NL1008587C2

NL1008587C2 - Werkwijze en stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig langs een magnetisch gemarkeerde route.

Info

Publication number: NL1008587C2
Application number: NL1008587A
Authority: NL
Inventors: Dik De Bruin; Paulus Petrus Johannes V Bosch
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-14

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig langs een magnetisch gemar keerde route.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig ten opzichte van een in longitudinale richting magnetisch gemarkeerde route op een weg, waarbij het voertuig is voorzien van sensormiddelen voor het meten van componenten van het markeringsmagneetveld.

10 Voor in ontwikkeling zijnde omvangrijke voertuigen, zoals bijvoorbeeld een dubbelgelede bus met een lengte van 25 m en meervoudige, afzonderlijk stuurbare assen, is het noodzakelijk dat deze niet meer dan een bepaalde afstand, bijvoorbeeld 10 cm, afwijkt van het midden van een rijbaan bij een snelheid tot bijvoorbeeld 80 km/h. Verder 15 dient de bus binnen een laterale afstand van minder dan bijvoorbeeld 4 cm te stoppen vanaf de rand van een bushalte, zodat de passagiers gemakkelijk kunnen in- en uitstappen.

Voor een chauffeur is het vrijwel onmogelijk om een dergelijk voertuig zodanig te besturen, dat aan deze eisen tegemoet wordt 20 gekomen. Bijgevolg is een besturingssysteem noodzakelijk, waarmee het voertuig automatisch kan worden geleid.

Een essentieel onderdeel van een dergelijk besturingssysteem is een stelsel voor het meten van de laterale afwijking van het voertuig ten opzichte van bijvoorbeeld het midden van de weg.

25 In de praktijk zijn verschillende werkwijzen en stelsels voor het meten van de laterale afwijking bekend, waarbij gebruik wordt gemaakt van in of langs de weg aangebrachte markeringsmagneten. Hierbij treedt onder andere het probleem op dat het, met de sensormiddelen in het voertuig gedetecteerde magnetische veld afhankel i jk is van de detectiehoog-30 te, dat wil zeggen de hoogte van de sensormiddelen in het voertuig boven het magneetveld in de weg.

Omdat deze hoogte kan variëren, onder andere afhankelijk van het gewicht van het voertuig, dat wil zeggen de belading hiervan en oneffenheden zoals kuilen en hobbels in de weg, dienen de gemeten signalen 35 geschikt te worden verwerkt.

1 00 8587 2

Bij de meeste, in de praktijk bekende werkwijzen en stelsels waarbij de weg door permanente magneten wordt gemarkeerd, wordt de laterale afwijking bepaald uit het meten van de laterale en verticale componenten van het magneetveld. Door het combineren van deze componenten 5 in een opzoektabel wordt de afhankelijkheid van de detectiehoogte (de verticale afstand tussen de magneet en de sensor) geëlimineerd.

Een nadeel van deze werkwijze is de noodzaak voor een ingewikkelde zoektabel, waarbij voor een gewenste nauwkeurigheid interpolatie tussen de grootheden van de tabel noodzakelijk is. Voorts 10 is de maximale detectie-afstand beperkt tot ongeveer ± 25 cm en is de werkwijze gevoelig voor veranderingen in de veldsterkte van de magneten. De opzoektabel fungeert in feite voor het lineariseren van niet-lineaire vergelijkingen tussen de magneetveldcomponenten en de te bepalen laterale verplaatsing van het voertuig.

15 Door gebruik te maken van twee 3-assïge sensoren, dat wil zeggen sensoren die de longitudinale, laterale en verticale componenten van een magneetveld kunnen meten, worden de gevoel igheid voor veranderingen ~ in de magnetische veldsterkte alsmede de noodzaak voor het gebruik van een opzoektabel geëlimineerd. Een nadeel van deze werkwijze is echter dat 20 ten minste twee 3-assige sensoren vereist zijn, hetgeen de kosten van het systeem in ongunstige zin beïnvloedt.

Aan de uitvinding ligt derhalve de opgave ten grondslag een werkwijze en stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig langs een in longitudinale richting magnetisch gemarkeerde route 25 op een weg aan te geven, waarbij gebruik kan worden gemaakt van (goedkope) 2-assige magneetveldsensoren, zonder de noodzaak voor opzoektabellen en waarmee tevens het meetbereik kan worden vergroot.

De door de uitvinding verschafte werkwijze wordt gekenmerkt door de stappen van: 30 a) het verschaffen van een, met zijn symmetrie-as in ij hoofdzaak loodrecht op de weg gerangschikt rotatiesymmetrisch markerings- | magneetveld, b) het met de sensormiddelen meten en hieruit bepalen ; van longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld, 35 c) het bepalen van de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt, en 1008587 3 d) het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de betreffende longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en de longitudinale afstand.

In de werkwijze volgens de uitvinding wordt onafhanke-5 lijkheid van de detectiehoogte verkregen door de laterale afstand van het voertuig te bepalen uit de verhouding van de longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een rotatiesymmetrisch magneetveld dat met zijn 10 symmetrie-as in wezen loodrecht op het vlak van de weg is gericht. In de werkwijze volgens de uitvinding kan bijgevolg worden volstaan met 2-assige magneetveldsensoren.

