CN1965339A - 用于基础设施、移动物体协作的驾驶辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为行驶在基础设施(10)上的交通工具(20)提供信息的驾驶辅助系统，其包括在基础设施上形成的并且适于编码供所述交通工具使用的信息的磁性标记(30，40)、包括交通工具上携带的用于检测总磁场并产生总磁场的代表性信号的多个磁性传感器(45)的检测装置和适于处理代表性信号、确定交通工具和磁性标记之间的第一距离(d)并解码磁性标记所编码信息的处理单元(50)，所述信息是可变化的，所述总磁场包括磁性标记产生的磁场。

Description

用于基础设施、移动物体协作的驾驶辅助系统

本发明通常涉及导航和数据系统，也被称为驾驶辅助系统、基础设施上的移动通行系统，尤其涉及使用磁场的系统。

在常规安全方面，例如道路出口是大量伤亡事故的原因。因此，能够一直辨识交通工具的位置是重要的，并且这与环境和气候条件是密不可分的。此外，如果基础设施上为交通工具提供的信息(信号通知、曲率半径、超高侧倾......)很多，那么仍然需要增加道路出口的预防措施。

业已存在大量的导航系统和信息传输系统。其中，选择磁性检测系统会表现出很多优点。因为材料的磁性质几乎不随外部的气候条件而改变，例如雨、雾、亮度......基于磁学的移动通讯-基础设施系统同样独立于外部环境，例如隧道、山谷......

人们已经知道了通过磁方法吸引永磁铁形式的磁性标记的信息系统。在这种情况下，磁铁通常只能作为方位参考。对于编码信息的应用只能是受限制的。因为其是固定的并且只能通过使用不同极性的另一磁铁代替某一极性的磁铁才能改变其应用。在这种情况下，改变由恒定因素编码的信息的成本是昂贵的。安装在交通工具上的磁性检测系统应该检测磁场，所述磁场的衰减和永磁铁与磁性传感器之间的距离的立方成比例。这导致发射器和接收器之间的距离一旦增大，磁场的数值就会很弱，并且因此导致方位系统的性能变差。

使用安置在基础设施上或基础设施中的磁性条带形式的磁性标记是有趣的替代办法。因为磁场可能是与条带和安置的传感器之间的距离的平方成反比的，并不是准时的永磁铁的情况中的立方。

从美国专利US 6 289 269 B1中，可以知道在基础设施上的交通工具的导航系统，其包括应用于基础设施表面上的磁性条带形式的连续的导航。双重且垂直的磁性传感器可以在下部测量条带的磁场以及环境磁场，在上部，即远离磁性条带的部分仅仅测量环境磁场。在这种情况下，交通工具的位置扣除了这两个测量的磁场的差异。然而，这种方法不能提供在基础设施上的交通工具的方位的准确数值。因为提供的双重传感器没有考虑环境磁场的变化，也没有考虑金属质量的影响。此外，磁性条带也只能用于交通工具的导航。

本发明的目的是提供改进的驾驶辅助系统，其尤其包括安置在基础设施上或基础设施中的磁性标记并由廉价的并且允许将该条带上的编码数据便利地再次编程的磁性颗粒组成。本发明还涉及该驾驶辅助系统的检测装置，以及基础设施，在所述基础设施上或所述基础设施中形成磁性标记。

为此目的，本发明提供了一种驾驶辅助系统，用于向在基础设施上通行的交通工具提供信息，其包括：

-磁性标记，形成于该基础设施上或该基础设施中，并且适于对用于该交通工具的信息进行编码，该信息是可变化的，

-检测装置，其包括该交通工具上携带的多个磁性传感器以及处理单元，该多个磁性传感器用于检测总磁场并产生代表该总磁场的信号，该总磁场包括由该磁性标记生成的磁场，该处理单元适于处理该代表性信号并且一方面确定该交通工具和该磁性标记之间的第一距离以及另一方面解码在该磁性标记中所编码信息。

因此，磁性标记发出的磁场可以基于编码的信息来计算交通工具的位置并且通知驾驶员，该编码的信息随时间变化并且因此被再次编码。

在另一实施方案中，该磁性标记通过安置供公路信号使用的标记组合物来形成，该标记组合物中加入一种或多种颗粒形式的磁性材料，该颗粒在处于高于该颗粒的强制磁激发场中时能够接收顽磁，该颗粒的顽磁适于对用于该交通工具的信息进行编码。

磁性标记应用已知公路信号技术。简单添加磁性颗粒就可以编码信息并在高于强制激发场的磁场中对信息重新编程。

在有利实施方案中，该磁性标记的磁性材料是至少两种不同的类型，每种类型都具有一种不同的强制磁激发场，以便以不同的安全水平对用于交通工具的信息进行编码，采用具有最高强制磁激发场的磁性材料对最重要的信息进行编码。

同样，可能会有若干个信息等级。在不很重要的信息编程误差的情况下，更为重要的信息是清晰的。

有利的是，该磁性标记以磁性条带的形式以基本上连续的方式安置，并且其中所信息沿着该磁性条带的长度方向以基本上规则的基本间隔对该信息进行编码，每个该基本间隔具有其本身的多方向磁场。

在另一实施方案中，该磁性标记以不连续的磁性条带的形式安置，该磁性条带以基本上规则的基本间隔形成，并且该信息以每个规则的基本间隔被编码，每个该基本间隔都具有其本身的多方向磁场。

因此，对于这两种实施方案，每一间隔对应可变磁化的条带的一部分，以便编码若干比特的信息。

此外，该多方向磁场包括沿着与该磁性条带基本垂直但共面的方向上的第一分量。

该第一分量除了编码信息以外，还可以确定基础设施上运动物体的参照位置。

本发明还涉及在常规基础设施上的交通工具的驾驶辅助系统，其中该多个磁性传感器包括至少三个磁性传感器，该处理单元还适于根据来自于该磁性传感器的代表性信号从该总磁场中消除环境磁场。

