RU2136035C1 - Method and device for vehicle control - Google Patents

Method and device for vehicle control Download PDF

Info

Publication number
RU2136035C1
RU2136035C1 RU95108222A RU95108222A RU2136035C1 RU 2136035 C1 RU2136035 C1 RU 2136035C1 RU 95108222 A RU95108222 A RU 95108222A RU 95108222 A RU95108222 A RU 95108222A RU 2136035 C1 RU2136035 C1 RU 2136035C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coils
vehicle
cable
coil
guide cable
Prior art date
Application number
RU95108222A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95108222A (en
Inventor
Корнелл Б. Алофс
Рональд Р. Дренф
Original Assignee
Джервис Б. Уэбб Интернешнел Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джервис Б. Уэбб Интернешнел Компани filed Critical Джервис Б. Уэбб Интернешнел Компани
Priority to RU95108222A priority Critical patent/RU2136035C1/en
Publication of RU95108222A publication Critical patent/RU95108222A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2136035C1 publication Critical patent/RU2136035C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: direction of vehicle motion through electric cable laid on (under) road surface. SUBSTANCE: two detecting coils shifted relative to each other and having an X-configuration with the axes positioned at an angle of 1 to 45 deg. relative to the road surface are installed on the vehicle. Each coil reads out both the radial and circular vectors of magnetic field, whose comparison provides for determination of the value of vehicle shift relative to the control cable. EFFECT: increased "field of vision" relative to cable, measurement of the lateral shift of vehicle proceeding from the vector of electromagnetic field direction; facilitated procedure. 9 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к созданию способа и устройства для направления транспортного средства без водителя вдоль направляющего кабеля, скрытого под поверхностью дороги, а более конкретно, к использованию двух детектирующих катушек, размещенных в соответствии с X-конфигурацией на транспортном средстве, для считывания вектора направления электромагнитного поля, не зависящего от пространственной и электромагнитной величин поля, причем эта информация используется для измерения бокового смещения транспортного средства относительно направляющего кабеля, для управления транспортным средством таким образом, чтобы отслеживать направляющий кабель. The present invention relates to a method and device for guiding a vehicle without a driver along a guide cable hidden under the road surface, and more particularly, to using two detection coils placed in accordance with the X configuration on a vehicle to read the direction vector of the electromagnetic field independent of spatial and electromagnetic field values, and this information is used to measure the lateral displacement of the vehicle. guide cable to control the vehicle so as to track the guide cable.

На транспортном средстве без водителя установлены перпендикулярно размещенные катушки, которые используются для обнаружения электромагнитного поля, окружающего направляющий кабель, для осуществления автоматического направления транспортного средства без водителя вдоль направляющего кабеля. В известном устройстве обычно одна из катушек расположена вертикально, а другая катушка расположена горизонтально, или же они могут быть расположены по углом 45o к поверхности дороги (см. заявку Великобритании N 1092685, МПК G 05 D 1/02, 1967). Наведенные в катушках напряжения сравниваются и используются для определения бокового местоположения катушек относительно направляющего кабеля. Эта информация о местоположении обрабатывается и используется для управления транспортным средством.On a vehicle without a driver, perpendicularly arranged coils are installed, which are used to detect the electromagnetic field surrounding the guide cable, to automatically guide the vehicle without a driver along the guide cable. In the known device, usually one of the coils is located vertically and the other coil is horizontal, or they can be located at an angle of 45 o to the road surface (see application UK N 1092685, IPC G 05 D 1/02, 1967). The voltages induced in the coils are compared and used to determine the lateral location of the coils relative to the guide cable. This location information is processed and used to drive a vehicle.

Напряжение на выходе указанных катушек изменяется пропорционально частоте тока в направляющем кабеле, силе тока в направляющем кабеле, радиальному расстоянию от направляющего кабеля, размеру сердечника катушки, числу витков обмотки катушки и углу между основной осью катушки и линией, идущей от кабеля к центру катушки, который именуется углом бета. The voltage at the output of these coils varies in proportion to the current frequency in the guide cable, the current in the guide cable, the radial distance from the guide cable, the size of the coil core, the number of turns of the coil winding and the angle between the main axis of the coil and the line from the cable to the center of the coil, which called angle beta.

Так как каждая катушка поворачивается в плоскости, перпендикулярной кабелю, создающему электромагнитное поле, то ее выходной сигнал становится максимальным, когда сердечник катушки параллелен круговым линиям магнитного потока. Выходной сигнал катушки становится минимальным (нулевым), когда сердечник катушки перпендикулярен потоку, т.е. направлен к обмотке или от нее. Таким образом, сигнал катушки изменяется в соответствии с синусом угла бета. Since each coil rotates in a plane perpendicular to the cable generating the electromagnetic field, its output signal becomes maximum when the core of the coil is parallel to the circular lines of magnetic flux. The output signal of the coil becomes minimal (zero) when the core of the coil is perpendicular to the flow, i.e. directed towards or away from the winding. Thus, the coil signal changes in accordance with the sine of the beta angle.