Veroudering van magneten heeft geen invloed op de nauwkeurigheid van de meting, omdat de laterale afstand wordt bepaald uit 15 de verhouding van de veldcomponenten. Hierdoor hoeft ook geen gebruik te worden gemaakt van een veldsterkte-afhankelijke opzoektabel, met het daarmee gepaard gaande nadeel van interpolatie tussen waarden van de tabel.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het referentiepunt in stap c) bepaald uit het met de 20 sensormiddelen detecteren van een nuldoorgang in een component van het markeringsmagneetveld, waarbij stap b) wordt uitgevoerd op een tijdstip na het detecteren van de nuldoorgang en waarbij de longitudinale afstand van het meetpunt tot het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit de door het voertuig afgelegde weg in het tijdsinterval tussen het meten van 25 de componenten van het markeringsmagneetveld in stap b) en de detectie van de nuldoorgang aan de hand van een meting van het betreffende tijdsinterval en de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig.

Doordat in deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding gebruik kan worden gemaakt van het detecteren van een 30 nuldoorgang in een component van het magneetveld, is ook de bepaling van het referentiepunt onafhankelijk van de magnetische veldsterkte. Voor het meten van de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig kunnen o.a. op zichzelf bekende en in moderne voertuigen reeds aanwezige snelheids- en versnel 1ingsopnemers worden toegepast. De nauwkeurigheid 35 van de bepaling van de laterale afstand hangt in deze uitvoeringvorm van de uitvinding grotendeels af van de nauwkeurigheid waarmee de afgelegde 1 00 8587 4 longitudinale afstand kan worden bepaald in het tijdsinterval tussen het detecteren van de nuldoorgang c.q. het referentiepunt en het met de sensormiddelen meten van het magnetische veld voor het hieruit bepalen van de componenten van het magneetveld.

5 De laterale positie van het voertuig kan desgewenst continu c.q. quasi-continu worden bepaald, totdat de signalen verdrinken in ruis.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het referentiepunt in stap c) bepaald uit het met de 10 sensormiddelen op een eerste meetpunt van het voertuig detecteren van een nuldoorgang in een component van het markeringsmagneetveld, waarbij stap b) gesynchroniseerd met het detecteren van de nuldoorgang wordt uitgevoerd op een in longitudinale richting ten opzichte van het eerste meetpunt op : het voertuig verschoven gelegen tweede meetpunt, en waarbij de longitudina ls le afstand in stap c) wordt bepaald uit de longitudinale afstand tussen de eerste en tweede meetpunten op het voertuig.

Door te meten op twee, in langsrichting van het voertuig verschoven gelegen meetposities, waarbij de longitudinale afstand tussen de meetposities bekend is, kan de laterale afwijking worden bepaald zonder 20 gebruik te hoeven maken van snelheids- en versnel 1ingsopnemers. Ook hier geldt dat de werkwijze ongevoelig is voor veranderingen in de detectie-hoogte en de sterkte van het markeringsmagneetveld.

Door het overeenkomstig een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding zowel op het eerste 25 als het tweede meetpunt afwisselend detecteren van een nuldoorgang en het bepalen van de magneetveldcomponenten, kan de laterale afwijking van het voertuig twee keer per magneetveld worden berekend.

In het voorgaande is aangenomen dat de longitudinale en laterale meetassen van de sensormiddelen samenvallen met de longitudina-30 le en laterale componenten van het markeringsmagneetveld of vaste dan wel bekende hoeken hiermee maken. Zodanig, dat de longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld eenvoudig uit de, door de sensormiddelen gemeten componenten kunnen worden bepaald. Aangetoond kan echter worden dat het meetresultaat afhankelijk is van scheefstand tussen 35 de detectie-assen van de sensormiddelen en de magneetveldcomponenten van ] het markeringsmagneetveld.

1008587 5

Teneinde voor scheefstand te compenseren, wordt een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit het detecteren van een nuldoorgang in het verschil tussen een synchroon op 5 eerste en tweede in longitudinale richting verschoven gelegen meetpunten op het voertuig door meting bepaalde component van het markeringsmag-neetveld, waarbij stap b) gesynchroniseerd met het detecteren van de nuldoorgang wordt uitgevoerd op de eerste en tweede in longitudinale richting verschoven gelegen meetpunten op het voertuig, waarbij de 10 longitudinale afstand in stap c) wordt bepaald uit de longitudinale afstand tussen de eerste en tweede meetpunten op het voertuig en waarbij in stap d) de laterale positie van het voertuig wordt bepaald uit de verhouding van de som van de laterale componenten en het verschil van de longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld op de eerste en tweede meetpunten 15 op het voertuig en de halve longitudinale afstand tussen de eerste en tweede meetpunten op het voertuig.

Met het op deze wijze volgens de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bepalen van de laterale verplaatsing van het voertuig, kan een onbekende scheefstand in longitudinale richting volledig 20 worden gecompenseerd, welke scheefstand reeds bij kleine afwijkingshoeken kan leiden tot bijvoorbeeld voor de, in de aanhef genoemde toepassing onacceptabele fouten. Scheefstand in de laterale richting heeft nagenoeg geen of een te verwaarlozen invloed op het meetresultaat, zodat een afzonderlijke correctie hiervoor vooralsnog niet noodzakelijk is.

25 Voor het doel van de uitvinding kan de nuldoorgang in een willekeurige component van het markeringsmagneetveld worden bepaald. Bij gebruik van 2-assige sensormiddelen wordt echter bij voorkeur de nuldoorgang in de longitudinale component en/of de nuldoorgang in de laterale component van het markeringsmagneetveld gedetecteerd.

30 De uitvinding heeft tevens betrekking op een stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig ten opzichte van een in longitudinale richting magnetisch gemarkeerde route op een weg, waarbij het voertuig is voorzien van sensormiddelen voor het meten van magneetveldcomponenten, met het kenmerk, dat de sensormiddelen zijn 35 ingericht voor het meten en hieruit bepalen van het magnetisch veld in laterale en longitudinale richting ten opzichte van de route, waarbij de 1 00 8587 6 magnetische markering wordt gevormd door in of langs de weg aangebrachte rotatiesymmetrische magneetveldmiddelen waarvan de symmetrie-as in hoofdzaak loodrecht op de weg is gerangschikt, verder omvattende middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte 5 van een referentiepunt en verwerkingsmiddelen, voor het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de gemeten longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en de betreffende longitudinale afstand.

