JP2011525671A - 車両の誘導方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両(1)の走行中に、例えば道路(3)などの支持体に貼り付けられている高透磁率磁性材料の中の少なくとも一つの誘導要素(4)を、励磁手段(5)によって励磁する工程と、励磁の後で誘導要素(4)から発せられる信号を、検出手段(6, 7)によって検出する工程と、車両(1)を誘導するために、検出手段(6, 7)から発せられる信号を集め且つ処理する工程と、を含む車両(1)の誘導方法に関するものである。誘導要素(4)の励磁は、誘導要素の動作サイクル中に、誘導要素(4)の動作点を飽和させ又は修正するために行われ、その結果、基本周波数（ｆ_０）の波と、ハーモニックスと呼ばれる、基本周波数の値の倍数である周波数（ｎｆ_０）の波と、から成る周波数リッチ信号を発するとともに、回転励磁磁界を発生させる複数のコイル又はレーダによって、励磁が生じさせられる。

Description

本発明は、車両の誘導方法に関するものである。

自動車両誘導は、様々な技術分野に関するものである。自動車両誘導は、特に、自動車若しくは例えば排雪車などの道路工事車両の誘導、又は、産業車両の誘導に適用可能である。

道路上に一般にペイントで描かれている、例えば連続線又は不連続線などの通常の基準ランドマークは、雪で覆われるともはや見えないことから、高精度な誘導の可能性は、特に排雪車に関して有利である。上記誘導方法は、特に空港の滑走路での排雪車の誘導に応用することができる。

応用分野にもよるが、上記車両誘導は、オペレーターやドライバーを支援し、又は、オペレーターやドライバーの代わりすらすることができる。

知られている車両誘導方法の一つが、特許文献１と特許文献２とに記載されている。かかる方法は、車両が走行しているときに、例えば道路などの支持体に貼り付けられている磁性材料の中の少なくとも一つの誘導要素を、励磁手段によって励磁する工程と、励磁の後で誘導要素から発せられる信号を、検出手段によって検出する工程と、車両を誘導するために、検出手段から発せられる信号を集め且つ処理する工程と、を含んでいる。

米国特許第４８００９７８号明細書 ドイツ特許第３７２６２１２号明細書

この種のシステムの装置は、地中に存在し又は誘導要素の近くに位置する寄生性の導電要素を、完全に除外するというわけではない。

励磁手段によって電磁波が発信されると、誘導要素の近くに位置する導電要素もまた、誘導要素から発せられる波と相互作用する基本周波数の波を送り返す。

そして、検出の質に影響を及ぼすことによって誘導の精度又は信頼性に影響を及ぼす、寄生性の要素によって発せられる信号から、誘導要素によって発せられる信号を分離することは困難である。

本発明は、高精度且つ確実な車両の誘導を可能とする方法を提案することによって、これらの欠点を改善することを目的とする。

このために、本発明は、車両が走行しているとき、例えば道路などの支持体に貼り付けられる高透磁率磁性材料の中の少なくとも一つの誘導要素を、励磁手段によって励磁する工程と、励磁の後で誘導要素から発せられる信号を、検出手段によって検出する工程と、車両を誘導するために、検出手段から発せられる信号を集め且つ処理する工程と、を含み、誘導要素の励磁が、誘導要素の動作サイクル中に、当該誘導要素の動作点を飽和させ又は修正するために行われ、その結果、基本周波数の波と、ハーモニックスと呼ばれる、基本周波数の値の倍数である周波数の波と、から成る周波数リッチ（frequency-rich）信号を発するとともに、回転励磁磁界を発生させる複数のコイル又はレーダによって、励磁は行われることを特徴とする車両の誘導方法に関するものである。

「倍数」という言葉は、最も厳しい意味で解釈されるものではない。それ故に、倍数周波数の波とは、例えば、基本周波数の２倍に近い周波数を有する波であり、必ずしもかかる値に等しい周波数を有する波ではない。