因此，驾驶辅助系统能够考虑环境噪声以便得到基础设施上的交通工具的十分精确的位置。

在优选实施方案中，驾驶辅助系统包括至少一个第四磁性传感器，并且其中该处理单元还适于基于来自于该磁性传感器的代表性信号，将环境磁场的变化所导致的偏差考虑在内，尤其是由于金属体的分布所导致的偏差。

在另一实施方案中，该磁性传感器在基本垂直于该交通工具的轴线的第一轴线上对齐，并且可以获得至少一个附加磁性传感器，该附加磁性传感器布置在不同于该第一轴线的第二轴线上，以便使该处理单元能确定该交通工具与该磁性条带之间的第二距离，该处理单元基于该第一和第二距离来确定该交通工具相对于其在基础设施上移动方向的方位。

本发明还涉及上述驾驶辅助系统的检测装置，其包括多个磁性传感器以及处理单元，交所多个磁性传感器意欲布置在交通工具上用于检测总磁场并产生代表该总磁场的信号，该总磁场包括由形成于基础设施上或基础设施中的磁性标记所产生的磁场，该处理单元适于处理该代表性信号和确定该交通工具和该磁性标记之间的第一距离，其中该多个磁性传感器包括至少三个磁性传感器，而该处理单元还适于基于该代表性信号从该总磁场中消除环境磁场。

在检测装置的另一实施方案中，多个磁性传感器包括第四磁性传感器，并且该处理单元还适于基于来自于该磁性传感器的代表性信号，将环境磁场的变化所导致的偏差考虑在内，尤其是由于金属体的分布所导致的偏差。

在检测装置的另一实施方案中，处理单元同样适于解码由磁性标记编码的信息。

本发明还涉及上述驾驶辅助系统的基础设施，其包括磁性标记，形成于该基础设施上或该基础设施中并且适于对用于行驶在该基础设施上的交通工具的信息进行编码，该磁性标记通过安置供公路信号使用的标记组合物来形成，该标记组合物中加入一种或多种颗粒形式的磁性材料，这些颗粒在处于高于该颗粒的强制磁激发场中时能够接收顽磁，该颗粒的顽磁适于对用于该交通工具的信息进行编码

在基础设施的有利实施方案中，磁性标记的磁性材料是至少两种不同的类型，每种类型都具有一种不同的强制磁激发场，以便以不同的安全水平对用于交通工具的信息进行编码，采用具有最高强制磁激发场的磁性材料对最重要的信息进行编码。

本发明还涉及能够在该基础设施上行驶的并安装有上述检测装置的交通工具，该检测装置用于确定至少交通工具和磁性标记之间的第一距离，并解码磁性标记所编码的信息。

此外，本发明涉及行驶在基础设施上的交通工具的驾驶辅助方法，该基础设施包括磁性标记，该磁性标记形成于该基础设施上或该基础设施中并且适于对用于该交通工具的信息进行编码，该交通工具包括该交通工具上携带的多个检测装置和处理单元，该多个检测装置用于检测总磁场并产生代表该总磁场的信号，该总磁场包括由该磁性标记生成的磁场，该处理单元用于代表性信号，该方法包括下列步骤：

a)采用该多个磁性感应器测量该总磁场，

b)利用该处理单元基于该代表性信号来确定在该磁性条带上所编码的信息，

c)利用该处理单元基于该代表性信号来确定该交通工具和该磁性标记之间的第一距离，

d)将该编码信息和该第一距离传输到形成与交通工具的驾驶员的界面的模块。

通过阅读以下叙述显示出本发明的其它特征和优点。该叙述完全是说明性的并且应该参考下列附图：

-图1显示本发明的驾驶辅助系统原理的示意图，

-图2显示本发明的驾驶辅助系统和包括磁性传感器的检测装置的

实施方案的示意图，

-图3a显示了二次(double)估计函数与交通工具位置之间的差异，所述交通工具位置是与其实际位置相比，而其实际位置是与磁性条带相比。

-图3b显示了简单(simple)估计函数与交通工具位置之间的差异，所述交通工具位置是与其实际位置相比，而其实际位置是与磁性条带相比。

-图4显示本发明校正系统的原理示意图，

-图5显示本发明正常模式、校正模式下驾驶辅助系统的磁性感应器和检测装置所获得的两个数据结果，

-图6显示本发明在磁性条带中使用磁性铁酸盐的典型磁化曲线。

图1显示了本发明的磁性标记和驾驶辅助系统原理的示意图。

交通工具20行驶在图1虚线表示的由道路10代表的基础设施上。可以理解常规基础设施是供运动物体移动的网路交通道路的集合。已知涉及道路，以及涉及更小规模的网络，例如在工业地点上的交通道路、在建筑物间的交通道路......由连续磁性条带30的形式表示的磁性标记在道路10的中间。由代表各自不同性质的磁场的间隔(31，32)系列形成该磁性条带。磁性标记还可以是包含不连续间隔序列的磁性条带的形式，所述间隔代表各自不同性质的磁场。不同磁场的该系列可以如下面所述的那样，沿着磁性标记编码变化的重要信息。安置的磁性传感器系列33被放置在交通工具20的前方，以便读取磁性条带30的磁场，一方面可以与磁性条带30相比并且因此与基础设施10相比计算交通工具20的位置，另一方面读取磁性条带30所编码的信息。

在示意图图1中，磁性标记位于交通工具20行驶的道路的中央。交通工具的理想位置对应于交通工具20的主轴与磁性条带30之间的零水平距离。然而图的其它情况也是可以考虑的，即：例如条带可以位于道路侧面白线处，或者与图1的位置相比，在其它全部远离中心的位置。在下列叙述中，可以假设磁性条带位于中央位置以简化讨论。