De sensormiddelen kunnen van elk op zichzelf bekend 10 type zijn, geschikt voor het langs twee orthogonale assen meten van magneetveldcomponenten, zoals bij deskundigen bekend. De verwerkingsmiddelen zijn bij voorkeur processorgestuurd, met een besturingsprogramma voor het geschikt doen functioneren van het stelsel overeenkomstig de werkwijze volgens de uitvinding.

15 In een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding zijn de sensormiddelen gekoppeld of ingericht voor het detecteren van nuldoorgangen in een component van het markeringsmagneetveld en omvatten de middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand met het voertuig gekoppelde snelheids- en versnel 1 ingsopnemers, voor het meten 20 van de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig, waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het meten van het tijdsinterval tussen het detecteren van een nuldoorgang en het meten van de magneetveldcomponenten voor het aan de hand van de gemeten snelheid en versnelling bepalen van de longitudinale afstand.

25 In deze uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding kunnen de sensormiddelen ofwel direct zijn ingericht voor het detecteren van een nuldoorgang in een component van het magneetveld of kan deze detectie worden uitgevoerd met behulp van de verwerkingsmiddelen waarop de sensormiddelen zijn aangesloten. Ook de tijdmeting kan door de 30 verwerkingsmiddelen worden uitgevoerd. De snelheid- en versnel 1 ingsopnemers kunnen van elk bekend type zijn, waarbij met voordeel gebruik kan worden gemaakt van reeds in een voertuig gemonteerde opnemers.

Een verdere uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van de 35 longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt verdere sensormiddelen omvatten die zijn gekoppeld of ingericht voor het 1 00 8587 7 detecteren van nuldoorgangen in een component van het markeringsmagneetveld en die in longitudinale richting op het voertuig verschoven zijn gelegen ten opzichte van de sensormiddelen voor het bepalen van de laterale en longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld, waarbij de 5 verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het gesynchroniseerd met het detecteren van een nuldoorgang door de sensormiddelen meten en hieruit bepalen van de laterale en longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van twee op een vaste 10 positie in langsrichting van het voertuig gemonteerde sensoren, elk gekoppeld met de verwerkingsmiddelen. Bij soortgelijke sensoren kan dan per magneetveld twee keer de laterale verplaatsing aan het voertuig worden bepaald uit het afwisselend met de ene en de andere sensor meten van respectievelijk een nuldoorgang en de longitudinale en laterale 15 magneetveldcomponenten.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een stelsel volgens de uitvinding, waarmee een onbekende scheefstand tussen de oriëntatie van het magneetveld en de aftastassen van de sensoren in longitudinale richting kan worden gecompenseerd heeft het kenmerk, dat de sensormiddelen eerste 20 en tweede in longitudinale richting op het voertuig verschoven gelegen magneetveldsensoren omvatten, waarbij de middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand middelen omvatten voor het detecteren van een nuldoorgang in het verschil tussen de, door de eerste en tweede sensor synchroon gemeten component van het markeringsmagneetveld, waarbij de 25 verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het gesynchroniseerd met het detecteren van een nuldoorgang met de eerste en tweede sensor meten en hieruit bepalen van de longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en voor het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de som van de betreffende laterale 30 componenten van het markeringsmagneetveld en het verschil van de longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld en de halve longitudinale afstand tussen de eerste en tweede sensor.

Ook nu geldt dat, in het geval van 2-assige sensormiddelen, deze slechts ingericht hoeven te zijn voor het detecteren van de 35 nuldoorgang in de longitudinale component of de laterale component van het markeringsmagneetveld. Voor de nauwkeurigheid van de meting van de 1008587 8 uitvinding kan desgewenst ook de nuldoorgang in meer dan een van de componenten van het markeringsmagneetveld worden bepaald, waaronder desgewenst ook de component in verticale richting.

Bij voorkeur worden magneetveldmiddelen in de vorm van 5 staafmagneten op onderlinge afstanden in het wegdek van een te markeren weg aangebracht, zodanig dat een voertuig een bepaalde route of spoor binnen een gewenste afwijking kan volgen. Met voordeel wordt gebruikgemaakt van permanente staafmagneten.

Voor deskundigen zal het duidelijk zijn dat de in het 10 voorgaande gebruikte termen longitudinaal en lateraal gerelateerd zijn aan de gewenste route waarlangs het voertuig moet worden geleid. Deze route kan een willekeurig pad over een fysieke weg volgen.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een voertuig, verwerkingsmiddelen en een weg, ingericht voor gebruik met de werkwijze 15 en/of het stelsel volgens de uitvinding.

De uitvinding wordt in het navolgende aan de hand van de bijgesloten tekeningen verder beschreven en verklaard.

Fig. 1 toont schematisch een cirkel symmetrische, permanente staafmagneet met een bijbehorend coördinatenstelsel.

20 Fig. 2 toont grafisch het veldsterkteverloop van een cirkel symmetrische staafmagneet in het vlak loodrecht op zijn symmetrie-as, als functie van de detectie-afstand tot de magneet.

Fig. 3 toont schematisch een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding.

25 Fig. 4 toont schematisch coördinatenstelsels van een magneetveld en sensor voor het analyseren van de invloed van scheefstand op het meetresultaat.