上記システムによれば、地中に埋められ又は誘導要素の近くに存在する、寄生性の要素（通常は導電要素）を克服することが可能である。

基本波に対応する調和波（harmonic waves）の識別は、寄生性の導電要素から発せられる信号と、誘導要素から発せられる信号との識別及び分離を可能とする。

本発明の一特徴によれば、誘導要素は、少なくとも一つの送信コイルによって励磁される。

他の既知のタイプの電磁波発生器を用いることが可能である。

誘導要素から発せられる信号は、有利なことに、誘導要素から発せられる一つ以上のハーモニックスの周波数に同調される、少なくとも一つの受信コイルによって検出される。

本発明の一つの可能性によれば、励磁される誘導要素は、少なくとも一部が１００００を超える、好ましくは１０００００を超える相対透磁率を有する材料で形成されている。

この種の誘導要素は、低エネルギーの電磁波を用いて、飽和させることが可能である。信頼できるレスポンスを得るために、低励磁エネルギーを活用できることは、励磁手段及び検出手段を含む誘導装置の可搬性を増大させる。

また、導電要素に比べて数が少ない、地中に存在する寄生性の磁気要素は、飽和させるのが困難である。

その結果、低エネルギー波が送信されると、誘導要素だけが識別可能な波の形で応答を発する。

励磁される誘導要素は、少なくとも一部がナノ結晶材料で形成されているのが好ましい。

他のタイプの高い相対透磁率を有する磁気要素を用いることが可能であり、その場合は、厚さ約３０ミクロンのストリップの形で用いられるのが望ましい。

ナノ結晶合金は、高速度で回転するホイールで高速アニーリングによって製造される、（Ｆｅ_７４．５Ｓｉ_１３．５Ｂ９Ｎｂ_３，Ｃｕｘ）タイプの組成を有する金属、又はＦｅＺｒＢＣｕタイプの金属、又は同じような特性を有する他のタイプの金属である。

本発明の一つの特徴によれば、励磁手段及び検出手段は、誘導要素から、２０ｃｍを超える距離を置いて、好ましくは４０ｃｍを超える距離を置いて、さらに６０ｃｍを超える距離を置いて、さらに好ましくは８０ｃｍを超える距離を置いて、さらに１ｍを超える距離を置いて、車両に配置されている。

読み込み信頼性を考慮すれば、励磁手段及び検出手段を備える検出装置と、誘導要素が設けられている支持体との距離を増大させることが可能である。上記距離を置くことにより、障害物や支持体表面の凸凹がある場合、検出装置の劣化を抑制することが可能である。

本発明の一つの可能性によれば、誘導要素は、励磁されたときに軸対称の磁界を発生させるために、所定の大きさに作られる。

複数の誘導要素は、車両の走行経路に沿って支持体に貼り付けられるのが好ましい。

本発明の一つの特徴によれば、誘導要素は、例えば障害物の存在といった事象を表す、車両の走行中に検出されるコードを形成するために配置される。

いずれにせよ、本発明は、この誘導方法のいくつかの実施形態が限定されない例として示された添付の概略図を参照しつつ、下記の説明によって正確に理解される。

道路上を移動する、検出装置を備えている車両の概略図である。 検出装置のコイル又は磁力計センサの位置付けを示す概略図である。 送信器手段の構成を示すブロック図である。 検出手段の構成を示すブロック図である。 事象を表すコードを形成する誘導要素を装備する道路を説明する図である。 事象を表すコードを形成する誘導要素を装備する道路を説明する図である。 事象を表すコードを形成する誘導要素を装備する道路を説明する図である。

図１は、道路３上を走行している、検出装置２を備えている車両１を示す図である。

細長いラベル状の誘導要素４は、道路３の表面下又は表面上に直接配置されている。誘導要素４は、少なくとも１ｍの間隔を置いて配置されているとともに、ナノ結晶材料で作られている。この種の材料は、１００００を超える高透磁率を有している。誘導要素４は、例えば２枚のポリエチレンシートで表面を覆うことにより、腐食から保護されており、且つ、５００×３０ｍｍ程度の大きさで、厚さ２５μｍ程度の薄さである。横断面を長さで割った比は、材料の反磁界がストリップの磁化を妨害しないほど十分に弱くなるように選択される。

連続ストリップ状の誘導要素を用いることも可能である。

検出装置２は、車両１に組み込まれ、且つ、誘導要素の動作サイクル中に、誘導要素の動作点を飽和させ又は修正することを可能とする強度を有する電磁波を発生させ、その結果、基本周波数の波と、ハーモニックスと呼ばれる、基本周波数の値の倍数である周波数の波と、から成る周波数リッチ信号を発する、誘導要素４を励磁するための手段を備えている。より具体的には、電磁波は、磁性材料を交互に飽和させ、それによってハーモニックスを発生させる。