图2显示本发明的驾驶辅助系统中所使用的检测装置的实施方案的示意图。所述装置包括检测部分，所述检测部分包括与交通工具(示意图中未显示)相连的支撑部件60。优选支撑部件60位于与交通工具主轴垂直的方向。交通装置的主轴与其移动方向对应。支撑部件60包括至少三个安装的磁性传感器45，并且例如被安置在交通工具的下部，以便该支撑部件60与磁性标记之间的高度h具有约几十厘米的数量级，此处以磁性条带40的形式来代表所述磁性标记。优选20至30厘米的数量级，以便读取足够差值的磁场，该差值随磁性条带与传感器之间的距离的立方函数的变化而变化。磁性传感器45在支撑部件60上排成一线，并与检测装置中的处理单元50相连。该处理单元50适合分析磁性传感器45的信号，即确定磁性条带40和交通工具之间的距离，并读取或解码磁性条带所编码的可能的信息。优选传感器45在与交通工具主轴垂直的同样的直线上成一线。

磁性传感器可以被安装在例如位于与道路，因此也就是与磁性条带的高度大约25cm的交通工具的缓冲器(pare-choc)中。磁性传感器可以采集总磁场。其还应该在高速下(交通工具的速度)测量微弱的磁场，其中必须选择可以显示微弱噪声并且响应时间短的敏感的传感器。在交通工具中，所述磁性传感器在可用电压为可变电源电压时还应该能够工作，并具有较低的消耗水平。已知的磁性传感器，例如霍尔效应传感器或磁阻传感器具有上述性质。还可以应用电流环型(typeboucle de courant)传感器。

下列表1给出了已知的不同类型的特征的实例。

传感器类型	噪声(nV/Hz)	灵敏度(mV/高斯)	响应时间(μs)	消耗(V/mA)
					高效型	75	25	3	6.6至12V/30m
磁阻型	29	2.5	0.2	5.0至10V/30mA

表1：不同类型磁性传感器的通常特征

传感器也可以是定向的，也就是说当在与磁性条带平行或垂直的方向上传感器是非零组件时，传感器能够检测磁场的方向。

随后通过模块55传输由处理单元50确定的距离和解码信息来完成若干功能，例如数据的合并、解码信息的应用、向驾驶员传输交通工具的位置、向驾驶员传输由磁性条带读取的不同等级的信息......可以预见通知信息以便引起驾驶员对交通工具的轴显著远离磁性条带的注意，或如下所述的磁性条带重要编码信息(接近转弯、准备减速......)的注意。例如可以考虑使驾驶员的注意力集中于交通工具相对于条带的位置、行驶道路的中央或者目测的其它全部适当的方法，以便可以了解交通工具和道路之间的距离并且如果需要进行修正测量。

传感器的数量是确定交通工具和基础设施之间距离精度以及解码磁性条带所记录的信息的决定因素。虽然已知的导航装置是精确的，但是考虑到环境噪声和存在金属质量的影响，所以选择两个传感器是不够的。实际上金属传感器的信号对应于总磁场的测量，所述总磁场包括由于磁性条带产生的磁场、环境磁场(大地的磁场......)。其还受存在不同金属质量的影响。

本发明的驾驶辅助系统以及检测装置具有至少3个磁性传感器，当处理传感器信号时，所述检测系统可以获得环境磁场的数值。事实上，应根据测量交通工具与磁性条带之间的距离所要求的精度来选择磁性传感器的数量。利用第四传感器还可以获得例如由于存在不同金属质量对磁性传感器信号数值的影响而造成环境磁场变化的数值。

为了估计与设置在基础设施上的磁性条带相比交通工具的位置，处理单元将每一传感器的响应与标准响应比较，由于在给方位置上的给定的磁化条带以及存在环境磁场，所述标准响应与总磁场存在时这些传感器所提供的理论响应接近。将与测量最相匹配的传感器的标准响应参数视为处理结果。

为了说明距离的估计，我们假设以连续磁性条带的形式来代表在基础设施上或基础设施中形成的磁性标记，所述磁性条带产生单一方向、与条带共面且与其方向垂直的磁场。此外，假设传感器在与交通工具主轴垂直的支撑部件上排成一线。因此，磁场的形式为：

$f(\mathrm{xi},d)=a+b(\mathrm{xi}-d)+\frac{c({(\mathrm{xi}-d)}^2-h^2)}{h^2+{(\mathrm{xi}-d)}^2}---\left(1\right)$

其中

a：考虑环境磁场值，尤其是大地磁场的常数，

b：由于例如存在金属质量导致环境磁场变化的偏差，

c：条带单一方向磁场的差值。该差值可以编码供交通工具使用的信息。由于随后基本间隔的变化(如图1中的标记31和32所示)，因此确定了它就可以知道在条带中的编码信息，

xi：沿着支撑部件不同传感器的位置，

h：磁性条带与传感器之间的垂直高度，

d：磁性传感器集合中心与磁性条带之间的水平测量距离。知道了该距离就可以知道交通工具的连续方位。

在下述方法中考虑，磁性传感器的数量是5个，并且它们是等距的，距离d对应于中间的传感器(第三个传感器)与磁性条带之间的水平距离。

基于f(xi，d)值以及将在随后的叙述中记录fxi，可以引入附加的函数gxi和hxi，以便消去由环境磁场和等式(1)的变化所造成的不同的未知常数a和b：

-gxi＝fxi+1-fxi，基于fxi的值，其中i∈[1，4]以便消去a

-hxi＝gxi+1-gxi，基于gxi的值，其中i∈[1，3]以便消去b

fxi、gxi和hxi的值是估计的距离d和编码条带信息的场差值c的函数，并且构成下述标准响应值。磁场的式(1)以及gxi和hxi的值事实上显示了如果能够消除环境磁场(参数a)，带有至少三个传感器的系统的优点，以及如果能够获得存在的金属质量的数值(参数b)，第四传感器的优点。因此至少需要进行不同参数的独立的测量。

基于由位置xi处磁性传感器测量的磁场的测量值Mfxi，还可以按照与值gxi、hxi和kxi相同的关系引入计算值Mgxi和Mhxi。因此：

Mgxi＝Mfxi+1-Mfxi，基于Mfxi的测量值，

Mhxi＝Mhxi+1-Mhxi，基于Mgxi的值。

对于上述不同值，应用最小二乘法可以较好地估计条带的位置。对于fxi的值，Jf是最小二乘函数：

$\mathrm{JF}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=5}{(\mathrm{fxi}-\mathrm{Mfxi})}^2---\left(2\right)$

