HUT75399A

HUT75399A - Method and apparatus for guiding a driverless vehicle

Info

Publication number: HUT75399A
Application number: HU9501511A
Authority: HU
Inventors: Cornell W Alofs; Ronald R Drenth
Original assignee: Webb Int Co Jervis B
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1997-05-28
Also published as: HU9501511D0

Abstract

A találmány tárgya eljárás és berendezés vezető nélküli járműnekvegy vízszintes útfelületbe^/fektetett, áramot vezető irányító vezeték 'jaltai meghatározott útvonal mentén történő irányítására. A berendezésnek a járműreX-szerelt első tekercse^, ennek főtengelye van, ez a__főtengely a vízszinteshez képest + 45°-os szöget zár be, a járműre\ szerelt második tekercsefennek főtengelye van, ez a főtengely a vízszinteshez képest - 45°-os aaRX— szöget zár be. Az első és második tekercs)fotengelye egymást keresztezi, és az egyes tekercsekyáí^érzékelt elektromágneses tér sugárirányú és körkörös vektorainak nagyságát összehasonlítja^ amelynek alafojan^ a tekercsek^ főtengelye keresztezési pontjának az irányító vezetékheX képesti oldalirányú helyzete, vagyis a járműnekya nyomvonalhoz képesti oldalirányú helyzete meghatározható, amely információt a járműykormányrendszeréhez juttatunk. 5The present invention relates to a method and an apparatus for directing a non-conductive vehicle or a horizontal conducting surface / current conducting conductor line along a defined path in Yalta. The device has an X-mounted front coil ^, which has a main shaft, this crankshaft at an angle of + 45 ° to the horizontal, the second coil mounted on the vehicle has a crankshaft, a crankshaft of 45 ° aaRX— angle. The photial axis of the first and second coils crosses each other and compares the magnitude of the radial and circular vectors of the electromagnetic field perceived by each coil, the alignment of the crankshaft of the coils and the lateral position of the guide wire X, i.e., the lateral position of the vehicle in relation to the track, can be determined, which information is sent to your vehicle steering system. 5

Description

A találmány tárgya berendezés és eljárás vezető nélküli jármű irányítására egy vízszintes útfelületbe fektetett irányító vezeték által meghatározott nyomvonal mentén, különösen két, X-elrendezésben a járműre szerelt érzékelő tekercsnek a használatára, elektromágneses tér vektorainak aBACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and method for guiding a driverless vehicle along a path defined by a guide wire laid on a horizontal road surface, in particular using two sensor coils mounted on the vehicle in an X arrangement.

- 2 *·*· ·· * · térbeli elektromágneses mező nagyságától függetlenül, amely információt a járműnek az irányító vezetékhez képesti oldalirányú elmozdulásának mérésére és a járműnek a nyomvonal mentén történő kormányzására használunk fel.- 2 * · * · ·· * · regardless of the size of the spatial electromagnetic field, which information is used to measure the lateral displacement of the vehicle relative to the guide wire and to steer the vehicle along the track.

Egymásra merőlegesen tekercseket szereltek egy vezető nélküli járműre, amelyek segítségével egy irányító vezetéket körülvevő elektromágneses teret érzékeltek a vezető nélküli járműnek egy vezeték mentén történő irányítására. Az ismert berendezésben az egyik tekercset függőlegesen, a másikat vízszintesen helyezték el. A tekercsekben indukált feszültségeket összehasonlították, amelynek alapján meghatározták a tekercseknek az irányító vezetékhez képesti oldalirányú helyzetét. Ezt a helyzetinformációt feldolgozták, és a jármű irányítására használták fel.Coils were mounted perpendicular to each other on a driverless vehicle, which sensed an electromagnetic field surrounding a guide wire to guide the driverless vehicle along a wire. In the known apparatus, one coil is placed vertically and the other is horizontal. The voltages induced in the coils were compared to determine the lateral position of the coils relative to the guide wire. This position information was processed and used to control the vehicle.

Az ezen tekercseken megjelenő feszültség arányosan változik az irányító vezetékben folyó áram frekvenciájával, az áram nagyságával, az irányító vezetéktől való távolsággal, a tekercsek vasmagnának méretével, a tekercsek menetszámával, valamint a tekercs főtengelye és a vezeték és a tekercs középpontja közötti egyenes által bezárt β szöggel.The voltage on these coils varies proportionally with the frequency of the current flowing in the guide wire, the amount of current, the distance from the guide wire, the size of the coil iron magnet, the number of turns, and the angle β between the crankshaft and the straight line .

