磁性式車輛位置檢測裝置的製作方法
2023-05-18 22:55:41
專利名稱：磁性式車輛位置檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明是以設置在汽車上的磁性感應器(sensor)檢測出公路中央上設置的磁性記錄器(marker)所產生的磁場，來抽取汽車偏離公路中央的橫偏量的磁性式車輛位置檢測裝置。
用線圈邊檢測通電電纜邊誘導的方式，用攝像機的畫像分析來誘導的方式，用電波來誘導的方式，用超聲波來誘導的方式，以磁性檢測器來檢查磁帶的等各種誘導方式，都已用於工廠裡的無人作業系統上。但是，如果在汽車行進的公路上要應用這些誘導方式時，除磁性誘導方式以外，由於在雨，雪，霧等天氣裡不能使用，所以均難以採用。並且在磁性誘導方式中，雖然有將複數個磁性感應器排列成直線陣列對磁性線進行檢測的方法，已應用在工廠的無人駕駛中，但是，要將它利用在速度快且有縱向振動發生的汽車誘導上是困難的。
以誘導汽車為目的的磁性誘導方式，在美國專利5347456號上有記載。其記載為，以汽車上設置的感應器檢測出公路中央上設置的磁性記錄器的垂直(高度方向)及水平(左右方向)的兩磁場成分，從其關係中算出修正過高度振動的橫偏量。
但是，當磁性感應器的高度超過20-25cm時，垂直方向磁場成分衰減很大，能檢測的橫偏量就限制在20～25cm範圍內。因此，當汽車開進公路時，若偏於磁性記錄器中心(車行道中央)20～25cm以上，就不能進行向中央的磁性誘導。
而且，即使車輛(車輛的磁性感應器)在20～25cm以內被誘導，當存在鐵橋，隧道等局部與磁性記錄器相匹敵的大的幹擾磁場時，汽車可能會離開中央25cm以上，而導致不能及進中央誘導。例如，當汽車右偏離中心20cm時，受到比磁性記錄器的信號還大的從左向右的橫方向的局部幹擾磁場時，會錯誤判斷左側有汽車而發出左側誘導指示。破性記錄器沿中央以2m間隔設置在公路上，汽車方向盤的最大轉向角度為5度時，行進1m就會脫離中央25cm。
例如，汽車的車寬約為1，7m，公路的行車道寬度為3.5m時，因磁性感應器和磁性記錄器問的距離最大為0.9m，所以原有的25cm左右的汽車位置檢測範圍是不足的，最好能把範圍擴大到1m程度，這樣只要汽車在公路上，磁性感應器就能檢測出磁性記錄器的信號，可靠地實現向中央誘導汽車，
並且在轉彎等處因每通過磁性記錄器，橫偏量就有變化，所以最少行進2m以內必須檢測出橫偏量。但是，因原有的車輛位置檢測方式複雜，應答性不快，不得不短距離設置磁性記錄器。為了解決這個問題，期待著不用縮短磁性記錄器的設置間隔也能高精度且簡單地檢測出位置的磁性誘導方式。
本發明的課題為，解決上述存在的各種問題，並提供在廣範圍內高精度且快速地檢測出中央橫偏量的磁性式車輛位置檢測裝置。
為了解決上述問題，此專利發明者們根據檢測出車輛行進方向的磁場，靠採用具有車輛行進方向和與車輛行進方向直交的另外兩方向(垂直方向，水平方向)的三次元磁性感應器。不僅提高了汽車沿中央方向行駛的維持能力，而且將橫偏量檢測範圍擴大到25cm～1m的4倍。其結果，根據這種對車輛行進方向的磁場成分檢測出橫偏量的方法，即使外亂磁場的影響導致橫偏量大於25cm時，也能進行中央誘導，使汽車回到中央位置上。
下面對本發明加以詳細說明。
如權利要求1所記載的磁性式車輛位置檢測裝置，車輛上的磁性感應器依照車輛行進方向上的磁場的變化，來抽取車輛(磁性感應器)與行車道中央(磁性記錄器)之間的橫偏量。
這樣，與現存的測量其他方向上的磁場分布的磁性感應器相比，能在廣範圍內，高精度地檢測出橫偏量，實現更具有實用性的車輛位置檢測裝置。
依據權利要求2所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據行進方向磁性感應器之輸出信號的最大值和最小值的差，即，行進方向磁場的最大變化量來抽取橫偏量。因此，能高精度地檢測出橫偏量。
依據權利要求3所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據行進方向磁性感應器之輸出信號的最大值和最小值之間的距離來抽取橫偏量。因此，能高精度地檢測出橫偏量。
依據權利要求4所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據包括檢測垂直磁場的垂直方向磁性感應器和檢測水平磁場的水平方向磁性感應器的3個磁性感應器的輸出信號，來檢測出車輛的橫偏量。因此，在橫偏量小時，能高精度地檢測出橫偏量。
這裡所說的垂直方向磁性感應器是測出垂直磁場，更準確地來說，是與車輛行進方向及車輛左右方向各成直角方向的磁場的感應器。水平方向磁場感應器是測出水平磁場，更準確地來說，是車輛左右方向上的磁場的感應器。
依據權利要求5所記載，在權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據行進方向磁場反轉時的垂直方向磁場和水平方向磁場，測出橫偏量。因此，能正確地測出橫偏量。
依據權利要求6所記載，在權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，使用垂直方向磁場和水平方向磁場的最高點值，或其最高點值與瞬時值之間的平均值來抽取橫偏量情報。因此，能正確地測出橫偏量。