Термин sin (бета) отражает отношение радиального поля к круговому, которые замеряются в каждом положении катушки и воздействуют на выходной сигнал чувствительного элемента. Поэтому различие в величинах, замеряемых двумя катушками, зависит от радиуса, соответствующих расстояний между катушками и от тока кабеля. Изменение любого из этих факторов приводит к значительным изменениям выходного сигнала. Дополнительно, в зависимости от угла бета, некоторая информация радиального и/или кругового поля, связанная с обычной аппаратурой, которая получена в результате менее чем идеального соотношения сигнал/шум, должна быть отброшена. Другим недостатком известных взаимных расположений катушек является то, что информация, обеспечиваемая катушками, указывает только приблизительное боковое смещение относительно направляющего кабеля и не представляет собой измерение расстояния бокового смещения. Поэтому коррекция управления транспортным средством может быть произведена только в направлении, противоположном смещению, причем неточно. The term sin (beta) reflects the ratio of the radial field to the circular field, which are measured in each position of the coil and affect the output signal of the sensing element. Therefore, the difference in the values measured by the two coils depends on the radius, the corresponding distances between the coils and the cable current. A change in any of these factors leads to significant changes in the output signal. Additionally, depending on the angle of beta, some radial and / or circular field information associated with conventional equipment, which is obtained as a result of a less than ideal signal-to-noise ratio, should be discarded. Another disadvantage of the known mutual arrangements of the coils is that the information provided by the coils indicates only an approximate lateral displacement relative to the guide cable and does not constitute a measurement of the lateral displacement distance. Therefore, the correction of the vehicle control can be made only in the direction opposite to the offset, and inaccurate.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства направления транспортного средства без водителя вдоль направляющего кабеля, расположенного под поверхностью дороги, которые позволяют измерять боковое отклонение транспортного средства от направляющего кабеля. An object of the present invention is to provide a method and device for guiding a vehicle without a driver along a guide cable located below the road surface, which allows measuring the lateral deviation of the vehicle from the guide cable.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства для направления транспортного средства без водителя вдоль направляющего кабеля, расположенного под поверхностью дороги, имеющего увеличенное "поле зрения" относительно кабеля по сравнению с известными устройствами. Another objective of the present invention is to provide a device for guiding a vehicle without a driver along a guide cable located below the surface of the road having an increased "field of view" relative to the cable compared to known devices.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего получать информацию смещения от центра, необходимую для управления транспортным средством без водителя, на базе измеренного бокового смещения относительно направляющего кабеля, расположенного под поверхностью дороги, причем измеренное боковое смещение определено исключительно исходя из вектора направления электромагнитного поля и не зависит от всех составляющих величины полного электромагнитного поля. Another objective of the present invention is to provide a device that allows you to obtain offset information from the center necessary for driving a vehicle without a driver, based on the measured lateral displacement relative to the guide cable located under the road surface, and the measured lateral displacement is determined solely on the basis of the direction vector of the electromagnetic field and does not depend on all components of the magnitude of the total electromagnetic field.

Способ направления транспортного средства без водителя вдоль пути, определяемого направляющим кабелем, расположенным под горизонтальной дорожной поверхностью, причем по направляющему кабелю протекает ток, создающий электромагнитное поле в пространстве, окружающем направляющий кабель, согласно настоящему изобретению содержит операции: установки монтажа первой катушки, имеющей основную ось, расположенную под углом +45 градусов относительно горизонтали указанного транспортного средства; установки второй катушки, имеющей основную ось, расположенную под углом -45 градусов относительно горизонтали указанного транспортного средства, причем оси первой и второй катушек пересекаются; считывания обоих радиального и кругового векторов поля электромагнитного поля каждой катушки; сравнение величины радиального вектора с величиной кругового вектора для установления бокового положения точки пересечения осей катушек относительно кабеля (бокового смещения транспортного средства); передачи этой информации на блок управления для управления транспортным средством. A method for guiding a vehicle without a driver along a path defined by a guide cable located under a horizontal road surface, wherein a current flows through the guide cable, creating an electromagnetic field in the space surrounding the guide cable, according to the present invention comprises the steps of: mounting a first coil having a main axis located at an angle of +45 degrees relative to the horizontal of the specified vehicle; the installation of a second coil having a main axis located at an angle of -45 degrees relative to the horizontal of the specified vehicle, and the axis of the first and second coils intersect; reading both radial and circular vectors of the electromagnetic field of each coil; comparing the magnitude of the radial vector with the magnitude of the circular vector to establish the lateral position of the point of intersection of the axes of the coils relative to the cable (lateral displacement of the vehicle); transmitting this information to a control unit for driving a vehicle.

Устройство для направления транспортного средства без водителя вдоль пути, определяемого направляющим кабелем, расположенным под дорожной поверхностью, причем по направляющему кабелю протекает ток, создающий электромагнитное поле в пространстве, окружающем направляющий кабель, содержит чувствительный элемент для обнаружения направления и величины электромагнитного поля, окружающего кабель. Чувствительный элемент образован первой и второй смещенными друг относительно друга детектирующими катушками, основные оси, в соответствии с данным изобретением, которых расположены в соответствии с X-конфигурацией на указанном транспортном средстве таким образом, что основные оси пересекаются и ориентированы на угол, соответственно +45 и -45 градусов относительно дорожной поверхности. Каждая детектирующая катушка считывает векторы как радиального, так и кругового магнитного поля в заданной точке. Предусмотрены средства, связанные с первой и второй детектирующими катушками, которые сравнивают величину радиального вектора с величиной кругового вектора, за счет чего производится измерение бокового положения (смещения) чувствительного элемента относительно направляющего кабеля. Указанные средства сравнения выполнены делящими считанный радиальный вектор электромагнитного поля на круговой вектор. Полученное отношение пропорционально горизонтальному смещению чувствительного элемента (детектирующих катушек) и является сигналом управления, подаваемым на средства управления транспортным средством. Эти средства управления могут представлять собой цифровую или аналоговую систему управления. A device for guiding a vehicle without a driver along a path defined by a guide cable located under the road surface, and a current flowing through the guide cable, creating an electromagnetic field in the space surrounding the guide cable, contains a sensing element for detecting the direction and magnitude of the electromagnetic field surrounding the cable. The sensing element is formed by the first and second detection coils offset from each other, the main axes, in accordance with this invention, which are located in accordance with the X-configuration on the specified vehicle so that the main axes intersect and are oriented at an angle of +45 and -45 degrees relative to the road surface. Each detecting coil reads vectors of both radial and circular magnetic fields at a given point. Means are provided associated with the first and second detecting coils that compare the magnitude of the radial vector with the magnitude of the circular vector, whereby the lateral position (offset) of the sensing element relative to the guide cable is measured. These comparison tools are made by dividing the read radial vector of the electromagnetic field into a circular vector. The resulting ratio is proportional to the horizontal displacement of the sensing element (detecting coils) and is a control signal supplied to the vehicle controls. These controls may be a digital or analog control system.