Fig. 5 toont een eenvoudig blokschema van een elektrische schakeling voor gebruik in een voertuig met het stelsel volgens 30 de uitvinding.

Fig. 1 toont schematisch een rotatiesymmetrische, cirkelcilindrische permanente magneet 1, met een bijbehorend cartesisch magneetcoördinatenstelsel met assen Xm, Ym en Zm.

Het magnetische veld rond een dergelijke cirkelsymmetri-35 sche permanente staafmagneet in een punt (xm, ym, zm) kan in de vrije lucht door middel van een dipool benadering worden gerepresenteerd als: ; 1008587 i 5 9

Bmx = 3ζΛ = C(xm, ym, zjxm 4 nr5

Bmy β 53ζΛ = C(Xn> ym» Zm)ym (1) 4/7Γ5 10 Bmz - (2zm2 - x,,,2 - y„z) 4/7 r5 met 15 r = xm2 + yffl2 + zm2 (2) waarin: μ = de permeabiliteit van lucht 20 Μ - het magnetische moment van de magneet = component van het magneetveld in de x-richting = component van het magneetveld in de y-richting

Broz * component van het magneetveld in de z-richting.

25 De subscriptie m geeft aan dat de grootheden zijn bepaald ten opzichte van het magneetcoördinatenstelsel met assen Xm, Ym en Zm.

Zoals getoond in fig. 1, ligt de oorsprong van het magneetcoördinatenstelsel in het midden van de magneet 1, waarbij de Zm-as 30 evenwijdig met de symmetrie-as van de magneet ligt. In de praktijk wordt de magneet in een weg aangebracht waarbij de Zro-as omhoog (verticaal), de Xro-as in de verplaatsingsrichting langs de weg (longitudinaal) en de Ym-as in de richting dwars op de verplaatsingsrichting (lateraal) wijst, overeenkomstig een rechtsdraaiend coördinatenstelsel.

35 Fig. 2 toont een grafiek van de component B,^ van het magneetveld in de yro-richting, versus de laterale afstand ym in m voor verschillende waarden van zra in m. De waarden in de figuur dienen ter illustratie. Gezien kan worden dat de laterale component van het 1008587 ίο magnetische veld sterk afhangt van de verticale afstand zm tot de magneet 1.

Uit fig. 2 is te zien dat de laterale afstand ym direct uit de laterale component van het magneetveld kan worden bepaald 5 wanneer de verticale afstand zm bekend is. Aangetoond kan worden dat de afstand tot de magneet bij de minimum en maximum waarden van gelijk is aan zm/2. Het maximale meetbereik is bijgevolg gelijk aan de afstand zB, die in praktische situaties kleiner kan zijn dan 10 cm.

Een tweede nadeel van deze werkwijze hangt samen met 10 de afhankelijkheid van B^ van zm. Omdat de sensor voor het meten van het magnetische veld aan het chassis van een voertuig dient te worden bevestigd, kan de verticale afstand zm door kuilen en hobbels in de weg en afhankelijk van de beladingstoestand van het voertuig variëren.

Beschouw de vergelijkingen (1). Door het zowel meten 15 van als B^ kunnen de genoemde nadelen worden vermeden. Uit (1) volgt dat Bmx gelijk is aan een factor C die afhangt van x„, ym en zm vermenigvuldigd met de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van de magneet en dat B^ gelijk is aan dezelfde factor C vermenigvuldigd met ym, dat wil zeggen de laterale afstand van het meetpunt tot de magneet 1.

20 De factor C kan voor een bekende longitudinale afstand

Xn. (xm * °) van het meetpunt tot de magneet 1 volgens (1) worden berekend uit:

Bmx 25 ^(X,,, ym, X,,) = (3)

Met behulp van de vergelijkingen (3) en (1) kan de laterale afstand ym van het meetpunt tot de magneet 1 dan worden berekend 30 uit: __[W___ " C(Xm> ym> Zj X|"

Onder de voorwaarden dat B^ * 0 en dat zowel B^ als B^, dat wil zeggen de longitudinale en laterale componenten van het magneetveld, op dezelfde hoogte zm worden gemeten.

1008587 35 11

De longitudinale afstand xro kan op verschillende manieren worden bepaald. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het positioneren van bakens langs de route die een tot de magneet c.q. het magneetveld bekende afstand hebben en door het voertuig kunnen worden 5 gedetecteerd en de punten langs de route bepalen waarop gemeten dient te worden.

In het bijzonder uit kostenoogpunt en betrouwbaarheid van het systeem, verdient het in de praktijk de voorkeur om de markerings-middelen zo eenvoudig mogelijk te houden, bij voorkeur beperkt tot 10 permanente magneten die langs of in een weg zijn begraven.

Beschouw nogmaals fig. 2. Uit vergelijking (1) kan worden gezien dat de longitudinale component van het magneetveld Bmx op dezelfde wijze in de longitudinale richting xm varieert als de weergegeven laterale magneetveldcomponent B^ in de laterale richting. De positie van 15 de symmetrie-as van de magneet c.q. het magneetveld kan worden gedetecteerd aan de hand van het detecteren van een nuldoorgang in de longitudinale veldcomponent Bmx. Bij de nuldoorgang volgens vergelijking (1) geldt xOT - 0. Door nu de longitudinale component B,^ na een kort tijdsinterval t na het detecteren van een nuldoorgang opnieuw te meten, kan de longitudinale 20 afstand van het meetpunt tot de nuldoorgang c.q. het referentiepunt, worden bepaald uit: xm(t) « v*t + a*t2, waarin v de longitudinale snelheid en a de longitudinale versnelling van het voertuig zijn.