依據權利要求7所記載，在權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，橫偏量大時，從行進方向磁場檢測出橫偏量，從水平方向磁場進行左右判別。在橫偏量小時，以行進方向磁場和水平方向磁場的組合檢測出修正過高度變動影響的橫偏量。在橫偏量更小時，以垂直方向磁場和水平方向磁場的組合檢測出修正過高度變動影響的橫偏量。
因此、在廣範圍內能正確地進行橫偏量檢測，尤其是在橫偏量大的場合，能提高檢測精度。
依據權利要求8所記載，在權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，除了磁性記錄器所產生的磁場變化成分的所定幅的有效領域以外，對其他領域的信號成分進行除去處理。因此，能提高檢測精度。
依據權利要求9所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據行進方向磁場感應器輸出信號中的調製信號來判定磁性記錄器的行進方向位置。因此，能正確地檢測出磁性記錄器的行進方向位置。
依據權利要求10所記載，在權利要求5所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據測出的三方向磁場的最高點值判定磁性記錄器的行進方向位置。從求得的複數個磁性記錄器的位置算出下一個磁性記錄器的中央點，根據這個磁性記錄器中央點上的磁場大小，抽取磁性記錄器磁場(信號磁場)以外的分離磁場，特別是其中的長周期幹擾磁場的磁場水準，這樣就能以磁性感應器檢測出的磁場(檢測磁場)和分離磁場的差來抽取信號磁場。因此，能提高檢測精度依據權利要求11所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據此次經過的磁性記錄器抽取的橫偏量和接連之前經過的複數個磁性記錄器抽取的複數橫偏量的平均值來除去短周期幹擾磁場的雜音成分。因此，能提高檢測精度。
依據權利要求12所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，具有根據磁性記錄器的配置變化，檢測公路形狀的公路形狀情報檢測手段。這樣就能實現磁性式車輛位置檢測裝置的多機能化和複合機能化。例如，在大霧的天氣裡，前方所定距離，前方存在的急轉彎處或上下坡度的存在，及彎曲方向和傾斜等，這些都能轉告給駕駛員。
依據權利要求13所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，具有根據部接的複數個磁性記錄器之間的經過時間算出車輛速度的車輛速度算出方法。因此，不用追加車途感應器就能實現車速檢測。
依據權利要求14所記載，在權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置上，根據抽取的橫偏量進行駕駛操縱。這樣就能實現安全舒適的自動駕駛。
(以下說明使用三次元磁性感應器算出橫偏量的原理)橫偏量在25cm以內的小橫偏領域時，磁性記錄器的中央部具有最大的輸出，並且，當橫偏量偏大時，使用急劇變小的垂直方向磁場Bz，以2cm程度的精度能測定橫偏量。但是，左右方向的判別，是以磁性感應器在磁性記錄器的左側位置和右側位置時，輸出電壓符號相反的水平(左右)方向磁場By來判別。
需要修正磁性感應器的高度時，如圖6所示，使用垂直方向磁場Bz的最大值B2max，水平(左右)方向磁場By的最大值Bymax及感應器的高度和橫偏量的表示圖，能求出進行過感應器高度修正的橫偏量。
對任意的橫偏量，垂直方向磁場Bz的最大值Bzmax，是磁性感應器在磁性記錄器正上方或者正橫位置時的值。同樣，水平(左右)方向磁場By的最大值Bymax是磁性感應器在磁性記錄器正橫位置時的值。
橫偏量的計算，可直接從圖6上求出，也可以利用圖7所示的B2max與Bymax的比和橫偏量間的略直線關係，用簡單的一次方程式求出。
檢測法2-—中橫偏量領域上的橫偏量檢測法橫偏量在25cm～50cm的程度的中橫偏量領域時，橫偏方向上產生最大的磁場變化，橫偏量超過10cm時，使用橫偏量與輸出值相對應的水平(左右)方向磁場By。由此，以4cm程度的精度能求出橫偏量。但是，因為水平(左右)方向磁場By擴展遠，橫偏量為零時，信號電壓的符號不反轉，與幹擾磁場相干涉、不容易判別。
與此相比，行進方向磁場Bx和水平(左右)方向磁場By一樣擴展遠，但是，因行進方向磁場成分Bx的符號越過磁性記錄器時反轉，能容易地判別磁性記錄器的磁場和幹擾磁場。因此，把行進方向磁場Bx和水平(左右)方向磁場By配合在一起，便於測定50cm範圍內的橫偏量。
需要修正磁性感應器的高度時，從圖8所示的行進方向磁場Bx的最大Bxma和水平(左右)方向磁場By的最大值Bymax間的關係圖來算出高度，根據這個高度能修正橫偏量。橫偏量的計算，可以從圖8上直接求出，也可以利用圖9所示的Bxmax與Bymax的比和橫偏量間的略直線關係，用簡單的一次方程式求出。
檢測法3-大橫偏量領域上的橫偏量檢測法橫偏量在50～100cm的大橫偏量領域時，求出顯示行進方向磁場Bx的最大值和最小值時的地點間的行進方向距離，從