Детектирующие катушки могут крепиться на транспортные средства посредством монтажной платы, причем целесообразно одну из них закреплять на одной стороне платы, а другую - на противоположной. Детектирующие катушки следует размещать с зазором друг относительно друга по крайней мере на величину ее длины с тем, чтобы измеряемое одной катушкой поле не нарушалось другой катушкой. Detecting coils can be mounted on vehicles using a circuit board, and it is advisable to fix one of them on one side of the board, and the other on the opposite. Detecting coils should be placed with a gap relative to each other at least by the size of its length so that the field measured by one coil is not disturbed by the other coil.

Указанные выше особенности и преимущества настоящего изобретения без труда станут ясны из последующего детального описания предпочтительного варианта осуществления изобретения, данного со ссылками на сопроводительные чертежи. The above features and advantages of the present invention will become readily apparent from the following detailed description of a preferred embodiment of the invention, given with reference to the accompanying drawings.

На фиг. 1 показан схематически вид спереди или сзади транспортного средства без водителя, которое может направляться вдоль направляющего кабеля, расположенного под дорожной поверхностью; на фиг. 2 приведена диаграмма, на которой показаны первая и вторая катушки, установленные в соответствии с настоящим изобретением под углом +/- 45 градусов относительно горизонтали, а также линии электромагнитного поля и векторы напряжения в электромагнитном поле, созданные направляющим кабелем, по которому протекает переменный ток; на фиг. 3 приведена блок-схема, на которой показаны различные напряжения в детектирующих катушках и их преобразование в выходной сигнал измерения расстояния смещения от центра; на фиг. 4 приведена блок-схема одного из вариантов осуществления изобретения. In FIG. 1 is a schematic front or rear view of a vehicle without a driver that can be guided along a guide cable located under the road surface; in FIG. 2 is a diagram showing the first and second coils installed in accordance with the present invention at an angle of +/- 45 degrees relative to the horizontal, as well as the lines of the electromagnetic field and the voltage vectors in the electromagnetic field created by the guide cable through which the alternating current flows; in FIG. 3 is a block diagram showing various voltages in the detection coils and their conversion to an output signal for measuring the distance of the offset from the center; in FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the invention.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показан вид спереди или сзади транспортного средства 10 без водителя, которое может следовать вдоль направляющего кабеля 12, расположенного в (под) горизонтальной дорожной поверхности 14. На транспортном средстве 10 установлен чувствительный элемент 16, который содержит две детектирующие катушки 18, 20. Одна из катушек 18 установлена под углом +45 градусов относительно дорожной поверхности 14, а другая катушка 20 установлена под углом -45 градусов.Термины +45 и -45 градусов относятся к углу оси катушки или ее сердечника относительно поверхности дороги 14 или относительно горизонтали. Оси катушек 16, 18 пересекаются в направлении протекания тока. По направляющему кабелю 12 протекает переменный ток, который, если нет его возмущений, создает электромагнитное поле с круговыми магнитными линиями, которые наводят (генерируют) в катушках 18 и 20 напряжения, которые могут быть использованы для измерения бокового смещения центра транспортного средства 10 относительно направляющего кабеля 12, и последующего управления транспортным средством для его направления вдоль кабеля. Turning now to the consideration of FIG. 1, which shows a front or rear view of a vehicle 10 without a driver, which can follow a guide cable 12 located in the (under) horizontal road surface 14. A sensing element 16 is installed on the vehicle 10, which comprises two detection coils 18, 20 One of the coils 18 is installed at an angle of +45 degrees relative to the road surface 14, and the other coil 20 is installed at an angle of -45 degrees. The terms +45 and -45 degrees refer to the angle of the axis of the coil or its core relative to the surface STI road 14 or relative to the horizontal. The axis of the coils 16, 18 intersect in the direction of current flow. An alternating current flows through the guide cable 12, which, if there is no disturbance, creates an electromagnetic field with circular magnetic lines that induce (generate) voltage coils 18 and 20, which can be used to measure the lateral displacement of the center of the vehicle 10 relative to the guide cable 12, and then driving the vehicle to guide it along the cable.

Теперь с ссылками на фиг. 2-4 будет описано, каким образом осуществляется направление транспортного средства без водителя вдоль кабеля 12. Пунктирные линии на фиг. 2 показывают круговые векторы магнитного поля, окружающего направляющий кабель 12. Эти (силовые) линии поля предназначены для отображения случая, в котором вблизи от кабеля 12 нет ферромагнитных объектов или других носителей тока, которые могут нарушать поперечное круговое сечение линий поля. Положение по вертикали или высота h детектирующих катушек 18, 20 остается постоянной. Now with reference to FIG. 2-4 will be described how the direction of the vehicle without a driver is carried out along cable 12. The dashed lines in FIG. 2 show the circular vectors of the magnetic field surrounding the guide cable 12. These (power) field lines are intended to represent a case in which there are no ferromagnetic objects or other current carriers near the cable 12 that could disrupt the cross-section of the field lines. The vertical position or height h of the detection coils 18, 20 remains constant.

