取样速率以及由此车辆的移动，而是仅取决于传感器布置。因为位置的确定与车辆的移动无关，因此所确定的位置的准确性也与车辆的移动无关。这样不会出现欠取样和过取样，当没有在大致直的线上运行时，也当没有通过一个弯道时。通过传感器的布置使准确性(用于确定单个位置)固定。
在另一个实施方式中，本发明提供了一种系统，其中，传感器在两个方向上均匀地隔开。这样将样本均匀地隔开。
根据另一个实施方式，提供了一种系统，还包括用于使由多个传感器测得的磁场强度适合于磁体的磁场的空间模型的装置。尽管使用计算机是昂贵的，但使得到的磁场强度适合于磁体的空间模型导致高准确度位置。
在另一个实施方式中，本发明提供了一种系统，其中，传感器的用于与其中布置有多个传感器的平面垂直的磁场分量的灵敏度实质上高于用于与该平面平行的磁场分量的灵敏度。这种实施方式具有的优点在于，使由于地球磁场的空间变化所引起的不准确性最小化，因为该垂直分量可以被视为在表面约束车辆的典型作用半径内是恒定的。在另一个实施方式中，该系统估计一恒定背景磁场并在磁体的测量过程中补偿该恒定背景磁场。该背景磁场可以组成由车辆自身的部件引起的磁场，而且还可以组成所测量的地球磁场的剩余垂直分量。
在又一个实施方式中，本发明提供了一种包括如上所述系统的车辆。
在另一个实施方式中，系统布置为使得多个磁体的位置通过传感器的二维阵列由单次测量确定。为了使该特征是有利的，表面中的磁体布置得足够近以使阵列探测多个磁体的磁场的至少一部分。
在又一个实施方式中，系统布置为对通过表面中的磁体组的相互布置和/或磁体组中的各个磁体的极性而编码的信息进行解码。为此，优选的是，以组(cluster)布置磁体，其中，每个磁体组提供位置信息或者用于获得与对先前实施方式的描述类似的位置信息，并且其中，组中的磁体的布置和/或组中的磁体的极性提供额外的信息(额外的位置信息或者非位置信息)。在一个特定实施方式中，位置坐标以相互布置直接编码。然而，在优选的可替代布置中，相互布置为用于存储在车辆中的查阅表的键编码。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于确定车辆的位置的方法，包括以下步骤：从多个传感器获得由传感器测得的磁场强度；确定感测到的磁体相对于多个传感器的位置；其中，以二维阵列布置多个传感器。
根据本发明的又一个方面，提供了一种方法，其中，通过使获得的磁场强度适合于磁体的磁场的空间模型来确定感测到的磁体的位置。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的其它实施方式和优点，其中：
图1示出了根据本发明的车辆；
图2示出了包含在图1的车辆中的根据本发明的系统；
图3示出了用于由根据本发明的系统产生的数据处理的分层(hierarchy，层级)。
具体实施方式
适于车辆12(图1)在上面行驶的表面设置有磁性标记元件14。车辆12包括布置在两个方向上的形成磁性传感器的阵列10的多个磁性传感器20(图2)。
当磁性标记元件14在一定最小数量的传感器20下方经过时，可以估计车辆12相对于磁性标记元件14的位置。所需的最小数量的传感器可以通过例如费雪信息矩阵获得。由磁性标记元件14产生的磁场在一个或多个磁性传感器20中感测到。磁性传感器20连接至数字信号处理器(DSP)24。DSP 24使来自磁性传感器20的信号适合于磁性标记元件14的磁场的三维模型。从该适合的模型获得磁性标记元件14相对于磁性传感器的阵列10的位置。因此，从磁性标记元件14的已知位置获得车辆12的位置，这通过导航计算机26来完成。
磁性标记元件14的位置在图1中示出为栅格状图案。对于本发明来说，磁性标记元件14的图案不必是栅格状的。如果知道磁性标记元件14的位置就足够了。但是与在图1中的栅格状图案类似的规则图案是有利的，由于不需要存储单个标记元件的位置，因为位置可以从该图案容易地获得。在一个特定实施方式中，车辆沿着预定路径运行，并且栅格是沿着预定路径延伸的一维栅格。
磁性传感器20的图案也不限定于任何特定图案。原则上，只要位置估计算法考虑到阵列中的各个磁性传感器20的位置，那么图案可以是随意的。
由DSP 24和导航计算机26提供的分层功能30如下(图3)：最低级别是IO级别32。IO级别32负责获得从传感器20读出的磁场强度。
在下一级别(扫描器级别34)中，传感器20的阵列10内的位置与每次单个磁场强度测量相关联。由于这些位置在二维中是固定的，因此与来自现有技术的实施方式相对，该工作是非常简单的，由于时间不再起作用，因此在单个维度中仅采用磁性传感器。