圖10及圖24能高精度地算出橫偏量。這時，以水平(左右)方向磁場By的符號來判別左右。此檢測方法可以忽視高度的影響。並且，圖10是用仿真求出的，圖24是用實驗求出的。這些仿真，實驗是用直徑為100mm，厚度為5mm的磁性記錄器，在磁性記錄器上端面到磁性感應器的高度為250mm的狀態下進行的。
檢測法4-大橫偏量領域上的橫偏量的其它檢測法如橫偏量在30或40cm到1m程度的大橫偏量領域時，行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差是行進方向Bx的最大變化量Bxmax，從表示Bxmax與橫偏量之間的關係留(參照圖25)，能檢測出橫偏量。如圖25所示，當橫偏量在30或40cm到1m時，即使磁性感應器的高度位置有變化，Bxmax基本上不受影響，因此，不用修正高度就能快速且高精度地檢測出橫偏量。這種場合，也以水平(左右)方向磁場By的符號來判別左右。
這種以行進方向磁場Bx的最大變化量Bxmax求出橫偏量的檢測法與上述的根據行進方向磁場Bx的最大值和最小值時的地點問的行進方向距離求出橫偏量的檢測法相比，實驗說明，在大的領域內，橫偏量的檢測靈敏度前者比或者高。
但是，由行進方向磁場Bx的最大變化量Bxmax求出橫偏量的檢測方法，從實驗結果圖25可以得到，橫偏量不到30cm時，隨高度的變化，輸出變化大，這時需要修正。因此，在橫偏量小的場合，適宜選擇上記的檢測法1～3，在橫偏量大的場合，可採用上記的檢測法4其它檢測法5由水平(左右)方向磁場By也能算出橫偏量。這種場合能忽視感應器的高度變動的影響，，以行進方向磁場Bx和水平(左右)方向磁場By所滿足的條件，來進行適當選擇。還可以，以行進方向磁場Bx檢測出的橫偏量和水平(左右)方向磁場觀檢測出的橫偏量的平均值作為橫偏量。
但是，水平(左右)方向磁場By容易受幹擾的影響，而行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差不容易受幹擾的影響，因此，以行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差來算出的方法為最好。
感應器誘導方式的說明。
對公路行道中央，即本說明書上所說的向中央車輛誘導的方式加以說明。
就上述所說，汽車進入公路時，若偏於中央處25cm以外時，就不能進行中央誘導。而根據行進方向磁場Bx的變化求出橫偏量的本發明的橫偏量檢測方法，不管汽車在車行道的哪個位置上，基本上能進行中央誘導。
並且，檢測出行進方向磁場Bx，水平(左右)方向磁場By及垂直方向磁場Bz，用這些信號，由行進方向磁場Bx算出橫偏量，由行進方向磁場Bx及水平(左右)方向磁場By的組合算出橫偏量，由垂直方向磁場Bz及水平(左右)方向磁場By的組合算出橫偏量。對這3種類的橫偏量進行適當選擇，就能高精度地求出小範圍，中程度範圍及大範圍內的橫偏量。例如，當汽車進入磁性誘導公路時，汽車偏於中央處50～100cm位置時，由行進方向磁場Bx及水平(左右)方向磁場By算出橫偏量。接著，用這個橫偏量向中央側誘導汽車，隨著橫偏量的減少，以行進方向磁場Bx及水平(左右)方向磁場By的組合算出橫偏量，根據此值，再次向中央側誘導汽車。橫偏量更變小時，由求出的Bx，By Bz的組合，高精度地求出橫偏量。
並且，即使橫偏量大於25cm，到脫線為止，用上述方法能再度檢測出橫偏量，再次使汽車向中央處誘導。
附圖的簡單說明圖1表示本發明的磁性式車輛位置檢測裝置(磁性式車輛位置檢測方式)的模擬立體圖。
圖2表示磁性感應器1和磁性記錄器3的安置狀態主視圖。
圖3表示橫偏量即從磁性記錄器3向左右(水平)方向的距離與垂直方向磁場間的特性圖。
圖4表示橫偏量即從磁性記錄器3向沿左右(水平)方向的距離與水平(左右)方向磁場間的特性圖。
圖5表示橫偏量即從磁性記錄器3向沿左右(水平)方向的距離與行進方向磁場間的特性圖。
圖6表示橫偏量未滿25cm的範圍內，以By和Bz為次元的二次元空間上的橫偏量的等高線特性圖。
圖7表示橫偏量和Bz/By之間的特性圖。
圖8表示橫偏量的範圍在25～50Cm時，以Bz和Bxmax為次元的二次元空間上的橫偏量的等高線特性圖。
圖9表示橫偏量和Bxmax/Bymax之間的特性圖。
圖10表示橫偏量的範圍在50～100cm時，以Bxmax和Bxmin間的距離與橫偏量之間的特性圖。
圖11表示垂直方向磁場與橫偏量之間的特性圖。
圖12表示橫偏量的範圍在0～1000mm時，行進方向磁場與橫偏量之間的測定例的特性圖。
圖13表示橫偏量的範圍在400～1000cm時，行進方向磁場與橫偏量之間的測定例的放大特性圖。
圖14表示橫偏量的範圍在0～1000mm時，水平方向磁場和橫偏量之間的測定例的特性圖。
圖15表示橫偏量的範圍在400-1000mm時，水平方向磁場和橫偏量之間的測定例的放大特性圖。
圖16表示磁性記錄器與行進方向在同一位置時的橫偏量和各磁性感應器的輸出電壓之間的特性圖。
圖17表示實施例1的電腦2的控制例的流程示意圖。
圖18表示續實施例1的電腦2的控制例的流程示意圖。
圖19表示實施例1的電腦2的控制例的改形流程示意圖。
圖20表示續實施例1的電腦2的控制例的改形流程示意圖。
圖21表示在裝有磁性記錄器3的中央線起右橫偏20cm線上，汽車行駛時的各磁性感應器的輸出特性圖。
圖22表示在裝有磁性記錄器3的中央線上，汽車行駛時的各磁性感應器的輸出特性圖。