该Jf函数尤其取决于d和c。基于5个磁性传感器的测量值，其最小值可以得到d和c的估计值。也可以对gxi和hxi的值应用最小二乘法，以消去没用的参数来得到d和c的估计值，也就是说a和b。

对于被称为二次估计函数，对标准响应hxi的值应用最小二乘法，可以得到：

$\mathrm{Jh}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=3}{(\mathrm{hxi}-\mathrm{Mhxi})}^2---\left(3\right)$

引入hxi＝c.h′xi，i∈[1，3]，其中h′xi仅是d的函数，将式(3)变为：

$\mathrm{Jh}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=3}{(c.h\′\mathrm{xi}-\mathrm{Mhxi})}^2---(3\′)$

在式(3)中c式常数，

$\frac{\∂\mathrm{Jh}}{\∂c}=0$ 导致新的关系：

$c=\frac{h\′x1.\mathrm{Mhx}1+h\′x2.\mathrm{Mhx}2+h\′x3.\mathrm{Mhx}3}{h\′x{1}^2+h\′x{2}^2+h\′x{3}^2}---(3\′\′)$

c的该估计值提供了磁性条带中所存储的信息并且可以使Jh仅是d的函数，并且对于5个传感器的每一Mfxi的测量结果，其最小值可以估计距离d。

图3a显示了二次估计函数Jh的距离d与实际距离的对比。

对于被称为简单估计函数，对标准响应gxi的值应用最小二乘法并假定b＝0，也就是说环境磁场不随空间变化。可以得到：

$\mathrm{Jg}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=4}{(\mathrm{gxi}-\mathrm{Mgxi})}^2---\left(4\right)$

在式(4)中c是常数，

$\frac{\∂\mathrm{Jh}}{\∂c}=0$ 导致新的关系：

$c=\frac{\mathrm{gx}1.\mathrm{Mgx}1+\mathrm{gx}2.\mathrm{Mgx}2+\mathrm{gx}3.\mathrm{Mgx}3+\mathrm{gx}4.\mathrm{Mgx}4}{\mathrm{gx}{1}^2+\mathrm{gx}{2}^2+\mathrm{gx}{3}^2+\mathrm{gx}{4}^2}---(4\′)$

该c的估计值提供了磁性条带中所存储的信息并且可以使Jg仅是d的函数，并且对于5个传感器的每一Mfxi的测量结果，其最小值可以估计距离d。

图3b显示了简单估计函数Jg的距离d的结果与实际距离的对比。

实验结果显示，对于二次估计函数，距离d的估计是良好的，当5个传感器侧面相距25cm并且与地面相距25cm，并且每一传感器测量的噪声为测量动力的20％时，在磁性条带与中间的传感器之间[-60cm，60cm]的测量范围内，误差为±0.2cm。对于简单估计函数，考虑到环境磁场的变化是可以忽略的，其误差范围是±5.0cm。

如果使用二次估计函数，驾驶辅助系统以及检测装置可以仅仅只包括四个传感器。然而，在这四个传感器中有一个发生故障的情况下，安装一个附加的传感器被证明是有用的。根据本发明的有利实施方案，驾驶辅助系统以及检测装置也可以包括如图4所示的校正系统，所述校正系统可以同时检查磁性传感器的操作状态并对于给定磁场基于传感器所测量的信号，消除传感器响应中的差异。

实际上，以下所述的交通工具的位置的估计不考虑传感器响应的差异。图4显示了5个位于与交通装置主轴垂直方向的轴上呈一线排列的磁性传感器61至65。两个包括电磁感应线圈的电磁铁71和72被分别安置在第二和第三传感器之间以及第三和第四传感器之间。电磁铁的优点在于其可以产生所需的磁场，因此产生所确定的数值。不同传感器的测量值可以通过处理单元消除传感器响应的差异。

当传感器彼此分开一段量级为传感器在磁性条带之上的高度h的距离时以及当只有大地磁场干扰测量时，可以利用条带产生的磁场的特征使用另一种类型的算法来估计距离d，尤其是在接近高度h的距离处位于磁场的最大幅值的任意一侧的零位置以及超过位于零位置的距离的场的缓慢变化。

在第一阶段通过测量值的中位数确定基数NB的水平，这是因为存在更多个与其接近的传感器相比远离磁性条带的传感器。

在第二阶段检测具有最远离中位数NB的N的水平，也就是说|N-NB|的最大值的传感器，并且对应于与最接近磁性条带的传感器。

在第三阶段确定与具有与N最接近的水平NA，也就是说|NA-N|的最大值的传感器CN接近的传感器CA。

最终，基于传感器CN的位置xCN和传感器CA的位置xCA，并通过下式确定条带的距离d：

d＝(xCN*(NA-NB)+xCA*(N-NB))/(N+NA-2*NB)

关于磁性条带中的编码信息c，由下式提供：

c＝(N+NA-2*NB)

既然噪声的测量值足够小，那么该简化算法可以有效地减少为在较好精度下确定距离d所需要计算的数量。

对带有长约300m的磁性条带的道路在安装有5个据地面15cm的传感器的交通工具的辅助下进行测试。使用简化算法可以计算距离d，在距离为250mm左右的范围内，尤其是当在磁性条带上作Z字形行进(交通工具的摆动在条带的两边)时，精度的数量级为1mm左右。

在包括5个传感器的图4的实例中，利用检测装置的对称性，仅仅2个电磁铁就足够了，因为第一电磁铁71一方面对传感器62和63，另一方面对传感器61和64具有相同的影响，而第二电磁铁72一方面对传感器63和64，另一方面对传感器62和65具有相同的影响，如图4中传感器和电磁铁之间的箭头所示。例如以传感器63为参考，在电磁铁71的第一阶段内，激发可以校正传感器64并且与传感器64相比可以识别传感器61的响应。在第二阶段，电磁铁72的激发可以校正传感器64以及传感器61，在两个传感器的第一阶段期间所确定的关系的协助下，还可以在第一阶段期间使用已被校正的传感器62来校正传感器65。如果一个或两个电磁铁的激发所引起的信号不变化，或者变化不够，那么可以检测出有缺陷的传感器。