Deze meting kan, na het detecteren van een nuldoorgang in Bmx continu c.q. quasi continu worden voortgezet totdat het signaal B^ 25 verdrinkt in de ruis naarmate de longitudinale afstand tot de magneet c.q. het magneetveld toeneemt, zoals geïllustreerd in fig. 2.

De nauwkeurigheid van deze meting zal in hoge mate afhangen van de nauwkeurigheid waarmee aan de hand van de snelheids- en versnellingsgegevens van het voertuig de afgelegde afstand in het 30 tijdsinterval t kan worden bepaald.

Fig. 3 illustreert een verdere werkwijze volgens de uitvinding voor het meten van de longitudinale afstand Geïllustreerd zijn een voertuig 2 voorzien van sensormiddelen in de vorm van een eerste sensor 3 en een tweede sensor 4 die op dezelfde hoogte ten opzichte van 35 een weg 5 zijn gemonteerd waarop het voertuig 2 zich in de richting van de pijl 6 voortbeweegt. De sensoren 3, 4 zijn op een voorafbepaalde, vaste 1 00 8587 12 onderlinge afstand d geplaatst. Onder het wegdek van de weg 5 bevinden zich rotatiesymmetrische magneeteenheden 1 op een onderlinge afstand D en met een daarbij aangenomen magneetcoördinatenstelsel, overeenkomstig fig. 1. De beide sensoren 3, 4 zijn gevoelig voor magneetvelden langs twee 5 orthogonale assen, waarbij in dit geval wordt aangenomen dat de gevoeligheidsassen van de sensoren evenwijdig aan de Xm respectievelijk de Ym-assen van de magneet 1 liggen. De werking is nu als volgt.

Het door de eerste sensor 3 detecteren van een nuldoorgang in de longitudinale component Bmx van het markeringsmagneetveld 10 wordt opgevat als het referentiepunt xm = 0, overeenkomstig vergelijking (1). Omdat de afstand tussen de beide sensoren 3, 4 gelijk is aan d, geldt op het moment van het detecteren van de nuldoorgang dat de afstand xm voor de tweede sensor 4 -d is. Door het nu met de tweede sensor meten van de longitudinale component Bmx en de laterale component B^ van het markerings-.. 15 magneetveld kan voor xm = -d de laterale afstand van de tweede sensor 4 : tot het magneetveld c.q. de magneet 1 worden berekend uit de verhouding van de gemeten magneetveldcomponenten en de bekende longitudinale afstand x„, = -d, volgens vergelijking (4).

Omgekeerd, wanneer de tweede sensor 4 eveneens geschikt 20 is voor het detecteren van een nuldoorgang in B^, kan de laterale positie ym ook worden bepaald uit de verhouding van de, door de sensor 3 gemeten laterale en longitudinale magneetveldcomponenten, respectievelijk B^ en Bmx op de afstand xm = d. Bijgevolg kan per magneet twee keer de laterale afwijking worden bepaald.

25 Door het gelijktijdig met de ene sensor meten van de magneetveldcomponenten op het moment dat de andere sensor een nuldoorgang in B^ detecteert, hoeft de snelheid van het voertuig 2 niet meer te worden bepaald. Hoewel in deze uitvoeringsvorm volgens de uitvinding ten minste twee sensoren nodig zijn, kan echter worden volstaan met relatief goedkope 30 sensoren die slechts in twee asrichtingen gevoelig hoeven te zijn, in het t onderhavige geval in de longitudinale (x) en de laterale (y) richtingen.

In het voorgaande is aangenomen dat de gevoel igheidsassen van de sensoren 3, 4 samenvallen met de betreffende assen van het magneetveldcoördinatenstelsel X,,,, Ymdan wel een bekende hoek hiermee maken 35 zodat de B^- en B^-componenten met eenvoudige op zichzelf algemeen bekende geometrische hoekvergelijkingen uit de door de sensormiddelen gemeten 1008587 13 componenten kunnen worden bepaald. In de praktijk zal dit, om een veelheid van redenen, meestal niet het geval zijn. De magneten 1 kunnen bijvoorbeeld met hun Zm-as onder een onbekende hoek < 90° ten opzichte van het wegdek 5 zijn gelegen en eventueel geroteerd rond hun symmetrie-as. Ook de 5 sensoren 3, 4 kunnen op onbekende wijze scheef of schuin ten opzichte van het wegdek 5 of onderling zijn gerangschikt.

Om de invloed van scheefstand van de magneten 1 op het meetresultaat te beoordelen, worden de in fig. 4 schematisch weergegeven coördinatenstelsel verondersteld. Hierbij is voor de sensoren 3, 4 een 10 sensorcoördinatenstelsel met assen Xs, Ys en Zs verondersteld. De Xs- en Ys-assen van het sensorcoördinatenstelsel vallen samen met de respectieve gevoeligheidsassen van hun sensor. Verder is een wereldcoördinatenstelsel verondersteld, met assen X„, Yw en Zw.

Voor de navolgende analyse wordt aangenomen dat het 15 wereldcoördinatenstelsel en het sensorcoördinatenstelsel samenvallen, terwijl de magneet 1 met zijn magneetcoördinatenstelsel Xni, Ym en Z„ schuin ten opzichte van het wereldcoördinatenstelsel is gerangschikt, zoals geïllustreerd. Hierbij is aangenomen dat de Ym-as van de magneet 1 samenvalt met de Yw-as van het wereldcoördinatenstelsel. Voorts worden 20 alleen rotaties van de magneet 1 rond de X,,- en Ym-assen beschouwd, omdat rotaties rond de Zm-as geen invloed hebben as gevolg van de veronderstelde rotatiesymmetrie van de magneet 1.