圖23表示在裝有磁性記錄器3的中央線起左橫偏20cm線上，汽車行駛時的各磁性感應器的輸出特性圖。
圖24表示由實驗求出的最高點之間距離Lx與橫偏量之間的特性圖。
圖25表示由實驗求出的行進方向磁場Bx的最大值與最小值的差Bx」＝Bxmax與橫偏量之間的特性圖。
圖26表示實施例2的橫偏量檢測方法的流程示意圖。
參照以下實施例對本發明的各組成部分和其特徵加以詳細說明。
實施例1以下對用行進方向磁性感應器，垂直方向磁性感應器和水平方向磁性感應器所組成的3次元磁性感應器，抽取橫偏量的磁性式車輛位置檢測裝置的實施例加以說明。
裝置構成參照圖1，對磁性式車輛位置檢測裝置加以說明。
這個磁性式車輛位置檢測裝置是由設置在車輛前部下面的3次元磁性感應器1，和處理3次元磁性感應器的輸出信號來算出橫偏量的車載式電腦2組成。3次元磁性感應器1是由垂直方向磁性感應器11，水平方向磁性感應器12，及行進方向磁性感應器13組成。水平方向磁性感應器12用於檢測車輛左右方向的磁場。行進方向磁性感應器13用於檢測車輛前後方向的磁場。垂直方向磁性感應器11用於檢測相對於車輛左右方向及車輛前後方向都成直角，即車輛高度方向的磁場。磁性感應器1設置在如圖2所示的離路面約為25Cm的高度上。
磁性記錄器3以一定間隔(如每隔2m沿公路中央設置，其直徑為100mm，厚度為5mm的圓盤狀永久磁鐵。最大磁能積約為160000J/m3。磁性記錄器3的上側主面均被充為一磁極，如N磁極。
(磁性記錄器3周圍的磁場分布)對磁性記錄器3的周圍磁場分布加以說明。並且各圖上的行進方向磁場Bx，水平(左右)方向磁場By及垂直方向磁場Bz，是以G(高斯)即0.0001T為單位表示的。
首先，作為檢測磁場的行進方向磁場，水平(左右)方向磁場，及垂直方向磁場Bx，By，Bz與橫偏量之間的關係表示在圖3～圖5上，檢測點的高度為25Cm。
如圖3所示，垂直方向磁場Bz，在磁性記錄器的近旁為最高，離其25cm程度時，磁場的寬度變狹窄，並且具有左右相對的分布形狀。因此，垂直方向磁場Bz，在橫偏量為25cm以內時，特別是中央附近具有最大值，相反，橫偏量為25cm以上時，磁場變小。
例如，使用滿程量為0.0005(T(特斯拉))，靈敏度為0.00001T的垂直方向磁性感應器11，對0-250mm範圍的橫偏量，能以位置20mm的高精度進行測定(參照圖3)。但是，在這個場合，左右的判別需要以水平方向磁性感應器12的輸出值的符號來判定。
水平(左右)方向磁場By，在磁性記錄器3的直上方時為零，離磁性記錄器3的15cm程度時為最大，具有近1m寬度的左右符號相反的分布形狀。因此，汽車通過磁性記錄器3時候的垂直，水平方向的感應器11，12的輸出電壓與By，Bz的檢測值相對應。水平(左右)方向磁場By能輸出到1m程度，橫偏的左右判別可用其符號來判定。但是，By在磁性記錄器3的直上方上輸出為0，所以不能指定橫偏位置。
例如，使用滿程量為0.00017(T(特斯拉))，靈敏度為0.0000024T性能的水平方向磁性感應器12，對250-500mm範圍內的橫偏量，能進行測定，(參照圖4)。這時的檢測精度與上述的垂直方向磁性感應器相比稍差，但是能測定到500mm。本發明者們還找到了根據行進方向磁場Bx的變化測定橫偏量的方法。
例如，使用滿程量為0.00003(T(特斯拉))，靈敏度為0.000001T性能的行進方向磁性感應器13，預先記錄行進方向磁場Bx的最小值(最小峰值)和最大值(最大峰值)間的距離，以橫偏量的關係，根據其關係用簡單的一次方程式能算出橫偏量。
根據這個方法，500-1000mm的範圍內，以100mm的位置精度能測出橫偏量。這個場合的橫偏量精度稍差，但是能測定到1000mm。這裡所述使用行進方向磁性感應器13的輸出信號來測定橫偏量的方法在後面將詳細加以說明。
同樣又找到了使用行進方向磁場Bx的其它橫偏量檢測方式，即對行進方向磁場Bx的最小值(最小峰值)和最大值(最大峰值)間的最大變化量Bxmax與橫偏量的關係進行預先記錄，根據其關係，更高精度且簡單的求出橫偏量的檢測方式。對這個方式，也在後面詳細敘述。
結果，右橫偏量小的場合，從圖3～5使用垂直方向磁場Bz與橫偏量的關係，求出橫偏量。以水平(左右)方向磁場By的符號進行左右判定。橫偏量超過250mm的場合，使用水平(左右)方向磁場By與橫偏量的關係，求出橫偏量。橫偏量超過500mm的場合，使用檢測範圍最廣的行進方向磁性感應器13，進行橫偏量檢測。
當然，也可以採用，有本實施例特徵的，只用行進方向磁性感應器13的信號抽取橫偏量的方式。
(抽取橫偏量的一例)以下，對使用三個磁性感應器抽取橫偏量的一例加以說明。
當汽車的磁性感應器13接近磁性記錄器到80cm～1m程度時Bx為負值，汽車通過磁性記錄器3的左側時，By的符號為正值，通過右側時為負值。磁性感應器1通過磁性記錄器的直上方時，By不變化。隨著磁性感應器1接近磁性記錄器3，Bx的磁場值變小，達到負的最大值，By的磁場值變大。
磁性感應器1接近磁性記錄器3在25cm以內時，Bz開始輸出。更接近時，By，Bz就會變大，而Bx為負的峰值(最小值)後，相反開始變小。於是，磁性感應器1達到磁性記錄器3的正橫位置(與行進方向同位的位置)時，Bx為零，By，Bz為最大值。其後，Bx，Bz變小，Bx開始輸出正值。