В результате монтажной (установочной) геометрии катушек 18, 20, когда каждая из основных осей расположена под углом +/- 45 градусов относительно горизонтали, каждая катушка создает выходное напряжение, которое является векторной суммой вертикальной и горизонтальной порций (составляющих) цилиндрического электромагнитного поля направляющего кабеля 12. Когда чувствительный элемент 16 отцентрирован над кабелем, тогда каждая катушка 18, 20 имеет одинаковые значения горизонтального и вертикального сигналов. Однако знаки сигналов противоположны, так как каждая катушка 18, 20 "видит" источник (сигнала) с разных сторон своей основной оси. Когда чувствительный элемент 16 смещен в боковом направлении влево или вправо относительно направляющего кабеля 12, выходной сигнал каждой катушки 18, 20 изменяется в функции суммы ее ориентации к горизонтальной плоскости (+/- 45 градусов) и угла ошибки Тета в вертикальной плоскости. As a result of the installation (installation) geometry of the coils 18, 20, when each of the main axes is located at an angle of +/- 45 degrees relative to the horizontal, each coil creates an output voltage, which is the vector sum of the vertical and horizontal portions (components) of the cylindrical electromagnetic field of the guide cable 12. When the sensing element 16 is centered over the cable, then each coil 18, 20 has the same horizontal and vertical signal values. However, the signs of the signals are opposite, since each coil 18, 20 "sees" the source (signal) from different sides of its main axis. When the sensing element 16 is laterally shifted left or right with respect to the guide cable 12, the output signal of each coil 18, 20 changes as a function of the sum of its orientation to the horizontal plane (+/- 45 degrees) and the theta angle in the vertical plane.

Сигнал или напряжение каждой из катушек максимальны, когда основная ось перпендикулярна к направляющему кабелю 12, и минимальны (равны нулю), когда ее основная ось направлена к направляющему кабелю (указывает на него). Так как эти катушки 18, 20 движутся в плоскости, параллельной кабелю 12, одновременно пересекая силовые линии его цилиндрического электромагнитного поля, то их выходные сигналы пропорциональны SIN (Бета обмотки 1 или 2). The signal or voltage of each of the coils is maximum when the main axis is perpendicular to the guide cable 12, and minimal (equal to zero) when its main axis is directed to the guide cable (points to it). Since these coils 18, 20 move in a plane parallel to the cable 12, while crossing the lines of force of its cylindrical electromagnetic field, their output signals are proportional to SIN (Beta winding 1 or 2).

Соответственно, истинное положение чувствительного элемента 16 или информация ошибки положения для цепи обратной связи, описанной далее, может быть найдено делением разницы радиальных векторов на сумму круговых векторов, считываемых катушками 18, 20. Истинный знак определяется тем, что сумма радиальных векторов делится на разницу круговых векторов, однако для работы фазового компаратора с контролем "безопасного управления" полярность катушек 18, 20 выбрана таким образом, что когда чувствительный элемент установлен (отцентрирован) над кабелем 12, выходной сигнал катушек смещен по фазе (расфазирован) на 180 градусов. Поэтому, когда чувствительный элемент 16 установлен над кабелем 12, векторы будут равны, но будут иметь противоположный знак, при этом радиальные векторы в числителе уничтожаются, в то время как круговые векторы удваиваются в знаменателе. Так как высота h остается положительной, т.е. чувствительный элемент 16 располагается над кабелем 12, то знаменатель никогда не достигает нуля и не вызывает неопределенности операции деления. Accordingly, the true position of the sensing element 16 or the position error information for the feedback circuit described later can be found by dividing the difference of the radial vectors by the sum of the circular vectors read by the coils 18, 20. The true sign is determined by the fact that the sum of the radial vectors is divided by the difference of the circular vectors, however, for the phase comparator to operate with the “safe control” control, the polarity of the coils 18, 20 is chosen so that when the sensitive element is mounted (centered) above the cable m 12, the output signal is shifted in phase coils (misphased) by 180 degrees. Therefore, when the sensing element 16 is installed above the cable 12, the vectors will be equal, but will have the opposite sign, while the radial vectors in the numerator are destroyed, while the circular vectors are doubled in the denominator. Since the height h remains positive, i.e. the sensing element 16 is located above the cable 12, the denominator never reaches zero and does not cause the uncertainty of the division operation.

В соответствии с фиг.2 можно записать следующие уравнения:
Сигнал обмотки 1 = K1•SIN (Бета обмотки 1)
Сигнал обмотки 2 = K2•SIN (Бета обмотки 2)
Поэтому:
Расстояние (+/- ошибка) = Высота•(Сигнал обмотки 2 + Сигнал обмотки 1)/ (Сигнал обмотки 2 - Сигнал обмотки 1).
In accordance with figure 2, you can write the following equations:
Winding signal 1 = K1 • SIN (Beta winding 1)
Winding signal 2 = K2 • SIN (Beta winding 2)
Therefore:
Distance (+/- error) = Height • (Winding signal 2 + Winding signal 1) / (Winding signal 2 - Winding signal 1).

Последующее является математическим доказательством приведенного уравнения линейного измерения. The following is a mathematical proof of the reduced linear measurement equation.

По определению:
Углы по часовой стрелке относительно вертикали положительные.
A-priory:
The clockwise angles relative to the vertical are positive.

Радиус r определен как расстояние/линия между центром катушек 18, 20 и центром кабеля 12. The radius r is defined as the distance / line between the center of the coils 18, 20 and the center of the cable 12.

Ток определен как электрический ток в обмотке. A current is defined as an electric current in a winding.

Частота определена как частота тока. Frequency is defined as current frequency.

Высота h является расстоянием по вертикали от кабеля до горизонтальной плоскости, в которой могут перемещаться катушки 18, 20. The height h is the vertical distance from the cable to the horizontal plane in which the coils 18, 20 can move.