图5显示由图4表示的磁性传感器所获得的数据的结果。这些数据的获得是同步的，也就是说5个传感器同时测量磁场。

结果是总持续时间T0并且被分为5个时间段。最初的四个时间间隔是持续时间T1，以4T1＜T0的方式选择T1，以便安排处理的第五时间并且通过处理单元传输数据。

对于正常模式下的功能，最初的四个时间间隔是等同的，两个电磁铁不产生任何磁场。在这4个阶段的过程中，传感器记录来自环境的磁场以及安置在基础设施上或基础设施中的磁性条带的磁场。在每一阶段所获得的大量的数据可以改善信号关系/噪声，同时可以在测量的间隔计算磁场的平均值。

对于校正模式下的功能，在第一阶段两个电磁铁不产生任何磁场，在第二阶段两个电磁铁中的一个产生磁场，在第三阶段两个电磁铁不产生任何磁场，在第四阶段两个电磁铁中的另一个产生磁场。在这4个阶段的过程中，两个传感器中的一个记录来自环境的磁场以及另一个记录安置在基础设施上或基础设施中的磁性条带的磁场。在第一和第二阶段之间传感器信号的变化可以确定每一传感器对第一激发电磁铁的响应，以及在第三和第四阶段之间传感器信号的变化可以确定每一传感器对第二激发电磁铁的响应。通过一个传感器与另一个传感器测量值的差异来进行传感器的校正。在每一阶段所获得的大量的数据可以改善信号关系/噪声，同时可以在测量的间隔计算磁场的平均值。此外，第一和第三阶段的测量值可以直接用于估计距离和磁性条带中的连续信息，这与正常模式下的功能是相同的。

当同时考虑金属轴质量的偏差和磁性传感器各自的噪声时，对于与上述实例垂直的单方向磁场，二次估计函数可以在[-50cm，50cm]的范围内以0.2cm的精度、在[-60cm，60cm]的范围内以0.4cm的精度估计距离，所述传感器被安置在据地面25cm处并且每个传感器之间的距离为25cm。

校正系统还可以已知检查所有传感器是否正常工作。在其中一个传感器不能正常工作的情况下(例如根据处理单元中的编程标准)，处理单元可以不再起作用和/或不再考虑测量的场以便不再歪曲距离的计算和/或编码信息的读取。如前所述的5个传感器系统可以是驾驶辅助系统，以及检测装置，并且即使当这些传感器中的一个在不能技能障碍后不能正常工作，该系统仍然可以继续运行。

驾驶辅助系统以及检测装置的变体是引入一个或多个磁性传感器，其在与交通工具主轴垂直的第二支撑部件上排成一线，但是与上述传感器是分开的。这样，与附加传感器和磁性条带之间的第二水平距离的识别有关的上述计算距离的识别可以实现交通工具主轴对于道路的方位。对于诸如防偏差控制来说这个数据被证明是十分有用的。

如图2所示，随后生成并通过为交通工具提供涉及位置的可用信息和编码数据的模块传输位置数据(距离d)以及磁性条带的磁化数据(磁场差值c可以编码信息)。

因此，安置在基础设施上或所述基础设施中的磁性标记为基础设施上的交通工具定义了位置参考，并且另一方面提供信息支持。

用于形成磁性标记的材料是上述的硬磁材料。对于这些材料，磁化曲线是如图6所示的磁滞回线，并且使用残留磁场值Br和强制磁激发场的值Hc进行表征。通过对硬磁材料使用外部磁激发场使硬磁材料磁化。当不再使用磁激发场时，材料的磁化仍然具有残留场Br。对于使用交通工具进行的检测来说，该场Br的值时足够的。此外，使用不同的磁场，场值Br可以变化，但是要高于强制场的值Hc。对于使用目前常规的传感器在1米处远的地方合适地检测所产生的磁场，残余磁化Br应该高于1000高斯。

硬磁材料可以是颗粒形式的，更特别地是粉末、小球或碎末形式的。

表示尺寸的颗粒可以在几纳米至大于1或2毫米之间变化。强制磁场Hc可以在大约1至20000奥斯特，优选5至5000奥斯特之间变化。使用低于5奥斯特的强制磁场的颗粒可能过于容易消磁，而Hc超过5000奥斯特的颗粒需要非常特殊且昂贵的设备来进行磁化。

优选地，硬磁材料是一类稳定的磁性氧化物，也被称为磁性铁酸盐。最常用的是钡的正铁酸盐BaFe₁₂O₁₉以及锶的正铁酸盐SrFe₁₂O₁₉。可以使用铅来代替锶和钡。可以使用诸如伸长的针状立方铁酸盐、磁铁矿Fe₃₀O₄或γ-三价铁氧化物γ-Fe₂O₃等其它的硬磁材料。这些磁性铁酸盐产量很大并且在室外储存是很稳定。

其它可能的硬磁材料是铬的二氧化物以及金属合金，例如Alnico合金(铝-镍-钴-铁合金)，基于铁、铁碳、铁钴、铁钴铬、铁钴钼、铜镍铁、锰铝、钴铂......的合金。

颗粒的形式的硬磁材料的残余磁场不是有利的方向。这样的规定在道路或街道的标记组合物中可以易于合并。供公路信号使用的这些组合物可以是热流动性的物质，因此可以以熔融物质的形式放置。同样认识到可以使用冷流动性的物质，例如根据可聚合单体制备的聚合物溶液的形式应用所述的这些物质。还认识到道路或街道标记的涂料，通常基于在有机溶剂的可溶性树脂、或基于水的聚合物分散系，可以向其中加入不同的添加剂以加速基于水的涂料的通常缓慢的干燥过程。除了液体组合物以外，还认识到了预先形成的条带的安放、条带的预先制造、以及在道路上的逐渐展开和其应用的测量。因此，安置在基础设施上或所述基础设施中的磁性标记可以采用不同的形式。