磁性感應器1離開磁性記錄器3在25Cm時，Bz開始變得很小。而Bx為正的峰值(最大值)後，漸漸的變弱。
結果，Bx，By在距磁性記錄器3為1m以內，Bz在25cm以內的範圍上，以檢測可能的水準變化。但是，在磁性記錄器的附近，Bz的輸出為最大，Bx在中央處的輸出為零。並且，磁性感應器1通過設有磁性磁性記錄器3的車行道的中央時，By的輸出為零。
圖3所示的垂直方向磁場Bz，在橫偏量為零，即磁性感應器1在磁性記錄器3的直上方，或者在正橫位置時輸出最大。
圖4是表示磁性感應器1從左右一方側接近磁性記錄器時的輸出圖。
水平方向磁場By，在磁性記錄器3的左側時，輸出為正，右側時，輸出為負。中央處(磁性記錄器3的直上方)時為零。並且，偏離磁性記錄器3的中央處時，By開始變化，取得最大值(正的峰值)，或最小值(負的峰值)。偏高到1m程度時為零。磁場By左側時為正，右側時為負，因此，能左右判別。1m以內可以得到測出橫偏量的輸出信號，而中央處的輸出為零。
當磁性感應器1沿車行道的中央線，從磁性記錄器3的前方駛向其後方時，其與磁性記錄器3的距離和行進方向磁場Bx間的變化關係，和磁性感應器1沿磁性記錄器3的左右一側超過磁性記錄器3向另一側移動時，其與磁性記錄器3的距離和水平(左右)方向磁場By間的變化關係相同。
車輛以所定的橫偏量行過時的水平(左右)方向磁場By在磁性感應器1到磁性記錄器3的正根位置的場合時為最大值Bymax。但是，橫偏量為零的場合時，水平方向磁場By為零。
同樣，車輛以所定的橫偏量行過時的垂直方向磁場Bz，磁性感應器1到磁性記錄器3的正橫位置的場合時，為最大值B2max。
並且，行進方向磁場Bx，當磁性感應器1在磁性記錄器3的行進方向的前後所定位置時，為最小值(負的峰值)，在磁性記錄器3的側面或正上方的場合為零。在磁性記錄器3的行進方向的前後所定的位置時，為最大值(正的峰值)。
因此，行進方向磁場Bx的最大值(正的峰值)與最小值(負的峰值)間的差作為Bxmax。並且，Bx為最大值時的地點與為最小值時的地點之間的行進方向距離作為Lx。
其次，對上述各信號值Bxmax，Bymax，Bzmax的特長加以敘述。
信號值B2max，在磁性記錄器3的附近，因為輸出最大，能以高精度確認中央位置。但是，能測定的橫偏量範圍窄，並且，以磁性記錄器3左右對稱，不能判定左右偏離方向。
信號值Bymax，能測定的橫偏量範圍廣，並且能進行磁性記錄器3的左右方向判別。但是，在中央處輸出為零，所以不知道是在中央處，還是在1m外處。
信號值Bxmax，能測定的橫偏量範圍廣，離磁性記錄器3越近，其值越大，但是，和B2max一樣，不能進行磁性記錄器的左右方向判別。
原有的組合信號值Bymax和信號值B2max的橫偏量檢測上，存在檢測為25cm為止的界限，而根據信號值Bxmax和信號值Bymax的組合，能測定的橫偏量範圍可以擴展到1m。
並且，行進方向磁場Bx，在通過磁性記錄器3時，極性變化，用其變化能容易地進行外部噪音判別。對此在後加以說明。
(橫偏量的高度修正)實際中，汽車以高速行駛時，由高度能引起檢測磁場的變動，而這個變動能用圖處理進行修正。
橫偏量在25cm以內時，能根據圖6所示的特性圖，修正磁性感應器的高度抽取橫偏量。
即如圖6所承，垂直方向磁場Bz與水平(左右)方向磁場By的比，不隨感應器的高度變化而變，橫偏量為一定。因此，能以磁場Bz與磁場By的比，邊修正感應器的高度，邊判定橫偏量。
橫偏量在25～50cm範圍時，能根據圖8所示的特性圖，以行進方向磁場Bx和水平(左右)方向磁場By，來修正磁性感應器1的高度，抽取橫偏量。即如圖8所示，行進方向磁場Bx與水平(左右)方向磁場By的比，不隨感應器的高度變化，橫偏量為一定。因此，能以其磁場的比，邊修正感應器的高度，邊判定橫偏量。
最後，橫偏量在50～100cm範圍時，從Bx或Bx的最大值和最小值的差，能夠知道橫偏量。如圖10所示，這時，磁性記錄其離的遠。基本上不受高度的影響。本實施例是以下面的算式算出橫偏量。而Bx的單位為G(0.0001 T)橫偏量＝1.85 Bxmax-390由圖4所知，以水平(左右)方向磁場By，也可以檢測出橫偏量。並且，由行進方向磁場Bx求出的橫偏量，與水平(左右)方向磁場By求出的橫偏量之間的平均值，能作為最終的橫偏量。但是，水平(左右)方向磁場By容易受幹擾磁場的影響，而行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差，不容易受幹擾磁場的影響。
(幹擾磁場的對策)以下對幹擾磁場的對策加以說明。
作為主要的幹擾磁場有，地磁性，鐵橋，隧道，高樓等局部的磁場變化源。這些幹擾磁場，對2m間隔的磁性記錄器同樣分類為，具有2m以上長周期的長周期磁場，2m以下的短周期磁場和其二者重合的磁場。
首先，對行進方向的幹擾磁場加以說明。
磁性記錄器3的設置間隔為2m，行進方向磁場Bx，每2m符號反轉的同時，向遠處擴展，汽車在公路的何處上行駛，都能檢測出來。因此，與其它磁場相比，行進方向磁場Bx最容易與幹擾磁場區別。
其次，對長周期幹擾磁場加以說明，其大小在兩個鄰接的磁性記錄器3之間幾乎為一定，因此，求出兩個磁性記錄器3的中間值，判定其值為幹擾值，由磁性感應器1的測定值減去此幹擾值。然後，從行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差求出Bxmax，以求得的Bmax來求出橫偏量。為了提高橫偏量的檢測精度，也可以利用複數個測定值的平均值。