Mivel mindegyik tekercs egy, az elektromágneses teret előállító vezetékre merőleges síkban forog, a kimenő feszültség akkor maximális, amikor a tekercs vasmagja párhuzamos a körkörös erővonalakkal. A kimenő feszültség akkor minimális (nulla), amikor a tekercs vasmagja a fluxusra merőleges, vagyis, amikor a vezetékre, vagy azzal ellentétes irányba mutat. így a tekercs viszonylagos hatásossága a β szög szinusza szerint változik.Because each coil rotates in a plane perpendicular to the wire generating the electromagnetic field, the output voltage is maximal when the iron core of the coil is parallel to the circular force lines. The output voltage is minimal (zero) when the iron core of the coil is perpendicular to the flux, i.e., when it is pointing at the wire or in the opposite direction. Thus, the relative efficiency of the coil varies according to the sine of the angle β.

A sin (β) az egyes tekercsek helyzetében érzékelt sugárirányú és körkörös mező arányát jellemzi. Ezért a két tekercs által érzékelt nagyságkülönbség a sugár nagyságán, az egyes tekercsek közötti távolságon és a vezetékben folyó áramon alapszik. Ezen tényezők bármelyikében bekövetkező változás jelentősen befolyásolja a kimenő jelet. Ezen túlmenően, a hagyományos berendezésben a sugárirányú és/vagy körkörös mezőinformációkat figyelmen kívül kell tartani, aminek következtében a jel-zaj viszony jóval a kívánatos alatt van. A hagyományos tekercselrendezésnek egySin (β) is the ratio of the radial and circular fields detected at the position of each coil. Therefore, the magnitude difference detected by the two coils is based on the size of the beam, the distance between the individual coils, and the current flowing in the wire. A change in any of these factors significantly affects the output signal. In addition, in conventional equipment, radial and / or circular field information must be disregarded, which results in a signal-to-noise ratio well below what is desired. One is the traditional coil arrangement

- 3 további hátránya abban van, hogy a tekercsek által leadott információ csak megközelítően jelzi az irányító vezetéktől való oldalirányú elmozdulást és nem az oldalirányú távolságot vagy mértéket adja. Ezért a jármű kormányzást csak az elmozdulással ellentétes irányban lehet korrigálni nem teljes pontossággal.A further disadvantage is that the information transmitted by the coils only approximates the lateral displacement of the guide wire and does not give the lateral distance or measure. Therefore, vehicle steering can only be corrected in the direction opposite to the direction of motion with incomplete accuracy.

A találmány elé célul tűztük ki egy berendezés kidolgozását vezető nélküli jármű irányítására egy út felületében elhelyezett irányító vezeték mentén, amely méri a járműnek az irányító vezetékhez képesti oldalirányú eltérését.It is an object of the present invention to provide an apparatus for guiding a driverless vehicle along a guide line positioned on a road surface that measures the lateral deviation of the vehicle relative to the guide line.

A találmány további célja egy berendezés kidolgozását vezető nélküli jármű irányítására egy út felületében elhelyezett irányító vezeték mentén, amely a hagyományos berendezésekhez képest nagyobb távolságból is “látja” a vezetéket.A further object of the present invention is to provide an apparatus for guiding a driverless vehicle along a guide wire located on a road surface which "sees" the wire at a greater distance than conventional devices.

A találmány további célja egy olyan berendezés kidolgozása, amelynek egymásra merőlegesen elhelyezett tekercsei vannak a középvonaltól való elmozdulás mértékét tartalmazó információ előállítására egy vezető nélküli jármű irányítására egy út felületében elhelyezett irányító vezetékhez képesti oldalirányú elmozdulás érzékelése alapján, amelynél az érzékelt oldalirányú elmozdulást kizárólag az elektromágneses tér vektorából határozzuk meg, és amely független az elektromágneses tér nagyságától.It is a further object of the present invention to provide an apparatus having coils perpendicular to one another for generating information about the degree of displacement from the center line to control a driverless vehicle based on sensing a lateral displacement relative to a guide wire on a road surface and is independent of the magnitude of the electromagnetic field.

A találmány egy még további célja egy eljárás kidolgozása egy egyetlen térbeli pontba n égy elektromágneses tér vektorának az érzékelésére egy hibajel előállítása céljából, amely egy vezető nélküli járműnek egy, az út felületébe befektetett irányító vezeték felett történő irányításának a mértékét állítja elő.It is a further object of the present invention to provide a method for detecting four electromagnetic field vectors at a single spatial point to generate a fault signal that provides a measure of the control of a driverless vehicle over a control line positioned on the road surface.