Расстояние d(+/-) представляет собой горизонтальное расстояние от кабеля до центра катушек. The distance d (+/-) is the horizontal distance from the cable to the center of the coils.

Угол альфа катушки 1 является углом смещения от вертикали катушки 1 (+45). The angle of alpha coil 1 is the angle of offset from the vertical of coil 1 (+45).

Угол альфа катушки 2 является углом смещения от вертикали катушки 2 (-45). The angle of alpha coil 2 is the angle of offset from the vertical of coil 2 (-45).

Тета является углом ошибки между радиусом и высотой. Theta is the angle of error between radius and height.

и
K1 пропорционален току, частоте и индуктивности и обратно пропорционален радиусу.
and
K1 is proportional to current, frequency and inductance and inversely proportional to radius.

Сигнал обмотки 1 = K1•SIN (Бета обмотки 1) (уравнение 1)
Сигнал обмотки 2 = K1•SIN (Бета обмотки 2) (уравнение 2).
Winding signal 1 = K1 • SIN (Beta winding 1) (equation 1)
Winding signal 2 = K1 • SIN (Beta winding 2) (equation 2).

Из фиг. 2 можно видеть:
Бета обмотки 1 = Тета-Альфа обмотки 1
и
Бета обмотки 2 = Тета-Альфа обмотки 2,
при этом когда Тета=Альфа обмотки 1, Бета обмотки 1 приближается к нулю, а когда Тета=Альфа обмотки 2, Бета обмотки 2 приближается к нулю.
From FIG. 2 can be seen:
Beta winding 1 = Theta Alpha winding 1
and
Beta winding 2 = Theta Alpha winding 2,
in this case, when Theta = Alpha winding 1, Beta winding 1 approaches zero, and when Theta = Alpha winding 2, Beta winding 2 approaches zero.

Поэтому:
Сигнал обмотки 1 = K1•SIN (Тета-Альфа обмотки 1) (уравнение 3).
Therefore:
Winding signal 1 = K1 • SIN (Theta Alpha winding 1) (equation 3).

Сигнал обмотки 2 = K2•SIN (Тета-Альфа обмотки 2) (уравнение 4). Winding signal 2 = K2 • SIN (Theta Alpha winding 2) (equation 4).

С использованием тригонометрического тождества:
SIN(A-B)= SIN(A)•COS(B)-COS(A)•SIN(B)
уравнения 3 и 4 могут быть представлены следующим образом:
Сигнал обмотки 1 = K1•(SIN(Тета)•COS(Альфa обмотки 1) - COS (Тета)•SIN(Альфа Обмотки 1)
(уравнение 5)
Сигнал обмотки 2 = K1•(SIN(Тета)•COS(Альфa обмотки 2) - COS (Тета)•SIN (Альфа Обмотки 2)
(уравнение 6)
и так как по определению:
Альфа обмотки 1 = +45 градусов и Альфа обмотки 2 = - 45 градусов, то
SIN (Альфа обмотки 1) = COS (Альфа обмотки 1) = SIN (Альфа обмотки 2) = COS (Альфа обмотки 2),
при всех значениях, равных (Квадратному корню из 2)/2, что приблизительно равно 0,707...
Using trigonometric identity:
SIN (AB) = SIN (A) • COS (B) -COS (A) • SIN (B)
equations 3 and 4 can be represented as follows:
Signal winding 1 = K1 • (SIN (Theta) • COS (Alpha winding 1) - COS (Theta) • SIN (Alpha Winding 1)
(equation 5)
Signal winding 2 = K1 • (SIN (Theta) • COS (Alpha winding 2) - COS (Theta) • SIN (Alpha Winding 2)
(equation 6)
and since by definition:
Alpha winding 1 = +45 degrees and Alpha winding 2 = - 45 degrees, then
SIN (Alpha winding 1) = COS (Alpha winding 1) = SIN (Alpha winding 2) = COS (Alpha winding 2),
for all values equal to (Square root of 2) / 2, which is approximately equal to 0.707 ...

Из показанной на фиг.2 геометрии можно также видеть, что:
SIN (Тета) = Расстояние/Радиус = d/r
и
COS (Тета) = Высота / Радиус = h /r.
From the geometry shown in FIG. 2, it can also be seen that:
SIN (Theta) = Distance / Radius = d / r
and
COS (Theta) = Height / Radius = h / r.

Теперь уравнения 5 и 6 могут быть упрощены заменой:
Сигнал Обмотки 1 = K1•(d/h•0,707 - h/r•0,707)
Сигнал Обмотки 2 = K1•(d/h•0,707 - h/r•-0,707)
или когда
Сигнал обмотки 1 = K'•(d-h) K'= (K1•0,707/r
Сигнал обмотки 2 = K'•(d+h)
Для нахождения искомой ошибки расстояния (положения)(+/-d) относительно высоты (h) чувствительного элемента, выходные сигналы обмоток должны быть скомбинированы следующим образом:
(Сигнал обмотки 2 + Сигнал обмотки 1)/ (Сигнал обмотки 2 - Сигнал обмотки =
[K'•((d+h) +(d-h))] /[K'•((d+h)-(d-h))] =[K'•d+h+d-h]/ [K'•d+h - d-h] = 2d/2h=d/h=Расстояние/Высота.
Equations 5 and 6 can now be simplified by replacing:
Winding Signal 1 = K1 • (d / h • 0.707 - h / r • 0.707)
Winding Signal 2 = K1 • (d / h • 0.707 - h / r • -0.707)
or when
Winding signal 1 = K '• (dh) K' = (K1 • 0.707 / r
Winding signal 2 = K '• (d + h)
To find the desired error of the distance (position) (+/- d) relative to the height (h) of the sensing element, the output signals of the windings must be combined as follows:
(Signal winding 2 + Signal winding 1) / (Signal winding 2 - Signal winding =
[K '• ((d + h) + (dh))] / [K' • ((d + h) - (dh))] = [K '• d + h + dh] / [K' • d + h - dh] = 2d / 2h = d / h = Distance / Height.