其次，對除去短周期幹擾磁場的方法加以說明。
短周期幹擾磁場存在於兩個磁性記錄器3之間時，求出由磁性記錄器3的2m配置間隔和車途所決定的周期，判定此周期以外的周期的磁場為幹擾磁場，並且分離此幹擾磁場。但是，這個場合，是周期判別，所以需要利用複數個測定值。
其次，對除去長，短周期幹擾磁場的方法加以說明。
長、短周期重疊的幹擾磁場的場合，通過程序，用濾波器等除去短周期幹擾磁場，然後，利用順次得到的複數個測定值除去長周期幹擾磁場。
其次，對垂直方向磁場Bz加以說明。
垂直方向磁場Bz，在中央部即橫偏量25cm以內處，具有大的磁場值，根據中央附近的橫偏量抽取，保持汽車在公路中央行駛是方便的。幹擾磁場重疊時，Bzmax值含有誤差，使橫偏量的誤差變大，因此，磁場Bz的修正是重要的。
如果，橫偏量在25cm以內，垂直方向磁場Bz為一定周期的信號，對短周期幹擾磁場，和行進方向磁場Bx一樣，能利用周波數的不同來除去。但是，這個場合，是周期判別，所以需要利用複數個測定值。
對長周期幹擾磁場，求出從正到負大變動的行進方向磁場Bx為零時的垂直方向磁場Bz的值Bzo，求出部接的兩個磁性記錄器3的中間值Bzm，以Bzm為幹擾磁場，由Bzo減去Bzm來除去幹擾磁場。為提高檢測精度，利用複數個測定值是有效的。
水平(左右)方向磁場By與行進方向磁場Bx一樣，具有1m程度的磁場寬度，橫偏量在15cm以上時，認為它是一方向磁場，能採用與垂直方向磁場Bz同樣的方法。
考慮安全性時，重要的是能準確地接受磁性記錄器的信號。特別是，行進方向磁場Bx，在磁性記錄器3的的設置地點時，信號正負變化，並且，具有依存於磁性記錄器3的配置間隔的周被數。因此，可以說Bx是確認磁性記錄器3的最良質信號。
結果，Bx與By，Bz一起利用時，從中央處到1m程度位置，橫偏量偏高中央大的場合，以Bx和By組合能準確的向中心進行誘導。而且，向中央誘導磁性感應器1之後，根據非常大的磁場Bx，By和BZ這三個信號，抵抗大且複雜的幹擾磁場，準確地把握汽車在中心運行。就是說，即使受到隧道，鐵橋等，既複雜又強的幹擾磁場的影響，也能向中央誘導，實現安全運行。
更具體的加以說明時，汽車在橫偏量為20cm程度的位置上運行，在隧道等幹擾磁場大的環境下，看不見3個左右的磁性記錄器時，以最大轉向度5度駕駛時，能偏離到50cm程度。在這種場合下，因為能檢測到1m程度，再次去接受磁性記錄器，計算幹擾磁場，算出修正後的橫偏量，根據其值能再次開始向中央誘導。因此，在強的幹擾磁場下，也能保持汽車的中央誘導。
並且，車輛保持在中央的場合時，行進方向磁場Bx，垂直方向磁場Bz都振動大，所以能準確地檢測出磁性記錄器的位置。磁性感應器1，通過磁性記錄器3的上方的同時，回答橫偏量，迅速地開始公路中央的汽車誘導，對轉彎處的誘導更有效果。原有的方法，橫偏量算出為至需要花時間，應答性差，在轉彎處，需要縮短磁性記錄器3的配置間距到1m。
(控制動作例的說明)
下面，參照圖17，圖18所示的流程圖，對上述的各檢測動作的具體實行順序加以說明。
首先，電流投入起動後，進行初期化(S100)，從磁性感應器1～13的輸出信號，讀進(S102)垂直磁場成分測定值Bz，水平磁場成分測定值By，行進磁場成分測定值Bx。
接著，求出行進磁場成分測定值Bx的變動成分Bx』的符號反轉(從負向正反轉)時點，確認磁性記錄器3的位置(S104)。
接著，算出上述以鄰接的兩個符號反轉時點間的時間為定義的周期，根據這個周期，求出相當於2個磁性記錄器3間的中間地點的中間時點，把這個中間時點上的行進方向磁場成分測定值Bx，垂直磁場成分測定值Bz水平磁場成分測定值By作為此回幹擾出力水準值加以記錄。(S106)其次，檢查前5次算出的幹擾出力水準的平均值與上把此回幹擾出力水準值的差，是否未滿0.1G(S108。若未滿時，從新算出包合上記此回值的前5次的幹擾出力水準的平均值(S110)。若以上時，不用變更預先記錄的前5次的幹擾出力水準的平均值，進入S114。
S114是，從檢測出的垂直磁場成分測定值Bz，水平磁場成分測定值By，行進方向磁場成分測定值Bx減去上記幹擾出力水準的平均值，得到此時的各磁場成分測定值的變動信號成分Bx』，By』，BZ』(S114)。因此，把鄰接2個磁性記錄器3問的中間的磁場成分值當作地磁性或長周期幹擾磁場，用測定值Bz，By，Bx減去此值，就能除去地磁性和幹擾磁場。
接著，求出輸入的行進方向磁場成分測定值Bx的最大值，或者變動信號成分Bx』的最大值，作記錄(S116)。行進方向磁場成分的變動信號成分Bx為零時，判定為通過了磁性記錄器3(S118)，沒有通過磁性記錄器3時，轉到S114。通過時，進入S120，求出那時的垂直磁場成分Bz的變動信號成分BZ』，及水平磁場成分切的變動信號成分By』，作記錄。並且，求出行進方向磁場成分測定值Bx的最小值，或者Bx的變動信號成分Bx』的最小值，作記錄(S124)。
接著，算出變動信號成分Bx』的最大值與最小值的差，把它作為行進方向磁場成分的最大變化量Bxmax，並且作記錄。同時變動信號成分Bx』的最大值與最小值間的距離Lx，用計數器計算過的上記周期和檢測出的車速的積來算出(S125)。流程圖上，行進方向磁場成分的最大變化量Bxmax以Bx」」表示，並且，本說明書上T為特斯拉(磁場強度單位)。