A fenti kitűzött és más célokat egy olyan berendezéssel értük el, amely vezető nélküli jármű irányítására szolgál egy vízszintes útfelületbe fektetett irányító vezeték által meghatározott nyomvonal mentén, amely vezetékben áram folyik és így a vezeték körüli térben elektromágneses tér jön létre, amely berendezésnek érzékelője van az elektromágneses tér irányának és nagyságának az érzékelésére az érzékelőnek első és második érzékelő tekercse van, amely tekercsek főtengelyükkel X-tekercses elrendezésbenThe foregoing and other objects have been achieved by a device for guiding a driverless vehicle along a path defined by a guide wire laid on a horizontal road surface, which flows in a current and thereby generates an electromagnetic field in the area around the wire. for sensing direction and magnitude of space, the sensor has first and second sensor coils, which coils with their main axis in an X-coil arrangement

- 4 vannak a járműre felszerelve oly módon, hogy a főtengelyek egymást metszik, és az útfelülethez képest lényegében ± 45°-os szöget zárnak be mindegyik érzékelő tekercs érzékeli mind a sugárirányú, mind a körkörös mezővektorokat; és az első és második érzékelő tekerccsel összeköttetésben álló eszköze van a sugárirányú vektor és a körkörös vektor nagyságának az összehasonlítására, amelynek alapján az érzékelőnek az irányító vezetékhez képesti oldalirányú helyzete meghatározott.- 4 mounted on the vehicle such that the crankshafts intersect at an angle of substantially ± 45 ° to the road surface, each sensing coil sensing both radial and circular field vectors; and means for communicating with the first and second sensor coils the magnitude of the radial vector and the circular vector, based on which the lateral position of the sensor relative to the guide wire is determined.

Az eljárás vezető nélküli jármű irányítására egy vízszintes útfelületbe fektetett irányító vezeték által meghatározott nyomvonal mentén, amely vezetékben áram folyik és így a vezeték körüli térben elektromágneses tér jön létre, az alábbi lépésekből áll:The method of guiding a driverless vehicle along a path defined by a guide wire laid on a horizontal road surface, which flows through a wire and thus generates an electromagnetic field in the area around the wire, comprises the following steps:

a járműre egy első tekercset szerelünk fel, amelynek főtengelye a vízszinteshez képest + 45°-os szöget zár be;mounting the vehicle with a front coil having a major axis at an angle of + 45 ° to the horizontal;

a járműre egy második tekercset szerelünk fel, amelynek főtengelye a vízszinteshez képest - 45°-os szöget zár be, és az első és második tekercs főtengelye egymást keresztezi;mounting a second coil on the vehicle, the main axis of which is at an angle of - 45 ° to the horizontal and the main axis of the first and second rolls intersect;

az egyes tekercsekkel érzékeljük az elektromágneses tér sugárirányú és körkörös vektorait;detecting the radial and circular vectors of the electromagnetic field with each coil;

összehasonlítjuk az egyes tekercseken a sugárirányú vektor nagyságát a körkörös vektor nagyságával, majd ennek alapján meghatározzuk a tekercsek főtengelye keresztezés! pontjának az irányító vezetékhez képesti oldalirányú helyzetét a járműnek a nyomvonalhoz képesti oldalirányú helyzetének a meghatározására; és a kapott információt a jármű kormányművéhez továbbítjuk a kormányzás céljából.comparing the magnitude of the radial vector on each coil with the magnitude of the circular vector, and then determining the intersection of the principal axis of the coils! determining the lateral position of the point of the vehicle relative to the guidance line in order to determine the lateral position of the vehicle relative to the alignment line; and transmitting the information received to the steering gear of the vehicle for steering.

A fentiekben körülírt találmány szerinti megoldást az alábbiakban a mellékelt ábrák alapján ismertetjük részletesebben, ahol azThe invention described above will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1. ábra egy vezető kábel felett vezetett, vezető nélküli jármű elejének vagy hátuljának vázlatos képe, aFigure 1 is a schematic view of the front or rear of a driverless vehicle guided over a guide cable, a

- 5 2. ábra a találmány szerint a vízszinteshez képest ± 45° alatt felszerelt első és második tekercs vázlata, valamint a váltakozó árammal táplált vezető kábel által előállított erővonalak és feszültség vektorok, aFigure 2 is a schematic diagram of the first and second windings mounted in accordance with the invention at ± 45 ° to the horizontal, and the power lines and voltage vectors generated by the AC conductor;

3. ábra az érzékelő tekercsekben a középponton kívüli helyzetben az érzékelő tekercsekben távolságot mérő jel különböző feszültségeit szemléltető tömbvázlat és aFig. 3 is a block diagram illustrating the different voltages of the signal measuring distance in the sensor coils outside the center, and

4. ábra a találmány szerinti kiviteli alak tömbvázlata.Figure 4 is a block diagram of an embodiment of the invention.