Поэтому:
Расстояние (+/-ошибка) = Высота•(Сигнал обмотки 2 + Сигнал обмотки 1)/(Сигнал обмотки 2 - Сигнал обмотки 1).
Therefore:
Distance (+/- error) = Height • (Winding signal 2 + Winding signal 1) / (Winding signal 2 - Winding signal 1).

Это выражение может быть реализовано при помощи комбинации известных устройств управления транспортным средством без водителя, как это показано на блок-схеме фиг. 3. This expression can be implemented using a combination of known driverless vehicle control devices, as shown in the block diagram of FIG. 3.

Из рассмотрения фиг. 3 можно видеть, что для реализации указанного выражения требуются операции простого сложения, вычитания, умножения и деления, что может быть выполнено средствами аналоговой или цифровой электроники. Также легко могут быть выполнены дополнительные операции согласования по уровню и форме сигнала, то есть фильтрация, аналого-цифровая демодуляция и аналого-цифровые преобразования. From consideration of FIG. 3, it can be seen that the implementation of this expression requires operations of simple addition, subtraction, multiplication and division, which can be done by analog or digital electronics. Additional matching operations on the level and shape of the signal, i.e. filtering, analog-to-digital demodulation, and analog-to-digital conversions can also be easily performed.

Для использования чувствительного элемента 16 с целью сохранения знака информации, выходные сигналы катушек 18, 20 должны быть синхронно демодулированы. To use the sensing element 16 in order to preserve the sign of information, the output signals of the coils 18, 20 must be synchronously demodulated.

На фиг. 4 в виде блок-схемы иллюстрируется способ внедрения чувствительного элемента 16 с X-конфигурацией катушек в систему управления транспортного средства 10 без водителя. In FIG. 4, a flowchart illustrates a method for incorporating a sensing element 16 with an X-configuration of coils into a control system of a vehicle 10 without a driver.

На фиг. 4 представлен пример описанной ранее X-конфигурации катушек, предназначенной для транспортного средства 10, управляемого при рабочей высоте 3 дюйма над 100-миллиамперным направляющим кабелем, обеспечивающим аппаратурную ширину "безопасного управления" +/- 3 дюйма. Однако для случаев, когда высота чувствительного элемента выше или ниже, может быть использована программная характеристика "безопасного управления", описанная далее, так что чувствительный элемент 16 может перекрывать диапазон высот от 1 до 6 дюймов. При использовании АРУ цифровой блок управления может работать в диапазоне токов кабеля от 20 до 400 мА, в диапазоне высот от 1 до 6 дюймов и в диапазоне горизонтального смещения +/-12 дюймов. In FIG. Figure 4 shows an example of the previously described X-configuration of coils for a vehicle 10 controlled at a working height of 3 inches above a 100-milliampere guide cable providing a +/- 3 inch "safe control" instrument width. However, for cases where the height of the sensor is higher or lower, the “safe control” software feature described below can be used so that the sensor 16 can span a range of heights from 1 to 6 inches. When using the AGC, the digital control unit can operate in the range of cable currents from 20 to 400 mA, in the range of heights from 1 to 6 inches and in the range of horizontal displacement +/- 12 inches.

При использовании Q-фильтров верхних частот и синхронных демодуляторов отсекаются все посторонние сигналы, не синхронные по частоте и фазе. Однако одним сигналом, который не отсекается, является сигнал "обратного среза" от соседнего кабеля. Этот сигнал обратного среза может искажать электромагнитное поле, смещая нулевой уровень чувствительного элемента. Это искажение вызывает сдвиг нуля, который находится в прямо пропорциональной зависимости от расстояний чувствительного элемента до каждого из кабелей, то есть, если высота составляет 3 дюйма и обратный срез равен 24 дюймам, то нуль будет сдвинут на 3/24 единичного выходного положения (3 дюйма, умноженные на высоту 3 дюйма), или 3/24•3 = 3/8 дюйма, причем направление сдвига нуля зависит от фазы "обратного среза". На половине расстояния между двумя кабелями любой сигнал считывается как результирующий круговой вектор, при этом результат деления стремится к нулю. Линейность также падает в диапазоне от 10 до 12 дюймов в результате "обратного среза", который ближе 20 футов. По этим причинам выходной сигнал чувствительного элемента устанавливается соответствующим +/- полной шкалы при +\- 8 дюймах горизонтального перемещения. When using high-pass Q filters and synchronous demodulators, all extraneous signals that are not synchronous in frequency and phase are cut off. However, one signal that is not clipped is the “back cut” signal from the adjacent cable. This back-cut signal can distort the electromagnetic field, shifting the zero level of the sensing element. This distortion causes a zero shift, which is directly proportional to the distance of the sensor to each cable, that is, if the height is 3 inches and the back cut is 24 inches, then zero will be shifted by 3/24 of a single output position (3 inches multiplied by a height of 3 inches), or 3/24 • 3 = 3/8 inches, and the direction of the zero shift depends on the phase of the “back cut”. At half the distance between the two cables, any signal is read as the resulting circular vector, while the division result tends to zero. Linearity also falls in the range of 10 to 12 inches as a result of a “back cut” that is closer than 20 feet. For these reasons, the output of the sensor is set to +/- full scale at + \ - 8 inches of horizontal movement.