接著，距離Lx超出預先記錄的所定範圍時，判定為對測出的行進方向磁場的幹擾影響大，返回S102(S126)。
根據求出的行進方向磁場成分的最大變化量Bxmax(＝Bx』)和Lx，選擇橫偏量檢測方法如下(S127)。
行進方向磁場成分的最大變化量Bxmax(＝Bx』)大於0.6 0.0001T的時候，判定為在磁性記錄器的近傍，從表示的變動信號成分Bz』，即與橫偏量之間關係的內部裝有的特性圖，求出0～25cm內的橫偏量(S128)。最大變化量Bxmax(＝Bx」)在0.065 0.0001T～0.6×0.0001T的範圍時，判定離磁性記錄器3為25～50cm程度，從表示變動信號成分Bx』，By』與橫偏量之間關係的內部裝有的特性圖，求出25～50cm內的橫偏量(S130)。最大變化量Bxmax(＝Bx」)未滿0.065 0.0001T時，判定為橫偏量大，從表示距離Lx與橫偏量之間關係的內部裝有的特性圖，求出50-100cm內的橫偏量，或者用所定的計算式求出(S132)。
接著，以上述一樣，算出前5個磁性記錄器3上算出的平均值和此回算出的橫偏量的此回值的差(S134)，其差未滿100mm時，從新算出包含此回值的前5個橫偏量搬出值的平均值(S136)。其差偏大的時候，不進行上記平均值的從新算出，並且，記錄橫偏量的此回值，作為上記平均值(S138)，進入S140。
接著，根據汽車的ECU發出的信號，判斷現在是否在自動駕駛狀態(S140)。肯定的情況下，向EUC輸出上記橫偏量的此回值，讓EUC向解除這個橫偏量方向進行轉向控制(S144)。並且，就橫偏量大的場合，以音聲或者駕駛席的警報器發出警告(S142)。否定的情況下，不進行轉向控制，只發出上述的警告。
(變形狀態)參照圖19，圖20所示的流程表示圖，對上述的從S100到S127為止的控制動作例加以說明。
這個控制中，因具有圖20所示的，以短時間間隔定期實施的中斷處理程序S212，首先從這加以說明。
首先，輸入行進方向磁場測定值Bx(S200)，判斷Bx是否為最小值(S202)。而這個檢測是在連續進行變化的Bx的微分係數從負變正的期間內實行。為了迴避高周波噪音信號引起的錯誤判定，需要用軟體或者硬體構成的濾波器，對高周波信號成分預先做好除去處理。
S202上，上記最小值檢測出時，讓第2定時器復原，在起動(S204)。沒檢測出時，跳轉S204，進入S206。
在S206上，判定行進方向磁場測定值Bx是否為最大值。而這個檢測是在連續進行變化的Bx的微分係數從正變負的期間內實行。為了迴避高周波噪音信號引起的錯誤判定，需要用軟體或者硬體構成的濾波器，對高周波信號成分預先做好除去處理。
S206上，上記最大值檢測出時，進入S208沒檢測出時，返回圖19所示的主程序。在S208上，檢查第2定時器的計算值且記錄，接著，用這個計算值與車速的積算出距離k(S210。接著，求出這些最大值與最小值的差Bxmax(＝Bx」)(S212)，返回主程序。
磁性記錄器3的跟前處和近旁處存在磁場Bx的上記最小值，越過磁性記錄器3，且在近旁處存在磁場Bx的上記最大值。
參照圖19所示的流程表示圖，對圖17，圖18所示的S100～S127簡略化的控制例加以說明。
S102上，讀入各方向的磁場成分測定值Bz，By，Bx後，算出預先持有的行進方向磁場的平均值(直流水準值，即出力水準值)Bxm與行進方向磁場成測定值Bx的差Bx』(S103)。判斷BX』是否為零，即，檢測行進方向現與磁性記錄器3是否在同一地點(S104)，否定時，返回S102。
Bx為零時，記錄第一定時器的計算值(S150)，使第一定時器復位後再起動(S152)，檢測出車速(S154)。
實行車速檢測如下。
上記第一定時器的計算值是表示，行進方向上鄰接的2個磁性記錄器3之間的通過時間T，這2個鄰接磁性記錄器3之間的距離k是既知一定的，所以，以Lx/T算出車速。然而，採用其它的單獨車速感應器時，不需要第一定時器。
接著，求出各方向的磁場成分的平均值(直流水準值，即出力水準值)Bxm，Bym，Bzm(S156)。其算出方式，圖17所示的以外，可以考慮其它各種方式。
例如，也可以用，由圖20中的S202，S206，求出的前5個磁性記錄器3上的行進方向磁場Bx的最大值和最小值，全部相加後再除10的方法。
接著，求出S156上算出的各方向的磁場成分的平均值Bxm，Bym，B2m與S102上讀入的各方向的磁場成分的測定值Bz，By，Bx的差，來算出變動成分Bz』，By』，Bx』(S158)。
(其它的變形例)根據順次序檢測磁性記錄器3，或磁性記錄器3的配置間隔及其上面的磁極反轉得狀態，用磁性感應器11～13，從破性記錄器3能檢測出公路形狀的情報。
圖24是表示最高值之間的距離Lx與橫偏量的實際關係特性圖。實驗條件如下。橫偏量在0～500mm的範圍，每100mm進行10回測定。各測定值的平均值以黑圓點，最大值，最小值以白圓點表示。測定值的零散是迴路噪音的影響。
實施例2以下，參照圖26的流程示意圖對其它實施例加以說明。
這個實施例，與上記實施例1的S132相比，不是根據距離Lx，而是根據行進方向磁場Bx的最大值和最小值的差Bxmax(＝Bx」)，檢測橫偏量的點與實施例1不同。