Az 1. ábrán egy vezető nélküli 10 jármű látható elölről vagy hátulról, amely egy, a vízszintes 14 útfelületbe fektetett irányító 12 vezetéket követ. A 10 járműre egy 16 érzékelő van szerelve, amely két érzékelő 18, 20 tekercsből áll. Az egyik 18 tekercs a 14 útfelülethez képest + 45° szögben van felszerelve, míg a másik 20 tekercs - 45° alatt van felszerelve. A + 45° és a - 45° szögeket a tekercsek vagy vasmagjuk tengelye és a vízszintes 14 útfelület között értjük. A 16, 18 tekercsek tengelyének metszéspontja az áramfolyás irányába esik. Az irányító 12 vezeték váltakozó áramot vezet, és elektromágneses tere zavarmentes környezetben - köralakú mágneses erővonalakat hoz létre, amely a 18, 20 tekercsekben feszültséget indukál. Ezen feszültségek segítségével mérhetjük a 10 jármű középhelyzetének az irányító 12 vezetékhez képesti oldalirányú eltérését, majd felhasználhatjuk a járműnek a 12 vezetéket követő kormányzására.Figure 1 is a front or rear view of a driverless vehicle 10 which follows a guide wire 12 laid in the horizontal road surface 14. The vehicle 10 is equipped with a sensor 16 consisting of two sensor coils 18, 20. One coil 18 is mounted at an angle of + 45 ° to the road surface 14, while the other coil 20 is mounted below - 45 °. The angles + 45 ° and - 45 ° are understood to be between the axis of the coils or their core and the horizontal road surface 14. The point of intersection of the axis of the coils 16, 18 is in the direction of current flow. The conductor 12 conducts alternating current and its electromagnetic field in an undisturbed environment generates circular magnetic power lines that induce voltage in the coils 18, 20. These voltages can be used to measure the lateral deviation of the central position of the vehicle 10 relative to the guide wire 12 and then use it to steer the vehicle following the wire 12.

A vezető nélküli 10 járműnek a 12 vezeték feletti irányítását a 2-4. ábrák kapcsán ismertetjük. A 2. ábrán látható szaggatott vonal az irányító 12 vezeték körüli mágneses tér körkörös vektorát jelképezi. Ezek az erővonalak azt az esetet ábrázolják, amikor a 12 vezeték közelében nincs ferromágneses vagy más, áramot vezető tárgy, amelyek az erővonalak körkeresztmetszetét eltorzítanák. A 18, 20 tekercsek h magassági helyzete állandó.The control of the driverless vehicle 10 over line 12 is illustrated in FIGS. 4 to 8. The dashed line in Figure 2 represents a circular vector of magnetic field around the guide wire 12. These power lines represent the case where there is no ferromagnetic or other conductive object in the vicinity of the conductor 12 which would distort the circular cross-section of the power lines. The height h of the coils 18, 20 is constant.

A 18, 20 tekercsek felszerelési geomátriájának következtében, amikor is azok főtengelye a vízszinteshez képest ± 45°-ot zár be, mindegyik 18, 20Due to the mounting geometry of the coils 18, 20, when their crankshaft closes ± 45 ° with respect to the horizontal, each of the coils 18, 20

- 6 tekercs olyan kimenő feszültséget állít elő, amely az irányító 12 vezeték hengeres elektromágneses terének vízszintes és függőleges összetevőinek vektoriális összege. Abban az esetben, ha a 16 érzékelő pontosan középen, a 12 vezeték felett van, akkor a 18, 20 tekercsek azonos vízszintes és függőleges amplitúdókat érzékelnek. Az egyes jelek előjele azonban egymással ellentétes, mivel az egyes 18, 20 tekercsek főtengelyük ellentétes oldalán érzékelik a teret. Abban az esetben, ha a 16 érzékelőt oldalirányban, az irányító 12 vezetékhez képest jobbra vagy balra elmozdítjuk, akkor az egyes 18, 20 tekercsek kimenő jele a vízszintes síkhoz képesti irányuk (± 45°) és a függőleges síkban vett Θ hibaszög összegének függvényében változik.The coil 6 generates an output voltage which is a vectorial sum of the horizontal and vertical components of the cylindrical electromagnetic field of the guide wire 12. In the case where the sensor 16 is exactly centered above the conductor 12, the coils 18, 20 will sense the same horizontal and vertical amplitudes. However, the sign of each sign is opposite, since each coil 18, 20 senses space on the opposite side of its crankshaft. When the sensor 16 is moved sideways to the right or left of the guide wire 12, the output signal of each coil 18, 20 varies as a function of its direction relative to the horizontal plane (± 45 °) and the error angle Θ in the vertical plane.

Mindegyik tekercs jele vagy feszültsége maximális abban az esetben, ha főtengelyük a 12 vezetékre merőleges, és minimális, ha főtengelyük a 12 vezetékre mutat. Mivel ezek a 18, 20 tekercsek a 12 vezetékkel párhuzamos síkban mozognak, miközben metszik a 12 vezeték által keltett hengeres elektromágneses teret, így a kimenő jelük arányos a (β tekercs 1 vagy β tekercs 2) szinuszával.Each coil has a maximum signal or voltage when its crankshaft is perpendicular to line 12 and minimal when its crankshaft points to line 12. Since these coils 18, 20 move in a plane parallel to the conductor 12 as they intersect the cylindrical electromagnetic field generated by the conductor 12, their output signal is proportional to the sine of (β coil 1 or β coil 2).