Met behulp van op zichzelf bekende coördinaattransforma-tietechnieken, kunnen de grootheden uit het magneetveldcoördinatenstelsel 25 worden uitgedrukt in het wereldcoördinatenstelsel overeenkomstig: . _.

ym = X Yw (5>

30 L J L J

waarin cos β 0 siηβ X = -sin oi cos β cos a sin ol cos β (6) 35 -cos a sin β -sin 0ί cos a cos β

Hierin is a de rotatiehoek van de magneet rond de Xm-as, dat wil zeggen scheefstand in laterale richting en is β de rotatiehoek van de rotatie van de magneet rond de Ym-as, dat wil zeggen scheefstand 1 00 8587 14 in longitudinale richting. Zoals uit fig. 4 kan worden gezien, is voorst aangenomen dat de oorsprong van het wereldcoördinatenstelsel en de oorsprong van het magneetcoördinatenstelsel samenvallen.

In de betreffende configuratie meten de sensoren 3, 5 4 de sterkte van het magneetveld in het wereldcoördinatenstelsel, terwijl de in het voorgaande afgeleide vergelijking (4) geldig is voor het magneetveldcoördinatenstelsel.

Aan de hand van bekende mathematische bewerkingen, kunnen de gemeten magneetveldcomponenten Bwx, en Bwz in B^, B^ en Bmz 10 worden uitgedrukt:

R R

Dwx m i Dmx -V Bw (7)

Bwz Bmz

15 L J L J

De laterale afwijking of verplaatsing kan nu worden bepaald uit de gemeten velden door (7) in (4) te substitueren, hetgeen leidt tot: 20

Bwy y = -§-*w (8) üwx 25

Als gevolg van scheefstand van de magneet 1, zal y niet exact gelijk zijn aan yw. Aangetoond kan worden dat de invloed van scheefstand van de magneet in de laterale richting (rotatie van de magneet rond XJ, dat wil zeggen 6 = 0°, slechts een geringe verschuiving van de 30 nul doorgang van het magneetveld tot gevolg heeft. Een rotatie van a = 5° leidt tot een verschuiving van 5 a 6 mm in de omgeving van de nuldoorgang. Scheefstand in de laterale richting heeft voorts nagenoeg geen invloed op de versterking van het meetsysteem.

Een rotatie van de magneet rond Ym, dat wil zeggen 35 scheefstand in de longitudinale richting met α = 0° leidt voor een rotatiehoek β = 5° al tot een afwijking groter dan 20 cm op een laterale verplaatsing yro = 50 cm. Voor de in het voorgaande genoemde praktische toepassing is dit onacceptabel. Echter, de nuldoorgang, dat wil zeggen 1 1008587 15 een laterale verplaatsing y„ = O cm kan echter wel zonder fout worden bepaald.

Uit de vergelijkingen (1), (3) en (7) kan worden afgeleid dat voor een rotatie van de magneet rond de Ym-as geldt: 5 l/3sin B(ywz + z„2 - ZxJ) + Wos β

Bw = C - r5 (9) 10 (x^in β + z„ cos B)yw

Bwy = C --- r

Uit vergelijking (9) kan worden gezien, dat door het 15 meten van de betreffende veldcomponenten op ^ = 0,5d en * -0,5d en het combineren hiervan, de laterale afwijking of verplaatsing kan worden bepaald uit: M*- = 0,5d) + B (x^ ® —0,5d) 20 y = 0,5d —--- (10)

Bwx(Xw = 0,5d) - Bwx (*, - -0,5d) hetgeen leidt tot: 25

Wos δ . v (in v » O 5d- Jw 1“; y υ,:>α 0,5dzwcos 6 30

Voor het berekenen van de laterale afstand of verplaatsing met behulp van vergelijking (10) moet worden bepaald wanneer de magneet 1 precies tussen de sensoren 3, 4 is. Dit kan worden bewerkstelligd door de nuldoorgang van het signaal Bwx(xw = 0,5d) - B^x* - -0,5d) te 35 bepalen.

Door het opnieuw gelijktijdig met het bepalen van de betreffende nuldoorgang meten en hieruit bepalen van de veldcomponenten Bwy, Bwx door de sensoren 3, 4 kan de laterale afstand of verplaatsing voor scheefstand van de magneet rond alleen de Yro-as nauwkeurig worden bepaald.

40 Bij een additionele rotatie rond de ^,-as ontstaat er een kleine afwijking zoals in het voorgaande besproken, die in het algemeen bij laterale afstanden kleiner dan 50 cm verwaarloosbaar is. Wanneer de verplaatsings- 1 00 8587 16 snelheid van het voertuig 2 bekend is, kunnen de magneetveldcomponenten ook op andere tijdstippen dan tegelijkertijd met het detecteren van een nuldoorgang worden gemeten, hetgeen echter een meer gecompliceerde meting en berekening omvat.

5 In plaats van het detecteren van een nuldoorgang in de longitudinale component van het magneetveld kan, zoals volgt uit vergelijking (9), ook detectie van de nuldoorgang in de laterale component en/of de verticale component worden uitgevoerd en/of combinaties hiervan. Voor het detecteren van de nuldoorgang in de verticale component is echter 10 een 3-assige sensor vereist.

Metingen met behulp van een AlNiCo-staafmagneet met een lengte van 10 cm en een diameter van 1,5 cm en een afstand d tussen de sensoren van 30 cm op een meethoogte zw = 35 cm hebben aangetoond dat, bij een zo goed mogelijke uitlijning tussen de sensoren en de magneet, 15 bij afwijkingen in de laterale afstand £ 50 cm fouten in de ordegrootte < 0,5 cm bereikbaar zijn.