这些不同类型的组合物通常包括添加物和涂料。

如果希望限制基础设施上的磁性标记的能见度，那么当磁性标记不同于信号条带时，可以选择加入涂料。还可以想象加入涂料以便磁性标记对人眼总是不可见的。

在这样的组合物中加入的硬磁材料可以以连续或不连续条带的形式通过经典的装置安置在基础设施上，所述的经典装置例如专利US6505995或US4401265中描述的喷射装置。本发明基础设施的磁性标记采用连续或不连续磁性条带的形式。在不连续磁性条带的情况下，可以实现标记组合物的规则或不规则间隔的安放。

如果可以预见较浅切口的影响，那么条带还可以安置在基础设施中，以便随后使用另一种材料进行覆盖来填补切口、掩盖涂料并确保在磁性条带使用期间具有持久的平整度。

安置的这种磁性条带还可以通过可变的及对每一部分的多方向磁化支持信息并同时定义条带的连续部分、或者基本间隔。这些部分或间隔可以相互接触(连续安置的条带)或相互不接触(不连续条带)。诸如图1所示的这些条带(标记31和32)可以在磁性条带的长度方向有规则的分隔。在特别实施方案中，基本间隔的长度是所述磁性条带与安装的磁性传感器之间平均高度的1至4倍，优选的长度是平均高度的1至2倍。

一个间隔和另一个间隔的磁场变化，即连续或不连续安置的条带，在单方向磁场的情况下，可以包括方向的简单改变，同时对于信息的二元编码其还可以代表逻辑状态序列“0”和“1”。如果考虑磁场的若干部分，那么编码可以更加复杂。还可以考虑差值。

为了保留残余磁化或改变已经存在的磁化，应用高于强制场的外部场进行信息的记录或对其修改。通过在条带下部的特殊移动通道实现该操作。使用的硬磁材料的强制场值Bc应该足以使寄生的磁场(大地磁场......)不改变编码信息。

该条带的编码信息可以是不同的种类：

-基础设施信号的提醒(速度限制、禁止的含义......)，

-基础设施的地形数据(坡度、转弯的曲率半径......)，

-临时信息(施工、绕行......)，

-商业信息(临时的文化活动、临近的休息场地、碳氢燃料的价格、附近的旅游景点......)

可以想象这些信息可以用来消磨时间。然而，同样不需要进行周期性的更新。更多的信息同样不重要，其中一些是纯商业或文化性质的，而另一些束缚了交通工具的安全。应该将信息分级。

这就是为什么有兴趣在同样的涂料中引入至少两种的若干种硬磁材料，以便使用不同安全等级对不同信息编码。同样，所要编码的信息越重要(信号、地形数据)就要使用越硬的磁性材料(Hc远大于200奥斯特)，所要编码的信息越不重要(文化活动、碳氢燃料的价格)就要使用不那么硬的磁性材料(Hc稍大于1奥斯特)。可以改变不很重要信息的移动物体是轻型交通工具，其可以以和其它移动物体相同的速度在基础设施上行驶。信息编码级别的益处在于仅是专门的、大尺寸的交通工具，考虑产生高于极硬磁材料强制场的场所需要的金属质量，可以改变很重要的信息。同样，在不很重要的信息编程误差的情况下，很重要的信息是不能被删除的。

此外，根据为交通工具使用者使用的被记录商业信息，所述系统在经济可行的交通工具方面上还是有其益处的。

本发明磁性标记的另一优点是，在磁性条带局部损坏的情况下，检测装置仅仅丧失有限比特数量的信息。因此，驾驶辅助系统在这种情况下，可以连续运转。同样可以预见信息的某些重复，尤其是重要信息的重复，例如通过每一间隔的多方向磁场以重复这些重要信息的方式进行。

Claims (49)

1.一种驾驶辅助系统，用于向在基础设施(10)上通行的交通工具(20)提供信息，其包括：

-磁性标记(30，40)，形成于所述基础设施上或所述基础设施中，并且适于对用于所述交通工具的信息进行编码，所述信息是可变化的，

-检测装置，其包括所述交通工具上携带的多个磁性传感器(45)以及处理单元(50)，所述多个磁性传感器用于检测总磁场并产生代表所述总磁场的信号，所述总磁场包括由所述磁性标记生成的磁场，所述处理单元适于处理所述代表性信号并且一方面确定所述交通工具和所述磁性标记之间的第一距离(d)以及另一方面解码在所述磁性标记中所编码信息。

2.如权利要求1所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性标记通过安置供公路信号使用的标记组合物来形成，所述标记组合物中加入一种或多种颗粒形式的磁性材料，所述颗粒在处于高于所述颗粒的强制磁激发场(Hc)中时能够接收顽磁，所述颗粒的顽磁适于对用于所述交通工具的信息进行编码。

3.如上述权利要求所述的驾驶辅助系统，其中磁性标记的磁性材料是至少两种不同的类型，每种类型都具有一种不同的强制磁激发场，以便以不同的安全水平对用于交通工具的信息进行编码，采用具有最高强制磁激发场的磁性材料对最重要的信息进行编码。

4.如上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性标记以磁性条带的形式以基本上连续的方式安置，并且其中所信息沿着所述磁性条带的长度方向以基本上规则的基本间隔(31，32)对所述信息进行编码，每个所述基本间隔具有其本身的多方向磁场。

5.如权利要求1至3中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性标记以不连续的磁性条带的形式安置，所述磁性条带以基本上规则的基本间隔形成，并且所述信息以每个规则的基本间隔被编码，每个所述基本间隔都具有其本身的多方向磁场。

6.如权利要求4或5所述的驾驶辅助系统，其中所述基本间隔的长度是所述磁性条带与车载磁性传感器之间平均高度的1至2倍。

7.如权利要求4至6中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述多方向磁场包括沿着与所述磁性条带基本垂直但共面的方向上的第一分量。