Ennek megfelelően, egy visszacsatoló hurokhoz a 16 érzékelő helyes, vagy hibás helyzetének információját úgy kapjuk, hogy 18, 20 tekercsek által érzékelt sugárirányú vektor különbséget elosztjuk a hengeres vektor összeggel. A mindenkori előjelekből következik, hogy a sugárirányú vektorok összegét osztjuk a körkörös vektorok különbségével, azonban egy, a biztonságos irányítást figyelő fáziskomparátor áramkörrel a 18, 20 tekercsek polaritását úgy választjuk meg, hogy amikor a a 16 érzékelő pontosan a 12 vezeték felett van, akkor a tekercsek kimenő jele között 180° fáziskülönbség van. így, amikor a 16 érzékelő pontosan a 12 vezeték felett van, akkor a vektorok egyenlők, de ellentétes előjelűek, a sugárirányú vektorok egymást kioltják a számlálóban, míg a körkörös vektorok megduplázódnak a nevezőben. Mivel a h magasság pozitív marad, vagyis a 16 érzékelő a 12 vezeték felett van, a nevező soha sem lesz nulla, és nem jön létre érvénytelen osztási művelet.Accordingly, for a feedback loop, the correct or incorrect position information of the sensor 16 is obtained by dividing the radial vector difference detected by the coils 18, 20 by the sum of the cylindrical vectors. It follows from the respective signs that the sum of the radial vectors is divided by the difference of the circular vectors, however, with a phase control circuitry monitoring the safety control, the polarity of the coils 18, 20 is chosen such that when the sensor 16 is there is a 180 ° phase difference between the output signal. Thus, when the sensor 16 is directly above the conductor 12, the vectors are equal but opposite signs, the radial vectors cancel each other out in the counter, and the circular vectors doubled in the denominator. Since the height h remains positive, i.e. the sensor 16 is above the lead 12, the denominator will never be zero and no invalidation operation will occur.

• ·• ·

- 7 A 2. ábra alapján a következő összefüggéseket használjuk:- 7 Based on Figure 2, we use the following relationships:

tekercs 1 jele = K1 * sin (β tekercs 1) tekercs 2 jele = K1 * sin (β tekercs 2)coil 1 sign = K1 * sin (β coil 1) coil 2 sign = K1 * sin (β coil 2)

Ezért:Therefore:

tekercs 2 jele + tekercs 1 jele távolság (± hiba) = magasság * tekercs 2 jele - tekercs 1 jelecoil 2 sign + coil 1 sign distance (± error) = height * coil 2 sign - coil 1 sign

Az alábbiakban a fenti lineáris összefüggés matematikai bizonyítását ismertetjük, ahol • a szögek az óramutató járásának irányában pozitívak;The mathematical proof of the above linear relation is given below, where: • the angles are positive clockwise;

• az r sugár a 18, 20 tekercsek középpontja és a 12 vezeték közötti légvonalban mért távolság;Radius r is the distance measured in the airline between the center of the coils 18, 20 and the conductor 12;

• az áram a vezetékben folyó villamos áram;• current is the electrical current in the line;

• frekvencia a vezetékben folyó áram frekvenciája;• Frequency is the frequency of the current flowing in the line;

• h magasság a vezetéktől a 18, 20 tekercsek mozgási síkjáig vett függőleges távolság;Height h is the vertical distance from the conductor to the plane of motion of the coils 18, 20;

• d (±) távolság a vezetéktől a tekercsek középpontjáig mért vízszintes távolság;• distance d (±) from the wire to the horizontal distance measured from the center of the coils;

• a tekercs 1 a tekercs 1-nek a függőlegeshez képesti szöge (+ 45°)• roll 1 angle of roll 1 to vertical (+ 45 °)

- 8 • a tekercs 2 a tekercs 2-nek a függőlegeshez képesti szöge (- 45°) • Θ a sugár és a magasság közötti hibaszög; és • K1 arányos az árammal, frekvenciával és az induktivitással és fordítottan arányos a sugárral.- 8 • coil 2 angle of coil 2 to vertical (- 45 °) • Θ error angle between radius and height; and • K1 is proportional to current, frequency, and inductance and inversely proportional to radius.

tekercs 1 jele = K1 * sin (β tekercs 1) [1] tekercs 2 jele = K1 * sin (β tekercs 2) [2]coil 1 sign = K1 * sin (β coil 1) [1] coil 2 sign = K1 * sin (β coil 2) [2]

A 2. ábrán látható, hogy;Figure 2 shows that;

(β tekercs 1) = Θ - a tekercs 1 és (β tekercs 2) = Θ - a tekercs 2 mivel, ha Θ = a tekercs 1, akkor β tekercs 1 nullává válik, és ha Θ = a tekercs 2, akkor β tekercs 2 nullává válik.(β coil 1) = Θ - coil 1 and (β coil 2) = Θ - coil 2 since if Θ = coil 1 then β coil 1 becomes zero and if Θ = coil 2 then β coil 2 becomes zero.