随后，在适合器级别36中使磁场强度位置组适合于磁性标记元件14的三维模型。这得到所估计的磁性标记元件14相对于传感器20的阵列10的位置。
最后，在最后的级别(编码级别38)中使用所估计的磁性标记元件14的相对位置以确定车辆12的位置。在一个特定实施方式中，该位置与特定的时间瞬间相关联，例如由于出现时间同步信号而导致时间流逝时。
应该注意的是，所示出和所描述的实施方式仅用作本发明的示例性实施方式，并且本发明不限于这些实施方式。在不背离本发明的范围的前提下，可以对所示出和所描述的实施方式做出多种修改和变型。例如，当没有限制时，可组合所示出和所描述的实施方式。因此所要求的保护范围仅通过以下权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于利用多个单独的磁性标记元件来确定车辆(12)的位置的系统，所述多个单独的磁性标记元件设置在适于所述车辆行驶的表面上，所述系统包括：
用于测量所述多个单独的磁性标记元件中的磁性标记元件(14)的磁场强度的多个传感器(20)；
计算装置(24)，用于确定感测的所述磁性标记元件(14)相对于所述多个传感器(20)的位置；
其中，所述多个传感器(20)以二维阵列(10)布置，其中，所述计算装置(24)被配置用于：
从所述多个传感器(20)获得(32)磁场强度测量；
将所述传感器阵列(10)内的位置与每次单个磁场强度测量相关联(34)；
使磁场强度测量和关联的位置组成的组适合于磁性标记元件的磁场的空间模型；以及
确定感测的磁场标记元件(14)相对于所述多个传感器(20)的位置，
其中，由DSP(24)和导航计算机(26)提供的分层功能(30)如下：
第一级别是IO级别(32)，所述第一级别负责获得从传感器(20)读出的磁场强度；
第二级别，其中传感器(20)的阵列(10)内的位置与每次单个磁场强度测量相关联；
第三级别(36)，在适合器级别中使磁场强度位置组适合于磁性标记元件(14)的三维模型，这得到所估计的磁性标记元件(14)相对于传感器(20)的阵列(10)的位置，
其中，在第四级别(38)中使用所估计的磁性标记元件(14)的相对位置以确定车辆的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个传感器(20)在两个维度上均匀地隔开。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述传感器的用于与其中布置有所述多个传感器的平面垂直的磁场分量的灵敏度高于所述传感器的用于与该平面平行的磁场分量的灵敏度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，通过传感器(20)的二维阵列(10)从单次测量确定多个标记元件(14)的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述位置确定系统布置为对通过表面中的磁性标记元件(14)组的相互布置和/或磁性标记元件(14)组中的各个磁性标记元件(14)的极性而编码的信息进行解码。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述磁性标记元件(14)的位置是栅格状图案。
7.一种用于利用多个单独的磁性标记元件来确定车辆(12)的位置的方法，所述多个单独的磁性标记元件设置在适于所述车辆行驶的表面上，所述方法包括以下步骤：
从多个传感器(20)获得(32)由所述传感器测得的所述多个单独的磁性标记元件中的磁性标记元件(14)的磁场强度；
将所述传感器阵列(10)内的位置与每次单个磁场强度测量相关联(34)；
使磁场强度测量和关联的位置组成的组适合于磁性标记元件的磁场的空间模型；
基于适合于磁性标记元件的磁场的空间模型的磁场强度测量和关联的位置组成的组，确定所述磁性标记元件(14)相对于所述多个传感器(20)的位置，
其中，所述多个传感器(20)以二维阵列(10)布置，其中，由DSP(24)和导航计算机(26)提供的分层功能(30)如下：
第一级别是IO级别(32)，所述第一级别负责获得从传感器(20)读出的磁场强度；
第二级别，其中传感器(20)的阵列(10)内的位置与每次单个磁场强度测量相关联；
第三级别(36)，在适合器级别中使磁场强度位置组适合于磁性标记元件(14)的三维模型，这得到所估计的磁性标记元件(14)相对于传感器(20)的阵列(10)的位置，
其中，在第四级别(38)中使用所估计的磁性标记元件(14)的相对位置以确定车辆的位置。
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