8.如权利要求2至7中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性材料颗粒与树脂结合。

9.如权利要求2至8中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性材料是磁性铁酸盐。

10.如权利要求2至9中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性材料颗粒是直径范围在10nm至2mm的粉末、小球或碎末形式。

11.如权利要求2至10中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中供公路信号使用的组合物是涂料，优选基于水的涂料。

12.如权利要求1至11中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述多个磁性传感器包括至少三个磁性传感器，所述处理单元还适于根据来自于所述磁性传感器的代表性信号从所述总磁场中消除环境磁场。

13.如上述权利要求所述的驾驶辅助系统，其包括至少一个第四磁性传感器，并且其中所述处理单元还适于基于来自于所述磁性传感器的代表性信号，将环境磁场的变化所导致的偏差考虑在内，尤其是由于金属体的分布所导致的偏差。

14.如上述权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性传感器在基本垂直于所述交通工具的轴线的第一轴线(60)上对齐。

15.如上述权利要求所述的驾驶辅助系统，其包括至少一个附加磁性传感器，所述附加磁性传感器布置在独立于所述第一轴线的第二轴线上，以便使所述处理单元能确定所述交通工具与所述磁性条带之间的第二距离，所述处理单元基于所述第一和第二距离来确定所述交通工具相对于其在基础设施上移动方向的方位。

16.如权利要求12至15中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，还包括用于校正所述磁性传感器的装置(71，72)，所述校正装置能够产生确定数值的附加磁场，所述处理单元还适于检查磁性传感器的操作状态，并基于所述磁性传感器的所述代表性信号，消除所述磁性传感器响应中的差异。

17.如上述权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述校正系统包括电磁体。

18.如权利要求12至17中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述磁性传感器是磁阻传感器、霍尔效应传感器或电流环型传感器。

19.如权利要求12至18中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中第一和第二距离中的至少一个以及在所述磁性条带上编码的信息是由所述处理单元基于估计函数确定的，所述估计函数包括通过最小二乘法对每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi，Mgxi，Mhxi)和所述传感器的标准响应数值(fxi，gxi，hxi)进行比较，该估计函数是总磁场的函数，在所述磁性传感器的每一位置(xi)处，所述距离和所述信息的估计值是最适合于所述读取数值的数值。

20.如权利要求12至18中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其中所述第一和第二距离中的至少一个(d)以及在所述磁性条带中编码的信息(c)是基于由每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi)以及下列数值计算得出的：

-NB＝所述读取数值的中位数，

-N＝与所述中位数最远的数值相对应的、以及在位置xCN的传感器CN读取的数值，

-NA＝与所述中位数最近的数值相对应的、以及在位置xCA的传感器CA读取的数值，

根据公式：

d＝(xCN*(NA-NB)+xCA*(N-NB))/(N+NA-2*NB)，

c＝(N+NA-2*NB)。

21.一种检测装置，用于上述权利要求中任一权利要求所述的驾驶辅助系统，其包括多个磁性传感器(45)以及处理单元(50)，交所多个磁性传感器意欲布置在交通工具(20)上用于检测总磁场并产生代表所述总磁场的信号，所述总磁场包括由形成于基础设施上或基础设施中的磁性标记(30，40)所产生的磁场，所述处理单元适于处理所述代表性信号和确定所述交通工具和所述磁性标记之间的第一距离(d)，其中所述多个磁性传感器包括至少三个磁性传感器，而所述处理单元还适于基于所述代表性信号从所述总磁场中消除环境磁场。

22.如上述权利要求所述的检测装置，其包括至少一个第四磁性传感器，并且其中所述处理单元还适于基于来自于所述磁性传感器的代表性信号，将环境磁场的变化所导致的偏差考虑在内，尤其是由于金属体的分布所导致的偏差。

23.如上述权利要求所述的检测装置，其中所述磁性传感器在基本垂直于所述交通工具的轴线的第一轴线(60)上对齐。

24.如上述权利要求所述的检测装置，其包括至少一个附加磁性传感器，所述附加磁性传感器布置在独立于所述第一轴线的第二轴线上，以便使所述处理单元能确定所述交通工具与所述磁性条带之间的第二距离，所述处理单元基于所述第一和第二距离来确定所述交通工具相对于其在基础设施上移动方向的方位。

25.如权利要求21至24中任一权利要求所述的检测装置，还包括用于校正所述磁性传感器的装置(71，72)，所述校正装置能够产生确定数值的附加磁场，所述处理单元还适于检查磁性传感器的操作状态，并基于所述磁性传感器的所述代表性信号，消除所述磁性传感器响应中的差异。

26.如上述权利要求所述的检测装置，其中所述校正系统包括电磁体。

27.如权利要求21至26中任一权利要求所述的检测装置，其中所述磁性传感器是磁阻传感器、霍尔效应传感器或电流环型传感器。

28.如权利要求21至27中任一权利要求所述的检测装置，其中所述处理单元也适于解码在所述磁性标记中所编码的信息。

29.如权利要求21至28中任一权利要求所述的检测装置，其中所述处理单元基于估计函数确定第一和第二距离以及所述磁性条带上的编码信息，所述估计函数包括通过最小二乘法对每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi，Mgxi，Mhxi)和所述传感器的标准响应数值(fxi，gxi，hxi)进行比较，该估计函数是总磁场的函数，在所述磁性传感器的每一位置(xi)处，所述距离和所述信息的估计值是最适合于所述读取数值的数值。

30.如权利要求21至28中任一权利要求所述的检测装置，其中所述第一和第二距离中的至少一个(d)以及在所述磁性条带中编码的信息(c)是基于由每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi)以及下列数值计算得出的：

-NB＝所述读取数值的中位数，

-N＝与所述中位数最远的数值相对应的、以及在位置xCN的传感器CN读取的数值，

-NA＝与所述中位数最近的数值相对应的、以及在位置xCA的传感器CA读取的数值，

根据公式：

d＝(xCN*(NA-NB)+xCA*(N-NB))/(N+NA-2*NB)，

c＝(N+NA-2*NB)。

31.一种能够行驶在基础设施(10)上的交通工具(20)，所述基础设施包括磁性标记(30，40)，该磁性标记形成在所述基础设施上或所述基础设施中并且适于对用于所述交通工具的信息进行编码，所述交通工具安装有如权利要求21至30中任一权利要求所述的检测装置，所述装置能够确定至少所述交通工具和所述磁性标记之间的第一距离(d)并解码在所述磁性标记所编码的信息。