Соответственно, значительно увеличено поле зрения чувствительного элемента 16 без потери направлений левого/правого борта. Это улучшает процедуру повторного захвата "беспроводного маневра". При значительно улучшенной линейности и обеспечении токов на высоте чувствительного элемента транспортного средства все выходные сигналы обладают одинаковым соотношением +/- 8 дюймов, что обеспечивает регулировки беспроводного управления +/-4 дюйма, для учета "обратного среза" и/или для центровки (транспортного средства) в нагруженном состоянии. Accordingly, the field of view of the sensing element 16 is significantly increased without loss of port / starboard directions. This improves the re-capture procedure of the “wireless maneuver”. With significantly improved linearity and providing currents at the height of the vehicle’s sensing element, all output signals have the same ratio of +/- 8 inches, which allows for wireless control adjustments of +/- 4 inches to account for the “back cut” and / or for alignment (vehicle ) in the loaded state.

Как более широкое "поле зрения", так и хорошая линейность обеспечивают вариабильность запрограммированных пределов "безопасного управления". Эта характеристика оказалась очень полезной при контроле "беспроводного маневра", так как технические требования ANSI (Американского национального института стандартов) допускают для таких операций окно +/- 6 дюймов. Внутренние аппаратные фазовые компараторы обеспечивают первичный выходной сигнал "безопасного управления". Однако это окно не устанавливается на +/- 3 дюйма для всех высот чувствительных элементов. Both a wider "field of view" and good linearity ensure the variability of the programmed "safe control" limits. This feature turned out to be very useful in controlling the “wireless maneuver”, since the technical requirements of ANSI (American National Standards Institute) allow a +/- 6 inch window for such operations. Internal hardware phase comparators provide the primary “safe control" output signal. However, this window cannot be set to +/- 3 inches for all sensory heights.

При X-конфигурации катушек +/- окно "безопасного управления" становится равным высоте h катушек 18, 20 над проводом (направляющим кабелем), то есть для чувствительно элемента 16, установленного на высоте 3 дюйма над проводом, окно "безопасного управления" будет составлять +/- 3 дюйма и может изменяться на +/- 1/2 дюйма, если глубина провода изменяется на +/- 1/2 дюйма. Под контролем бортового микропроцессора цифровые программные средства управления обеспечивают один или два активных сигнала "безопасного управления". With the X-configuration of the coils +/-, the “safe control” window becomes equal to the height h of the coils 18, 20 above the wire (guide cable), that is, for the sensitive element 16 installed 3 inches above the wire, the “safe control” window will be +/- 3 inches and can change by +/- 1/2 inches if the wire depth changes by +/- 1/2 inches. Under the control of the on-board microprocessor, digital control software provides one or two active "safe control" signals.

Несмотря на то, что предпочтительный вид осуществления изобретения был описан детально, специалисты в данной области могут найти различные альтернативные варианты и решения для осуществления изобретения, которое определяется следующей патентной формулой. Although the preferred embodiment of the invention has been described in detail, those skilled in the art will find various alternative options and solutions for carrying out the invention, which is defined by the following patent claims.

Claims (9)