検出装置２は、誘導要素から発せられる信号を検出することが可能な検出手段と、車両を誘導するために、検出手段からの信号を集め且つ処理することを可能とする信号処理手段と、をさらに備えている。

検出装置の構成は、図２に概略的に示されている。

この図に示すように、励磁手段には、誘導要素４の基本励起周波数である周波数ｆ_０で、交流が流れる送信コイル５が含まれている。励磁コイルは、道路３の表面から１メートル程度の距離を置いて、車両１に配置される。

誘導要素４の寸法は、反磁界の影響に歯止めをかけるために調整される。反磁界は、各誘導要素の幾何学的特性によって生じ、且つ、外部の励磁磁界の作用を妨げる。

送信コイル５による誘導要素４の励磁に応答して、各誘導要素は、基本周波数ｆ_０ 及び倍音周波数２ｆ_０、３ｆ_０、ｎｆ_０から成る電磁波を送信するアンテナとして機能する。

本発明の一つの可能性によれば、伝送周波数ｆ_０は、５ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間に、好ましくは１０ｋＨｚ程度に設定される。

飽和させることを可能とする送信電流のレベルを弱めることなく、送信電力を減らすために、周波数ｆ_０のノッチ正弦曲線を含むパルスの形で励磁信号が送信される。正弦曲線の周期の数は、一般的にノッチの半周期当たり２００周期程度である。周期の数及び送信電力は調整可能である。

ノッチは、０と１という２つのレベルの間で変化し、且つ、周波数ｆ_０の正弦波信号の周期の倍数である周期を有する矩形信号からなっている。レベル１の期間は、送信電力を調整するために用いられる。

送信コイル１は、車両に固定したレーダ、又は、アンテナに置き換えることができる。

検出手段は、受信コイル６，７をさらに有している。

各誘導要素によって発せられる磁界を検出するために、受信コイル６，７は「シャドーゾーン」と呼ばれる区間に配置され、且つ、励起周波数ｆ_０（ハーモニックス）の倍数周波数に同調される。

シャドーゾーンは、送信コイルによって受信コイルに発生される磁界の総流量が、極めて低く標的がないときは０ですらあるゾーンとして定義される。

受信コイルに関しては、コイルは、誘導要素又はそれに直交して配置されたストリップ４によって発せられる場にむしろ反応し、且つ、受信コイル６，７の面に平行に設置されたストリップによって発せられる場にほとんど反応しないことが解明されている。

ストリップによって発せられる信号中にハーモニックスが存在する原因は、用いられる磁性材料によって引き起こされる場の非線形特性にある。下記の場合に、検出器によって用いられる周波数は、励磁信号の第２（２ｆ_０）及び第３（３ｆ_０）ハーモニックスである。他のハーモニックスを用いることが可能なのは明らかである。

磁気誘導要素４の非線形特性に加えて、縦方向の優先磁化と訳される、用いられる磁性材料の幾何をもまた、検出装置２は活用する。この特性は、誘導要素４の位置に加えて、受信コイル６，７の移動方向との関連で誘導要素４の方向性を用いることを可能にする。

このような理由により、２種類の受信コイルは区別される。

第１のタイプは、その正面が、矢印で示される車両１の走行方向に対して平行に位置するコイル７で構成される。このタイプのコイルは、走行方向と垂直に配置された誘導要素４に反応する。これらのコイル７を「横のコイル」と称する。

第２のタイプは、その正面が車両の走行方向に対して直角に位置するコイル６で構成される。横のコイル７とは異なって、これらのコイル６は、むしろ車両１の走行方向に配置された要素４により反応する。これらのコイル６を「縦のコイル」と称する。

より具体的には、検出手段は、並んで配置されるいくつかの縦のコイル６を含んでおり、コイルを用いることで、第１に、辿るべき巡回路又は道しるべの形で配置された誘導要素４の識別及び追跡が可能となり、第２に、地中に存在する、検出器を混乱させる可能性のある要素に遭遇した場合の、検出器の信頼性を向上させることが可能となる。

上述のように、受信コイル６，７は、道路３の表面から１ｍ程度の距離を置いて、配置されている。

本発明の別の可能性によれば、受信コイルを磁力計に置き換えることが可能である。

異なるコイル６，７から発せられる信号は、処理手段を用いて処理される。

これらの手段は、速度及び／又は走行距離の測定を可能とする、車両１の走行を測定するための手段に付き物である。車両は通常上記手段を備えているので、さらなる手段を用いることを必要とせずに、車両を誘導するために、処理のためのデータを検索することが可能である。