Fig. 5 toont een vereenvoudigd elektrisch schema voor het bepalen van de laterale afstand met sensormiddelen omvattende twee sensoren 3, 4 die zijn aangesloten op elektronische verwerkingsmiddelen 20 7 in de vorm van een microprocessor μΡ of een andere geschikte elektroni sche verwerkingsinrichting onder besturing van een geschikt verwerkingsprogramma voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. Dit programma is opgeslagen in geheugenmiddelen 8 van het type Random Access Memory (RAM) en/of Read Only Memory (ROM) desgewenst van een herprogram-25 meerbaar type. De verwerkingsmiddelen 7 geven instructies af aan stuurmiddelen 9 die, in een op zichzelf bekende wijze, aangrijpen op de besturing van het voertuig 2, het stuurwiel, de remmen, het gaspedaal etc. De gehele schakeling kan uit de voedingsbron van het voertuig 2 worden gevoed of van een eigen, aparte elektrische voeding zijn voorzien. Het 30 geheel wordt in het voertuig 2 gemonteerd en kan desgewenst met communicatiemiddelen voor het op afstand communiceren zijn verbonden. Voor het doel van de uitvinding geschikte sensoren, verwerkingsmiddelen, geheugenmiddelen en besturingsmiddelen zijn op zichzelf in de praktijk bekend en behoeven voor een deskundige geen verdere toelichting.

35 Hoewel de uitvinding in het voorgaande geïllustreerd | is aan de hand van permanente magneten 1, zal het voor een deskundige 1008587 17 duidelijk zijn dat ook magneetvelden opgewekt met behulp van elektrische magneten voor het doel van de uitvinding toepasbaar zijn. Permanente magneten hebben echter voordeel vanwege hun eenvoud en vrijwel onderhoudsvrije eigenschappen en omdat veroudering van de magneten in de werkwijze 5 volgens de uitvinding een verwaarloosbare invloed hebben. Dit omdat de laterale afstand wordt berekend uit de verhouding van de magneetveldcom-ponenten, die relatief hetzelfde zullen veranderen als gevolg van ouderdom of andere invloeden zoals vervuiling op de weg en van de sensoren etc.

In plaats van met snelheids- en versnel 1 ingsopnemers 10 kan de snelheid van het voertuig ook worden berekend uit de tijd tussen nul doorgangen in de longitudinale component van het magneetveld G op een onderling bekende afstand D geplaatste magnetene 1, zoals geïllustreerd in fig. 3. De sensoren 3, 4 kunnen van een zodanig type zijn dat deze zelf nul doorgangen detecteren of dat dit via de verwerkingsmiddelen 7 gebeurt. 15 Voor een deskundige zijn vele wijzigingen en aanvullingen mogelijk, echter zonder af te wijken van het inventieve concept. Deze wijzigingen en aanvullingen worden alleen geacht te zijn omvat door de bijgevoegde conclusies.

1 00 8587

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig ten opzichte van een in longitudinale richting magnetisch 5 gemarkeerde route op een weg, waarbij het voertuig is voorzien van sensormiddelen voor het meten van componenten van het markeringsmagneet-veld, gekenmerkt door de stappen van: a) het verschaffen van een, met zijn symmetrie-as in hoofdzaak loodrecht op de weg gerangschikt rotatiesymmetrisch markerings- 10 magneetveld, b) het met de sensormiddelen meten en hieruit bepalen van longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld, c) het bepalen van de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt, en 15 d) het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de betreffende longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en de longitudinale afstand.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit het met de sensormiddelen 20 detecteren van een nuldoorgang in een component van het markeringsmagneet-veld, waarbij stap b) wordt uitgevoerd op een tijdstip na het detecteren van de nuldoorgang en waarbij de longitudinale afstand van het meetpunt tot het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit de door het voertuig afgelegde weg in het tijdsinterval tussen het meten van de componenten 25 van het markeringsmagneetveld in stap b) en de detectie van de nuldoorgang aan de hand van een meting van het betreffende tijdsinterval en de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat vanaf het detecteren van een nuldoorgang in een component van het 30 markeringsmagneetveld de laterale positie van het voertuig (quasi) continu wordt bepaald uit een (quasi) continue bepaling van de longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld, het tijdsinterval en de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 35 het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit het met de sensormiddelen op een eerste meetpunt van het voertuig detecteren van een nuldoorgang 1008587 in een component van het markeringsmagneetveld, waarbij stap b) gesynchroniseerd met het detecteren van de nul doorgang wordt uitgevoerd op een in longitudinale richting ten opzichte van het eerste meetpunt op het voertuig verschoven gelegen tweede meetpunt, waarbij de longitudinale 5 afstand in stap c) wordt bepaald uit de longitudinale afstand tussen de eerste en tweede meetpunten op het voertuig.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het detecteren van een nuldoorgang en het meten en hieruit bepalen van de magneetveldcomponenten afwisselend op de eerste en de tweede meetpunten 10 op het voertuig worden uitgevoerd.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het referentiepunt in stap c) wordt bepaald uit het detecteren van een nuldoorgang in het verschil tussen een synchroon op eerste en tweede in longitudinale richting verschoven gelegen meetpunten op het voertuig door 15 meting bepaalde component van het markeringsmagneetveld, waarbij stap b) gesynchroniseerd met het detecteren van de nuldoorgang wordt uitgevoerd op de eerste en tweede in longitudinale richting verschoven gelegen meetpunten op het voertuig, waarbij de longitudinale afstand in stap c) wordt bepaald uit de longitudinale afstand tussen de eerste en tweede 20 meetpunten op het voertuig en waarbij in stap d) de laterale positie van het voertuig wordt bepaald uit de verhouding van de som van de laterale componenten en het verschil van de longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld op de eerste en tweede meetpunten op het voertuig en de halve longitudinale afstand tussen de eerste en tweede meetpunten 25 op het voertuig.

7. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 2 tot en met 6, met het kenmerk, dat de nuldoorgang in de longitudinale component van het markeringsmagneetveld wordt gedetecteerd.

8. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 2 tot 30 en met 7, met het kenmerk, dat de nuldoorgang in de laterale component van het markeringsmagneetveld wordt gedetecteerd.

9. Stelsel voor het bepalen van de laterale positie van een voertuig ten opzichte van een in longitudinale richting magnetisch gemarkeerde route op een weg, waarbij het voertuig is voorzien van 35 sensormiddelen voor het meten van magneetveldcomponenten, met het kenmerk, dat de sensormiddelen zijn ingericht voor het meten en hieruit bepalen 1 00 8587 van componenten van het magnetisch veld in laterale en longitudinale richting ten opzichte van de route, waarbij de magnetische markering wordt gevormd door in of langs de weg aangebrachte rotatiesymmetrische magneetveldmiddelen waarvan de symmetrie-as in hoofdzaak loodrecht op de 5 weg is gerangschikt, verder omvattende middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt en verwerkingsmiddelen, voor het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de betreffende longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en de longitudinale afstand.

10 10. Stelsel volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de sensormiddelen zijn gekoppeld of ingericht voor het detecteren van een nul doorgang in een component van het markeringsmagneetveld en waarbij de middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand met het voertuig gekoppelde snelheids- en versnellingsopnemers omvatten, voor het meten 15 van de longitudinale snelheid en versnelling van het voertuig, waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het meten van het tijdsinterval tussen het detecteren van een nuldoorgang en het meten van de magneetveld-componenten voor het aan de hand van de gemeten snelheid en versnelling bepalen van de longitudinale afstand.

11. Stelsel volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand van het meetpunt ten opzichte van een referentiepunt verdere sensormiddelen omvatten die zijn gekoppeld of ingericht voor het detecteren van een nuldoorgang in een component van het markeringsmagneetveld en die in longitudinale 25 richting op het voertuig verschoven zijn gelegen ten opzichte van de sensormiddelen voor het bepalen van de laterale en longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld, waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het gesynchroniseerd met het detecteren van een nuldoorgang door de sensormiddelen meten en hieruit bepalen van de laterale 30 en longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld.

12. Stelsel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de sensormiddelen en de verdere sensormiddelen worden gevormd door een eerste en een tweede in longitudinale richting op het voertuig verschoven gelegen ! sensor, die elk zijn gekoppeld of ingericht voor het bepalen van de j 35 longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en I het detecteren van een nuldoorgang in een component van het markeringsmag- 1008587 V' * neetveld, waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het afwisselend door de eerste respectievelijk tweede sensor detecteren van een nuldoorgang en het bepalen van de magneetveldcomponenten.

13. Stelsel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de 5 sensormiddelen eerste en tweede in longitudinale richting op het voertuig verschoven gelegen magneetveldsensoren omvatten, waarbij de middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand middelen omvatten voor het detecteren van een nuldoorgang in het verschil tussen een door de eerste en tweede sensor synchroon gemeten component van het markeringsmagneetveld, 10 waarbij de verwerkingsmiddelen zijn ingericht voor het gesynchroniseerd met het detecteren van een nuldoorgang met de eerste en tweede sensor meten en hieruit bepalen van de longitudinale en laterale componenten van het markeringsmagneetveld en voor het bepalen van de laterale positie van het voertuig uit de verhouding van de som van de betreffende laterale 15 componenten van het markeringsmagneetveld en het verschil van de longitudinale componenten van het markeringsmagneetveld en de halve longitudinale afstand tussen de eerste en tweede sensor.

14. Stelsel volgens één of meer van de conclusies 10 tot en met 13, met het kenmerk, dat de sensormiddelen zijn ingericht voor het 20 detecteren van de nuldoorgang in de longitudinale component van het markeri ngsmagneetvel d.

15. Stelsel volgens één of meer van de conclusies 10 tot en met 14, met het kenmerk, dat de sensormiddelen zijn ingericht voor het detecteren van de nuldoorgang in de laterale component van het markerings- 25 magneetveld.

16. Stelsel volgens één of meer van de conclusies 9 tot en met 15, met het kenmerk, dat de magneetveldmiddelen met een onderlinge afstand gerangschikte staafmagneten zijn.

17. Voertuig, ingericht voor het automatisch geleiden 30 hiervan langs een in longitudinale richting magnetisch gemarkeerde route op een weg, omvattende sensormiddelen voor het meten van componenten van het markeringsmagneetveld, middelen voor het bepalen van de longitudinale afstand van een meetpunt ten opzichte van een referentiepunt en verwerkingsmiddelen, ingericht voor het uitvoeren van de werkwijze volgens 35 één of meer van de conclusies 1 tot en met 8 en voor toepassing in een stelsel volgens één of meer van de conclusies 9 tot en met 16. 1 00 8587

18. Verwerkingsmiddelen ingericht voor het uitvoeren van een werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1 tot en met 8 en gebruik in een stelsel en voertuig volgens een of meer van de conclusies 9 tot en met 17.

19. Weg, ingericht voor gebruik in een werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 8 en een stelsel volgens één of meer van de conclusies 9 tot en met 17, omvattende magnetische markeringsmiddelen, met het kenmerk, dat de magnetische markeringsmiddelen in de weg gelegen rotatiesymmetrische staafmagneten omvatten.

20. Weg volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de staafmagneten permanente magneten zijn. i i i 1008587