Ezért:Therefore:

tekercs 1 jele = K1 * sin (Θ - a tekercs 1) [3] tekercs 2 jele = K1 * sin (Θ - a tekercs 2) [4]coil 1 sign = K1 * sin (Θ - coil 1) [3] coil 2 sign = K1 * sin (Θ - coil 2) [4]

A sin (A-B) = sin (A) * cos (B) - cos (A) * sin (B) trigonometriai azonosság alapján a [3] és [4] egyenlet a következőképpen bővíthető:Based on the trigonometric identity sin (A-B) = sin (A) * cos (B) - cos (A) * sin (B), equations [3] and [4] can be expanded as follows:

• ·• ·

- 9 tekercs 1 jele = K1 * sin (Θ) * cos (a tekercs 1) - cos (Θ) * sin (a tekercs 1) [5] tekercs 2 jele = K1 * sin (Θ) * cos (a tekercs 2) - cos (Θ) * sin (a tekercs 2) [5]- 9 coil 1 sign = K1 * sin (Θ) * cos (a coil 1) - cos (Θ) * sin (a coil 1) [5] coil 2 sign = K1 * sin (Θ) * cos (a coil 2) ) - cos (Θ) * sin (coil 2) [5]

Mivel definíció szerint a tekercs 1 = + 45° és a tekercs 2 = - 45°, minden olyan értéknél, amely egyenlő 2/V2-vel, ami közel 0,707...-tel egyenlő.Since, by definition, the coil is 1 = + 45 ° and the coil is 2 = - 45 °, for any value equal to 2 / V2, which is approximately 0.707 ....

A 2. ábrán látható geometriából következik, hogy sin (Θ) = távolság / sugár = d / r és cos (Θ) = magasság / sugár = h / rIt follows from the geometry in Figure 2 that sin (Θ) = distance / radius = d / r and cos (Θ) = height / radius = h / r

Behelyettesítve,az [5] és [6] összefüggések leegyszerűsíthetők:Alternatively, the relationships between [5] and [6] can be simplified:

tekercs 1 jele = K1 * (d / r * 0.707 - h / r* 0,707) tekercs 2 jele = K1 * (d / r * 0.707 -hír* (-0,707)) vagy, hacoil 1 sign = K1 * (d / r * 0.707 - h / r * 0.707) coil 2 sign = K1 * (d / r * 0.707 -new * (-0.707)) or if

K' = (K1 * 0,707) / r, akkorK '= (K1 * 0.707) / r then

- 10 tekercs 1 jele = K' * (d - h) tekercs 2 jele = K' * (d + h)- 10 rolls 1 sign = K '* (d - h) roll 2 sign = K' * (d + h)

A kívánt hibatávolságot (±d) az érzékelők magasságával (h) meghatározhatjuk, ha a két tekercs kimenő jelét kombináljuk a következőképpen:The desired error distance (± d) can be determined by the height of the sensors (h) by combining the output signals of the two coils as follows:

tekercs 2 jele + tekercs 1 jele tekercs 2 jele - tekercs 1 jelecoil 2 sign + coil 1 sign coil 2 sign - coil 1 sign

K' * (d + h + d - h) 2dK '* (d + h + d - h) 2d

K' * (d + h - d + h) 2hK '* (d + h - d + h) 2h

K' *((d + h) + (d-h)) d távolság h magasságK '* ((d + h) + (d-h)) d distance h height

Ezért tekercs 2 jele + tekercs 1 jele távolság (± hiba) = magasság *tekercs 2 jele - tekercs 1 jeleTherefore, coil 2 sign + coil 1 sign distance (± error) = height * coil 2 sign - coil 1 sign

Ezt az összefüggést használjuk. Ismert eszközökkel megvalósítva egy vezető nélküli jármű kormányművében alkalmazható a 3. ábrán látható módon.We use this relation. When implemented by known means, it can be used in the steering gear of a driverless vehicle as shown in Figure 3.

A 3. ábrából kiderül az is, hogy a megoldás alkalmazásához egyszerű összeadásra, kivonásra, szorzásra és osztásra van csupán szükség, ami akár analóg akár digitális elektronikus eszközökkel megvalósítható. További műveletek, mint szűrés, váltakozó jel demodulálása, analóg-digitális átalakítás, egyszerűen megoldhatók.Figure 3 also shows that the solution requires only simple addition, subtraction, multiplication and division, which can be accomplished by either analog or digital electronic means. Other operations such as filtering, demodulation of alternating signals, and analog-to-digital conversion are easy to do.

A 16 érzékelő alkalmazásához a 18, 20 tekercsek jelét szinkrondemodulálni kell annak érdekében, hogy az előjeleket helyesen vegyük figyelembe.In order to use the sensor 16, the signals of the coils 18, 20 must be synchronously demodulated in order to properly account for the signs.