受信コイル６，７から発せられる信号を処理するための手段は、基本周波数ｆ_０の除去を可能にするハイパスフィルタを有している。

基本周波数ｆ_０の除去は、受信コイル６，７の方へ誘導要素４によって発せられる信号の測定において、送信コイル５によって誘導される乱れを減少させることを可能にする。

上記フィルタリングはまた、誘導要素４から発せられる信号と、誘導要素４の近くで地中に埋まっている寄生性の導電要素１１から発せられる信号とを識別することを可能にする。

上記フィルタからの出力では、ハーモニックスに対応する信号は、処理される前に増幅される。

この場合は、信号を処理するための２つの方法、すなわち、誘導要素４から発せられ且つ受信コイル６，７によって受信された信号をサンプリングする第１の方法、及び、受信コイル６，７によって受信されるアナログ信号を比較する第２の方法、を用いることができる。

第１の方法、すなわち誘導要素によって発せられた信号のサンプリングによれば、増幅ステップから得られた信号は、取得カードによって取得されるとともに、得られた信号の正確な内部表現を確保するために高周波でサンプリングされる。

各々の受信コイル６，７及び／又は送信コイル５から得られた信号は、同期させられる。

次いで、受信コイル６，７から得られた信号が比較され、且つ、違いが判断される。

誘導要素４に対して対称に配置されている縦の受信コイル６によって受信された信号が等しい場合には、車両１が誘導要素の中心に置かれていると判断される。

縦の受信コイル６の信号間の差が負又は正であれば、車両１が指定された方向から逸脱することを意味する。その結果、当業者は、データをどのように処理し、且つ、車両の方向転換をどのように修正するかを知る。

第２の方法、すなわち信号のアナログ処理によれば、フィルタをかけることによって処理される、各コイル６，７から得られる信号は、アナログ信号である。その結果、サンプリングによる前処理を行うことなく、アナログ信号を直接に比較することが可能となる。

このように、直交して配置されたコイル中の、誘導要素４から発せられる平均流を比較するとともに、上記誘導要素４に対する車両１の位置を推測することが可能である。特に、電磁流量が等しい場合には、コイル６が誘導要素４に対して対称に配置されていること、及び、その結果車両１が正確に適切な位置にいることを意味する。

検出装置が機能するために用いられるエネルギー源は、約５０Ａｈの電流を供給可能な車両のバッテリである。上記バッテリのパワーは、磁気誘導要素４を飽和させるのに十分である。

送信手段の機能配置は、図３に示されている。

この図に示すように、バッテリは、周期信号の発生器及び増幅器に電力を供給する。周期信号の発生器への入力時に、運転者は、対応するコイル５によって送信される信号の周波数、振幅、及び電力を選択することができる。上記発生器の出力時に、周波数ｆ_０に同調される送信コイル５を通ったときに誘導要素４を励磁するのに十分な磁界を生じさせる電流Ｉを発生させる増幅器に、生成された周期信号が送られる。

提示されたケースでは、伝達信号Ｓは次の関数によって定義される。
Ｓ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（２πｆ_０ｔ）．Ｐ（ｔ）
Ｐ（ｔ）は、励磁信号の検出によって、Ｎ周期中に送信される電力を示す０及び１の値を伴う矩形信号である。

図は、例えば約２０ｋｍ／ｈといった低速で走行している車両の場合に関するものである。より速い走行速度に対しては、用いられる磁性合金の特性に適合する高い周波数で、信号が送信される。この場合は、信号はレーダによって送信される。

その値が伝送周波数ｆ_０の関数である同調コンデンサＣは、送信コイル５と直列に配置される。Ｃの値は以下のように定義される。
Ｃ＝１／Ｌ（２πｆ_０）^２
Ｌは、送信コイルのインダクタンスである。

ここに例として記載される実施形態では、磁気誘導要素４を飽和させるのに十分な磁界を発生させるために、励磁電流は１０Ａの強さを有している。

この磁界の値は、送信コイルから１ｍの距離を置いて７．２Ａ／ｍである。

送信コイルの特性は、銅線の直径が０．８ｍｍ、コイルの直径が４００ｍｍ、巻き数が９０、インダクタンスが７．７ｍＨ、及び、抵抗が３．９Ωである。

信号受信機及び処理手段の機能配置は、図４に示されている。

この図に示すように、受信コイル６，７によって受信される信号の処理には、基本周波数にフィルタをかける工程と、増幅工程と、サンプリング工程と、ハーモニック周波数２ｆ_０及び３ｆ_０の同期検波を行う工程と、データ記憶工程と、データバンクと比較する工程と、決定する工程と、が含まれている。