32.一种用于权利要求1至20中任一权利要求所述的驾驶辅助系统的基础设施(10)，其包括磁性标记(30，40)，形成于所述基础设施上或所述基础设施中并且适于对用于行驶在所述基础设施上的交通工具(20)的信息进行编码，所述磁性标记通过安置供公路信号使用的标记组合物来形成，所述标记组合物中加入一种或多种颗粒形式的磁性材料，这些颗粒在处于高于所述颗粒的强制磁激发场(Hc)中时能够接收顽磁，所述颗粒的顽磁适于对用于所述交通工具的信息进行编码。

33.如上述权利要求所述的基础设施，其中磁性标记的磁性材料是至少两种不同的类型，每种类型都具有一种不同的强制磁激发场，以便以不同的安全水平对用于交通工具的信息进行编码，采用具有最高强制磁激发场的磁性材料对最重要的信息进行编码。

34.如权利要求32或33所述的基础设施，其中所述磁性标记以磁性条带的形式以基本上连续的方式安置，并且其中所信息沿着所述磁性条带的长度方向以基本上规则的基本间隔(31，32)对所述信息进行编码，每个所述基本间隔具有其本身的多方向磁场。

35.如权利要求32或33所述的基础设施，其中所述磁性标记以不连续的磁性条带的形式安置，所述磁性条带以基本上规则的基本间隔形成，并且所述信息以每个规则的基本间隔被编码，每个所述基本间隔都具有其本身的多方向磁场。

36.如权利要求32至35中任一权利要求所述基础设施，其中所述多方向磁场包括沿着与所述磁性条带基本垂直但共面的方向上的第一分量。

37.如权利要求32至36中任一权利要求所述基础设施，其中所述磁性材料颗粒与树脂结合。

38.如权利要求32至37中任一权利要求所述基础设施，其中所述磁性材料是磁性铁酸盐。

39.如权利要求32至3 8中任一权利要求所述基础设施，其中所述磁性材料颗粒是直径范围在10nm至2mm的粉末、小球或碎末形式。

40.如权利要求32至39中任一权利要求所述基础设施，其中供公路信号使用的组合物是涂料，优选基于水的涂料。

41.一种用于在基础设施(10)上行驶的交通工具(20)的驾驶辅助方法，该基础设施包括磁性标记(30，40)，该磁性标记形成于所述基础设施上或所述基础设施中并且适于对用于所述交通工具的信息进行编码，所述交通工具包括所述交通工具上携带的多个检测装置和处理单元(20)，所述多个检测装置用于检测总磁场并产生代表所述总磁场的信号，所述总磁场包括由所述磁性标记生成的磁场，所述处理单元用于代表性信号，所述方法包括下列步骤：

a)采用所述多个磁性感应器测量所述总磁场，

b)利用所述处理单元基于所述代表性信号来确定在所述磁性条带上所编码的信息，

c)利用所述处理单元基于所述代表性信号来确定所述交通工具和所述磁性标记之间的第一距离(d)，

d)将所述编码信息和所述第一距离传输到形成与交通工具的驾驶员的界面的模块(55)。

42.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其中所述多个磁性传感器包括至少三个磁性传感器，所述处理单元还适于根据所述代表性信号从所述总磁场中消除环境磁场。

43.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其包括至少一个第四磁性传感器，并且所述处理单元还适于基于来自于所述磁性传感器的代表性信号，将环境磁场的变化所导致的偏差考虑在内，尤其是由于金属体的分布所导致的偏差。

44.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其中所述磁性传感器在基本垂直于所述交通工具的轴线的第一轴线(60)上对齐。

45.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其包括至少一个附加磁性传感器，所述附加磁性传感器布置在独立于所述第一轴线的第二轴线上，以便使所述处理单元能确定所述交通工具与所述磁性条带之间的第二距离，所述处理单元基于所述第一和第二距离来确定所述交通工具相对于其在基础设施上移动方向的方位。

46.如上述权利要求42至45中任一权利要求所述的驾驶辅助方法，其中所述磁性标记通过安置供公路信号使用的标记组合物来形成，所述标记组合物中加入一种或多种颗粒形式的磁性材料，所述颗粒在处于高于所述颗粒的强制磁激发场(Hc)中时能够接收顽磁，所述颗粒的顽磁适于对用于所述交通工具的信息进行编码。

47.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其中磁性标记的磁性材料是至少两种不同的类型，每种类型都具有一种不同的强制磁激发场，以便以不同的安全水平对用于交通工具的信息进行编码，采用具有最高强制磁激发场的磁性材料对最重要的信息进行编码。

48.如上述权利要求所述的驾驶辅助方法，其中第一和第二距离中的至少一个以及在所述磁性条带上编码的信息是由所述处理单元基于估计函数确定的，所述估计函数包括通过最小二乘法对每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi，Mgxi，Mhxi)和所述传感器的标准响应数值(fxi，gxi，hxi)进行比较，该估计函数是总磁场的函数，在所述磁性传感器的每一位置(xi)处，所述距离和所述信息的估计值是最适合于所述读取数值的数值。

49.如权利要求47所述的驾驶辅助方法，其中所述第一和第二距离中的至少一个(d)以及在所述磁性条带中编码的信息(c)是基于由每个磁性传感器所读取的数值(Mfxi)以及下列数值计算得出的：

-NB＝所述读取数值的中位数，

-N＝与所述中位数最远的数值相对应的、以及在位置xCN的传感器CN读取的数值，

-NA＝与所述中位数最近的数值相对应的、以及在位置xCA的传感器CA读取的数值，

根据公式：

d＝(xCN*(NA-NB)+xCA*(N-NB))/(N+NA-2*NB)，

c＝(N+NA-2*NB)。

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