• · · · • ·• · · · • ·

- 11 A 4. ábrán látható tömbvázlat egy eljárást mutat az X-tekercses 16 érzékelőnek egy vezető nélküli 10 jármű kormányrendszerében történő alkalmazására.11 is a block diagram illustrating a method for applying the X-coil sensor 16 to the steering system of a driverless vehicle.

A 4. ábrán a fentiekben ismertetett X-tekercses elrendezést egy olyan kiviteli példában alkalmazzuk, amelynél a 10 jármű kormányzása egy 100 mA áramot vezető vezeték fölött 75 mm magasságban történik, és amelynél a biztonságos vezetési szélesség ± 75 mm. Olyan esetekben azonban, amikor az érzékelő h magasságát növelni vagy csökkenteni kell, a biztonságos vezetés alább ismertetendő összefüggéseit úgy lehet alkalmazni, hogy a 16 érzékelő könnyen átfogja a 25-150 mm magasság tartományt. AGC (automatikus erősítés szabályozás) alkalmazásával egy digitális kormányzó rendszer a vezetékben folyó 20-200 mA áramtartományt, 25-150 mm magasság tartományt, és ± 300 mm vízszintes irányú elmozdulást képes feldolgozni.In Fig. 4, the above described X-coil arrangement is used in an exemplary embodiment where the vehicle 10 is steered 75 mm above a conductor 100 mA and has a safe driving width of ± 75 mm. However, in cases where the height of the sensor h needs to be increased or decreased, the safe conducting relationships described below can be applied so that the sensor 16 easily covers the 25-150 mm height range. Using AGC (Automatic gain control), a digital steering system can process a 20-200 mA current range, a 25-150 mm height range, and a ± 300 mm horizontal displacement.

Nagy Q-jú szűrők és szinkrondemodulátorok alkalmazásával valamennyi, frekvenciájában és fázisában nem szinkronban lévő külső jelet elnyomunk. Egy jelet azonban nem nyomunk el, nevezetesen a közelben lévő ugyanazon vezeték jelét, mint például a nyomvonalban lévő visszavezetését. A visszavezetés megtorzítja az elektromágneses teret, ezáltal az érzékelő által látott nullpont eltolódik. Ez a torzítás által létrehozott nullpont eltolódás egyenesen arányos az érzékelőnek az egyes vezetékekhez képesti távolságával, vagyis, ha a h magasság 75 mm, és a visszavezetésé 600 mm, akkora nullpont eltolódás 75/600-szorosa az egységnyi kimenő helyzetnek (75 mm magasságban 75 mm), vagy (75/600) * 75 = 9,375 mm az eltolódás, a visszavezetés fázisának a függvényében. A két vezeték közötti felező távolságban minden hibás, mivel az eredő körkörös vektor, az osztó, nullává válik. A 250-300 mm tartományban megszűnik a linearitás, mivel a visszavezetés 6 m távolságban van. Ezen okoknál fogva az érzékelők kimenő jelének a ± teljes tartománya ± 200 mm vízszintes elmozdulásnál van.Using high Q filters and synchronous demodulators, all external signals that are out of sync in frequency and phase are suppressed. However, a signal is not suppressed, namely the signal of the same conductor in the vicinity, such as the reverse of the path. The recirculation distorts the electromagnetic field, thereby shifting the zero point seen by the sensor. This zero point offset created by distortion is directly proportional to the distance of the sensor to each wire, i.e., if h is 75 mm and its return is 600 mm, then the zero point offset is 75/600 times the unit output (75 mm at 75 mm) , or (75/600) * 75 = 9.375 mm as a function of displacement, recirculation phase. In the half-distance between the two wires, everything is wrong, because the resulting circular vector, the divider, becomes zero. Linearity is eliminated in the 250-300 mm range as the return is 6 m away. For these reasons, the output range of the sensors has a ± full range of ± 200 mm horizontal displacement.

Ennek megfelelően a 16 érzékelő érzékelési tartománya jelentősen megnő anélkül, hogy a jobb- és baloldali irányokat elvesztenénk. Ezáltal megjavul a “vezeték elvesztése” utáni visszatalálás művelete. A jelentősen ·«· · · ·Accordingly, the detection range of the sensor 16 is significantly increased without losing the right and left directions. This improves the recovery process after the "wire loss". The significantly · «· · · ·

- 12 megnövelt linearitás, az áramviszonyok a jármű érzékelője magasságának bevezetésével, valamennyi kimeneti érték ± 200 mm tartományban egységes arányt ad, ezáltal megjavul a vezetéken kívüli kormányzás ±100 mm-es beállítása, a visszavezetés figyelembevétele és/vagy a terhelésre történő központosítás.- 12 increased linearity with current conditions at vehicle sensor height introduction, all output values provide a uniform ratio within ± 200 mm, thereby improving ± 100 mm out-of-line steering control, feedback consideration and / or load centering.