受信コイル６，７は、ほぼ同じであり、銅線の直径が０．３１５ｍｍ、コイルの直径が２００ｍｍ、巻き数が７５、インダクタンスが２．４６ｍＨ、及び、抵抗が１０．６Ωという特性を有している。

図５〜図７に示すように、検出装置２は、車両１の誘導に加えて、例えば、障害物、交差点、制限速度、交通信号灯又は交通標識などの事象の検出に用いられることも可能である。

相互に分離され且つ走行経路に沿って配置された複数の誘導要素４がある場合には、検出されるべき事象８が近づいてきたときに、上記要素間の間隔を変化させることが可能であり、その結果、検出装置２によって上記配置が検出可能となる。

誘導要素４が連続線の形である場合には、事象８が近づいてきたときに、上記連続線を遮断することが可能である。これにより、検出された信号１０中に突然の変化９がもたらされるが、上記変化は容易に識別可能である。

車両１の走行方向に対して交差するように、一つ以上のストリップ１１を磁性材料に配置することも可能である。この場合、必要なのは、車両の走行方向と垂直な磁界を検出することが可能なセンサを、車両に備えることだけである。

本発明は、例として上述した本誘導方法の唯一の実施形態に限定されるものではなく、それどころかあらゆる改良型を包含することは明らかである。

本発明は、広い意味では車両に関するものであるが 、特に、例えば排雪車などの陸上自動車の誘導、又は、離陸前及び着陸後における滑走路上での地上走行段階中の航空機の誘導に応用される。

Claims (9)

1. 車両(1)の走行中に、例えば道路(3)などの支持体に貼り付けられている高透磁率磁性材料の中の少なくとも一つの誘導要素(4)を、励磁手段(5)によって励磁する工程と、
   励磁の後で上記誘導要素(4)から発せられる信号を、検出手段(6, 7)によって検出する工程と、
   上記車両(1)を誘導するために、上記検出手段(6, 7)から発せられる上記信号を集め且つ処理する工程と、を含む車両(1)の誘導方法であって、
   上記誘導要素(4)の励磁は、上記誘導要素の動作サイクル中に、上記誘導要素(4)の動作点を飽和させ又は修正するために行われ、その結果、基本周波数（ｆ_０）の波と、ハーモニックスと呼ばれる、当該基本周波数の値の倍数である周波数（ｎｆ_０）の波と、から成る周波数リッチ信号を発するとともに、回転励磁磁界を発生させる複数のコイル又はレーダによって、励磁は生じさせられることを特徴とする誘導方法。
2. 請求項１記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記誘導要素(4)は、少なくとも一つの送信コイル(5)によって励磁されることを特徴とする誘導方法。
3. 請求項１又は２記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記誘導要素(4)から発せられる上記信号は、上記誘導要素(4)から発せられる一つ以上のハーモニックスの上記周波数に同調される少なくとも一つの受信コイル(6,7)によって検出されることを特徴とする誘導方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記励磁される誘導要素(4)は、少なくとも一部が、１００００を超える相対透磁率を有する材料で形成されていることを特徴とする誘導方法。
5. 請求項４記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記励磁される誘導要素(4)は、少なくとも一部が、ナノ結晶材料で形成されていることを特徴とする誘導方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記励磁手段(5)及び上記検出手段(6, 7)は、上記誘導要素(4)から２０ｃｍを超える距離を置いて、上記車両(1)に配置されていることを特徴とする誘導方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記誘導要素(4)は、励磁されたときに、軸対称の磁界を発生させるような所定の大きさに作られていることを特徴とする誘導方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   複数の誘導要素(4)は、上記車両(1)が辿るべき上記経路に沿って、上記支持体(3)に貼り付けられることを特徴とする誘導方法。
9. 請求項８記載の車両(1)の誘導方法おいて、
   上記誘導要素(4)は、例えば障害物の存在などの事象を表す、上記車両が走行している(1)ときに検出されるコードを形成するために配置されていることを特徴とする誘導方法。

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