1. Способ автоматического управления транспортным средством вдоль пути, определяемого направляющим кабелем, расположенным на поверхности дороги, при котором по указанному направляющему кабелю пропускают ток, создающий электромагнитное поле в пространстве, окружающем направляющий кабель, включающий установку на транспортном средстве детектирующих катушек, считывающих указанное электромагнитное поле, отличающийся тем, что устанавливают первую катушку, имеющую основную ось, расположенную под углом +45 градусов относительно горизонтали транспортного средства, и вторую катушку, имеющую основную ось, расположенную под углом -45 градусов относительно горизонтали транспортного средства, причем оси первой и второй катушек пересекаются, считывают как радиальные, так и круговые векторы электромагнитного поля каждой катушки и сравнивают величины радиального вектора с величиной кругового вектора каждой из катушек для установления бокового положения точки пересечения осей указанных катушек относительно направляющего кабеля для определения бокового смещения транспортного средства относительно пути, информацию о котором передают на средства для управления транспортным средством. 1. A method of automatically controlling a vehicle along a path defined by a guide cable located on a road surface, in which a current is transmitted through said guide cable to create an electromagnetic field in the space surrounding the guide cable, including installing detection coils sensing said electromagnetic field on the vehicle characterized in that the first coil is installed having a main axis located at an angle of +45 degrees relative to the horizontal vehicle, and a second coil having a main axis located at an angle of -45 degrees relative to the horizontal of the vehicle, and the axes of the first and second coils intersect, read both the radial and circular vectors of the electromagnetic field of each coil and compare the magnitude of the radial vector with the magnitude of the circular the vector of each of the coils to establish the lateral position of the point of intersection of the axes of these coils relative to the guide cable to determine the lateral displacement of the transport redstva on the way, the information of which is transmitted to the means for driving the vehicle. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что установку катушек осуществляют с пространственным смещением их относительно друг друга по крайней мере на одну длину катушки. 2. The method according to claim 1, characterized in that the installation of the coils is carried out with a spatial displacement of them relative to each other by at least one length of the coil. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что боковое положение точки пересечения осей указанных катушек определяют соотношением: расстояние (+/- ошибка) = высота • (сигнал обмотки 2 + сигнал обмотки 1) / (сигнал обмотки 2 - сигнал обмотки 1), в котором: расстояние (+/-) = горизонтальному расстоянию от кабеля до точки пересечения осей катушек; высота = вертикальному расстоянию от кабеля до горизонтальной плоскости, в которой могут двигаться катушки. 3. The method according to claim 1, characterized in that the lateral position of the point of intersection of the axes of the indicated coils is determined by the ratio: distance (+/- error) = height • (winding signal 2 + winding signal 1) / (winding signal 2 - winding signal 1 ), in which: distance (+/-) = the horizontal distance from the cable to the point of intersection of the axes of the coils; height = the vertical distance from the cable to the horizontal plane in which the coils can move. 4. Устройство для автоматического управления транспортным средством вдоль пути, определяемого направляющим кабелем, расположенным под поверхностью дороги, по которому пропущен электрический ток, создающий электромагнитное поле в пространстве, окружающем направляющий кабель, содержащее чувствительный элемент для считывания направления и величины электромагнитного поля, содержащий первую и вторую смещенные друг относительно друга детектирующие катушки, средства сравнения сигналов от катушек и средства для управления транспортным средством, отличающееся тем, что детектирующие катушки установлены на транспортном средстве в соответствии с Х-конфигурацией таким образом, что их основные оси пересекают друг от друга и расположены одна под углом +45 градусов, а другая под углом -45 градусов относительно горизонтали, причем каждая детектирующая катушка считывает как радиальный, так и круговой векторы поля магнитного поля, а средства сравнения, связанные с указанными первой и второй детектирующими катушками, выполнены сравнивающими величину радиального вектора с величиной кругового вектора для определения тем самым бокового смещения чувствительного элемента относительно направляющего кабеля. 4. A device for automatically controlling a vehicle along a path defined by a guide cable located below the road surface, through which an electric current is passed, creating an electromagnetic field in the space surrounding the guide cable, containing a sensing element for reading the direction and magnitude of the electromagnetic field, containing the first and the second detecting coils offset from each other, means for comparing signals from the coils and means for controlling the transport a device, characterized in that the detection coils are mounted on the vehicle in accordance with the X-configuration so that their main axes intersect from each other and are located at an angle of +45 degrees and the other at an angle of -45 degrees relative to the horizontal, each the detecting coil reads both the radial and circular vectors of the magnetic field, and the means of comparison associated with the indicated first and second detecting coils are made comparing the magnitude of the radial vector with the magnitude circular vector to thereby determine the lateral displacement of the sensing element relative to the guide cable. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первая и вторая детектирующие катушки смещены друг относительно друга по крайней мере на величину длины катушек. 5. The device according to claim 4, characterized in that the first and second detecting coils are offset from each other by at least the length of the coils. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит монтажную плату для установки первой детектирующей катушки с одной стороны этой платы и второй детектирующей катушки на второй ее стороне, а указанная монтажная плата закреплена на транспортном средстве. 6. The device according to claim 5, characterized in that it contains a mounting plate for mounting the first detecting coil on one side of the board and the second detecting coil on its second side, and the specified mounting plate is mounted on the vehicle. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средства сравнения выполнены делящими считанный радиальный вектор электромагнитного поля на круговой вектор, причем полученное отношение пропорционально горизонтальному смещению датчика, поделенному на высоту указанного чувствительного элемента над указанным кабелем. 7. The device according to claim 4, characterized in that the means of comparison are made dividing the read radial vector of the electromagnetic field into a circular vector, and the resulting ratio is proportional to the horizontal displacement of the sensor divided by the height of the specified sensitive element above the specified cable. 8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что средства для управления транспортным средством представляют собой цифровую систему управления. 8. The device according to p. 4, characterized in that the means for controlling the vehicle are a digital control system. 9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что средства для управления транспортным средством представляют собой аналоговую систему управления. 9. The device according to p. 4, characterized in that the means for controlling the vehicle are an analog control system.
RU95108222A 1995-05-25 1995-05-25 Method and device for vehicle control RU2136035C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95108222A RU2136035C1 (en) 1995-05-25 1995-05-25 Method and device for vehicle control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95108222A RU2136035C1 (en) 1995-05-25 1995-05-25 Method and device for vehicle control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95108222A RU95108222A (en) 1997-02-10
RU2136035C1 true RU2136035C1 (en) 1999-08-27

Family

ID=20167980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95108222A RU2136035C1 (en) 1995-05-25 1995-05-25 Method and device for vehicle control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2136035C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU 1.411.713 A1, 23.07.88. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU95108222A (en) 1997-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5434781A (en) Method and apparatus for guiding a driverless vehicle using a sensor tracking a cable emitting an electromagnetic field
EP0208384A2 (en) Floor position sensing apparatus and method
CN101971470B (en) Position measurement using magnetic fields
US6971464B2 (en) Driverless vehicle guidance system and method
US6229299B1 (en) System and method for computing the angular velocity and direction of a rotational body
CA1265596A (en) Magnetic detector
US4714124A (en) Guidance system for self-guided vehicle
JPS5997005A (en) Sensor detecting magnetic field strain or measuring parameter which can be drawn out of magnetic field strain
RU2136035C1 (en) Method and device for vehicle control
JPH10105235A (en) Continuous position detecting and controlling device for traveling object
CN113272627A (en) Position sensor for long-stroke linear permanent magnet motor
US5333110A (en) Electronic magnetic compass system and method for interpreting directions of a vehicle
CA1231255A (en) Coil system for inductive measurement of the velocity of movement of a magnetized body
JPS6247241B2 (en)
KR100287834B1 (en) Method and Apparatus for Guiding a Driverless Vehicle Using a Sensor Tracking a Cable Emitting and Electromagnetic Field
JP3718751B2 (en) Method and apparatus for guiding unmanned driving vehicles
CA2150582C (en) Method and apparatus for guiding a driverless vehicle using a sensor tracking a cable emitting an electromagnetic field
JP3248467B2 (en) Vehicle position detecting device and position detecting method
AU700553B2 (en) Method and apparatus for guiding a driverless vehicle using a sensor tracking a cable emitting an electromagnetic field
HUT75399A (en) Method and apparatus for guiding a driverless vehicle
TW311210B (en)
JP3262051B2 (en) Vehicle position detecting device and position detecting method
JPS5817313A (en) Azimuth meter for vehicle
SU1332268A1 (en) Method of determining the deviation of a transport means from a free-determined trajectory
JPS6327203Y2 (en)