Mind a szélesebb látási tartomány, mind a linearitás, változtathatóan programozható vezetési biztonság határokat tesz lehetővé. Ez a tulajdonság nagyon hasznosnak bizonyult a vezetéken kívüli manőverek megfigyelésénél, mivel az ANSI előírások ±150 mm vezetési biztonság ablakot engednek meg az ilyen műveletekhez. A belső fáziskomparátorok egy elsődleges ± vezetési biztonság kimenetet biztosítanak. Az ablakot azonban nem állítjuk ± 75 mm értékre valamennyi érzékelő magassághoz.Both wider vision and linearity, with variable programmable driving safety limits. This feature has proven to be very useful for monitoring off-line maneuvers, as the ANSI standards allow a driver safety window of ± 150 mm for such operations. Internal phase comparators provide a primary ± conduction safety output. However, the window is not adjusted to ± 75 mm for all sensor heights.

Az X-tekercses elrendezéssel a ± vezetési biztonság ablaka a 18, 20 tekercseknek a vezeték fölött h magasságával lesz egyenlő, vagyis, ha egy 16 érzékelőt 75 mm-re helyezünk a vezeték fölé, akkor a vezetési biztonság ablaka ± 75 mm lesz, és ± 12,5 mm-t változik, ha a vezeték mélysége ± 12,5 mm-t változik. Egy jármű mikroprocesszor vezérlésével a digitális kormányzó szoftver az egyik vagy mindkét vezetési biztonság jel jelenlétekor vezérel.With the X-coil arrangement, the ± safety window of the coils 18, 20 will be equal to the height h of the coils 18, 20 above the conductor, i.e., if a sensor 16 is placed 75 mm above the conductor, the safety window of ± Changes by 12.5 mm when the wire depth changes by ± 12.5 mm. By controlling a vehicle microprocessor, the digital steering software controls when one or both of the driving safety signals are present.

A fentiekben a találmány legelőnyösebb kiviteli alakját ismertettük részletesebben, de a szakterületen jártas szakemberek számára több változat nyilvánvaló lehet a mellékelt szabadalmi igénypontokban meghatározott találmány keretén belül.The most preferred embodiment of the invention has been described in greater detail above, but many variations may be apparent to those skilled in the art within the scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims

An apparatus for guiding a driverless vehicle along a path defined by a guide wire laid on a horizontal road surface, which flows through a line and thereby generates an electromagnetic field in the space around the line, characterized by a sensor for sensing the direction and magnitude of the electromagnetic field;

the sensor having first and second sensor coils, which coils are mounted on the vehicle in an X-coil arrangement with their crankshaft such that the crankshafts intersect at an angle of ± 45 ° to the road surface;

each sensor coil detecting both radial and circular field vectors; and means for communicating with the first and second sensor coils the magnitude of the radial vector and the circular vector, based on which the lateral position of the sensor relative to the guide wire is determined.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the first and second rolls have an iron core of a certain length and diameter and the spacing between the rolls corresponds to at least one iron core length.

Apparatus according to claim 1, characterized in that it has a mounting plate having first and second sides, a first sensor coil mounted on one side at an angle of + 45 ° and a second sensor coil mounted on the second side - 45 ° and the mounting plate is mounted on the vehicle.

Apparatus according to claim 2, characterized in that it has a comparative means for dividing the radial vector of the detected electromagnetic field by a circular vector which is proportional to

14 is the ratio of the horizontal displacement of the sensor to the height of the sensor above the conductor.

An apparatus according to claim 4, characterized in that it is associated with a means for steering the vehicle using the output signal of the comparison device.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the steering means is a digital steering system.

Device according to claim 5, characterized in that the steering device is an analog steering system.

8. A method for guiding a driverless vehicle along a path defined by a guide wire laid on a horizontal road surface in which a current flows, thereby generating an electromagnetic field in the space surrounding the wire, characterized in that a first coil is mounted on the vehicle; + 45 ° angle;

mounting a second coil on the vehicle, the main axis of which is at an angle of - 45 ° to the horizontal and the main axis of the first and second rolls intersect;

detecting the radial and circular vectors of the electromagnetic field with each coil;

comparing the magnitude of the radial vector on each coil with the magnitude of the circular vector, and then determining the intersection of the principal axis of the coils! to determine the lateral position of the vehicle relative to the guidance line.

A method according to claim 8, characterized in that the second roll is mounted at least one roll of iron core relative to the first roll.

The method of claim 9, wherein the lateral displacement information is transmitted to the steering control of the vehicle.

- 15 ··· · · ·

The method according to claim 8, characterized in that the crankshaft of the coils is intersecting! is determined by the coil 2 sign + coil 1 sign distance (± error) = height * coil 2 sign - coil 1 sign, where:

distance (+ error) = horizontal distance between the wire and the center of the coils, height = distance between the wire and the horizontal plane in which the coils move.