從表示實驗數據的圖25能知道，橫偏量為500mm以上時，磁性感應器1的高度的影響非常小，並且，Bxmax與橫偏量的關係幾乎為直線。因此，沒有磁性感應器1的高度修正，從預先記錄的Bxmax與橫偏量的關係(圖25)能簡單地推算橫偏量。圖25的實驗條件與圖24的實驗條件相同。
權利要求
1.一種磁性式車輛位置檢測裝置，包括檢測出上端一面有磁極，並沿行車線中央處以所定間隔配置的磁性記錄器近旁的磁場變化的車輛搭載式磁性感應器，和根據所記磁性感應器的輸出信號，以所述磁性記錄器為基準點，抽取所述車輛的向左右方向的變位量，即抽取橫偏量的橫偏情報抽取手段，其特徵在於，所述磁性感應器具有檢測車輛的行進方向磁場成分的行進方向磁性感應器。
2.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，是根據所述行進方向磁性感應器的輸出信號的最小值和最大值的差，即行進方向磁場的最大變化量，抽取所述橫偏量。
3.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，是根據所述行進方向磁性感應器的輸出信號的最小值與最大值之間的距離，抽取所述橫偏量。
4.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述磁性感應器，具有檢測垂直方向磁場成分的垂直方向磁性感應器，和以所述行進方向磁場成分及垂直方向磁場成分成直角的檢測水平方向磁場成分的水平方向磁性感應器，所述橫偏情報抽取手段，是根據所述的三個磁性感應器的輸出信號，抽取所述車輛的橫偏量。
5.如權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，是用行進方向磁性感應器的輸出信號，在反轉時的所述垂直方向磁性感應器及水平方向磁性感應器的輸出信號值，抽取所述橫偏量。
6.如權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，是用所述垂直方向磁性感應器及水平方向磁性感應器的輸出信號的最大值，抽取所述橫偏量。
7.如權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，是在所述橫偏量大的場合，根據所述行進方向磁性感應器的輸出信號抽取所述橫偏量的同時，根據水平方向磁性感應器的輸出信號，抽取左右判別情報，在所述橫偏量小的場合，根據所述行進方向磁性感應器和水平方向磁性感應器的輸出信號，抽取所述橫偏量，在所述橫偏量更小的場合，根據所述垂直方向磁性感應器和水平方向磁性感應器的輸出信號，抽取所述橫偏量。
8.如權利要求4所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段，備有濾波手段，即，除了所述各磁性感應器的輸出信號內，由所述磁性記錄器所產生的，含有磁場的變化成分所定幅的有效領域以外，除去其它領域的信號成分。
9.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，根據所述行進方向磁性感應器的輸出信號的調製信號成分，判定所述磁性記錄器的行進方向位置。
10.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段是，根據所述磁性感應器的輸出信號的最大值，判定所述磁性記錄器的行進方向位置，從相互鄰接的兩個所述磁性記錄器的位置，算出其中間值，根據所述磁性記錄器中間點上的磁性感應器的輸出信號水準，除去由長周期幹擾磁場引起的噪音成分。
11.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，所述橫偏情報抽取手段是，根據此回通過的從所述磁性記錄器抽取的所述橫偏量，和連續之前從複數個磁性記錄器抽取的所述橫偏量的平均值，除去短周期幹擾磁場引起的噪音成分。
12.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，具有根據所述磁性記錄器的配置變化，檢測出公路形狀情報的公路形狀情報檢測手段。
13.權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，具有根據鄰接的所述磁性記錄器之間的通過時間，算出車速的車輛速度算出手段。
14.如權利要求1所述的磁性式車輛位置檢測裝置，其特徵在於，具有根據抽取所述橫偏量，對操舵控制裝置發出操舵控制指令信號的操舵指令手段。
全文摘要
本發明提供高精度,且高速度地檢測出橫偏寬度的磁性式車輛位置檢測裝置。根據檢測車輛行車方向的磁場成分,使用追加車輛行進方向及與其直交的另2方向的磁性感應器,即3次元磁性感應器1,提高汽車的中央維持能力的同時,將橫偏量檢測範圍擴大了4倍,至25cm～1m。並且即使有幹擾磁場的影響,也能準確地檢測出磁性記錄器3,準確地開始向中央處誘導。
文檔編號G01C21/26GK1272174SQ98809576
公開日2000年11月1日 申請日期1998年9月28日 優先權日1997年9月29日
發明者本蔵義信, 藤井秀樹, 度會亞起, 加古英兒 申請人:愛知制鋼株式會社