專利名稱：對車道上的車輛進(jìn)行定位的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對車道上的車輛進(jìn)行定位的裝置，其包括被設(shè)置在車道上的參考標(biāo)記；以及在車輛中設(shè)置的掃描裝置，該掃描裝置在駛過參考標(biāo)記時產(chǎn)生至少一個輸出信號。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開了這種裝置。例如，有軌車輛具有一個用于既為驅(qū)動調(diào)節(jié)又為控制技術(shù)確定車輛位置的定位系統(tǒng)。軌道上行駛的車輛的定位系統(tǒng)例如包括在線路區(qū)鋪設(shè)的作為參考標(biāo)記的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(Balise),其中該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器通過在列車中設(shè)置的掃描裝置被感應(yīng)地掃描，使得該掃描裝置產(chǎn)生取決于位置的輸出信號。
不過，這種定位系統(tǒng)盡管適合于運(yùn)行控制技術(shù)，但是不適合于例如磁懸浮車輛的驅(qū)動調(diào)節(jié)，因?yàn)闉榱诉M(jìn)行驅(qū)動的調(diào)節(jié)，位置信息必須不斷地且
實(shí)時地出現(xiàn)。
由于該原因，例如結(jié)合磁懸浮鐵路已經(jīng)提出，感應(yīng)地掃描車輛的疊片鐵心(Blechpaket)的凹槽，并且還使用取決于位置地嵌入的參考標(biāo)記作為定位信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種本文開始部分所述類型的裝置，該裝置提供可靠的定位信息并且是造價低廉的。
本發(fā)明是如下地解決該技術(shù)問題的所述掃描裝置由多個單個傳感器組成，并且按照掃描裝置長度在行駛方向上延伸，該掃描裝置長度等于或者大于彼此相鄰設(shè)置的參考標(biāo)記的參考標(biāo)記間隔。
按照本發(fā)明，這樣來確定掃描裝置的尺寸，使得其用于不斷地讀出參考標(biāo)記。該掃描裝置與兩個參考標(biāo)記的間隔正好一樣長或比兩個參考標(biāo)記的間隔長。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即使在車輛緩慢行駛或者靜止?fàn)顟B(tài)的條件下，也出現(xiàn)不斷的位置信息。為了提高掃描裝置的分辨率，將其由 多個單個傳感器組成，其中，單個傳感器單獨(dú)地讀出，或者按照適當(dāng)?shù)姆?br> 式相互錯接，使得由單個傳感器組成的掃描裝置產(chǎn)生單一的和信號。例如， 用來讀出的是這樣的控制裝置，其借助于采樣單元對輸出信號進(jìn)行采樣而 獲得采樣值，并且借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將采樣值數(shù)字化而獲得數(shù)字的輸 出信號值。被數(shù)字化的輸出值隨后被進(jìn)行其它的分析步驟，如下面還要更 詳細(xì)說明的那樣。
優(yōu)選地，所述掃描裝置長度是所述參考標(biāo)記間隔的倍數(shù)。由于按照本 發(fā)明的該擴(kuò)展，簡化了在讀出參考標(biāo)記之后對結(jié)果的分析。
優(yōu)選地，所述單個傳感器被依次設(shè)置成至少一個在行駛方向上延伸的 傳感器行。通過掃描裝置的該棒形的結(jié)構(gòu)以及該棒的縱軸在行駛方向上的 取向，提供了一種特別造價低廉的掃描裝置，因?yàn)榘凑者@種方式在掃描裝 置的給定長度下允許參考標(biāo)記的最大可能的間隔。
優(yōu)選地，被并排和依次設(shè)置的單個傳感器在駛過參考標(biāo)記時產(chǎn)生帶有 不同符號的輸出信號。例如，在感應(yīng)地掃描的情況下單個傳感器具有不同 的繞組方向。不過，不同的符號也可以在其它測量原理中實(shí)現(xiàn)。按照本發(fā) 明，可以采用所有適合于對參考標(biāo)記進(jìn)行無接觸地采集的測量原理。僅僅 作為示例的有感應(yīng)測量、渦流效應(yīng)、變壓器耦合、磁耦合以及電磁耦合。 因此，按照本發(fā)明的該優(yōu)選的擴(kuò)展，在駛過參考標(biāo)記時產(chǎn)生掃描裝置的周 期性輸出信號，其中，通過對該周期性輸出信號的最大值和最小值的簡單 計數(shù)可以得到位置信息。掃描裝置的周期性輸出信號具有一個是剛剛駛過 的參考標(biāo)記的尺寸的兩倍大的波長。在此，將所有參考標(biāo)記相同地構(gòu)造和 確定尺寸顯然是合適的。
根據(jù)一種與此相關(guān)的擴(kuò)展，所述單個傳感器被設(shè)置成兩個在行駛方向 上延伸的并排的傳感器行，其中，所述傳感器行在該行駛方向上錯開一個 偏移，并且該偏移等于在該行駛方向上的參考標(biāo)記尺寸的一半。在此，單 獨(dú)地讀出每個傳感器行的和信號，并且傳送至控制裝置或者分析裝置。按 照這種方式，得到兩個周期性輸出信號，它們相互移相90。。換言之，例如 得到一個正弦輸出信號以及一個余弦輸出信號。利用這些信息可以在使用
反正切2函數(shù)(ArcusTangens2-Funktion )的條件下計算出從中可以導(dǎo)出車 輛的精確位置信息的角度。此外，可以按照筒單的方式確定行駛方向。自然，可以按照簡單的方式推導(dǎo)出所測量的參考標(biāo)記的數(shù)量或者所駛過的周 期的數(shù)量。按照這種方式，實(shí)時地提供了驅(qū)動系統(tǒng)的所有對于調(diào)節(jié)所需的 測量值。例如，將傳感器行并排設(shè)置在與車道平行取向的平面上。不過， 也可以相對于車道上下重疊地設(shè)置傳感器行，但是其中提高了對分析電子 設(shè)備的要求。
在本發(fā)明的一種不同的實(shí)施方式中，被并排設(shè)置的單個傳感器在駛過 參考標(biāo)記時產(chǎn)生帶有相同符號的輸出信號，并且可以由每個單個傳感器釆 集一個單個傳感器信號。根據(jù)這種優(yōu)選的擴(kuò)展，由分析單元在不同的時刻
傳輸幾乎相等的但是來自不同的單個傳感器的輸出信號。分析單元具有信 息數(shù)據(jù)。根據(jù)該信息數(shù)據(jù)可以確定，在哪個時刻記錄輸出信號以及該輸出 信號來自于哪個或哪些單個傳感器。隨后，對速度的計算基于一種相關(guān)。 分析裝置首先嘗試將在不同的時刻所記錄的單個傳感器的輸出信號相互重 合。這點(diǎn)在單個傳感器的測量精度的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)產(chǎn)生各自輸出信號 的單個傳感器的已知間隔以及在讀出輸出信號的時刻之間的時間差的基礎(chǔ) 上，分析裝置確定速度并且將該速度傳輸至被設(shè)置在分析裝置上一級的驅(qū) 動調(diào)節(jié)器。
根據(jù)一種優(yōu)選的擴(kuò)展，所述參考標(biāo)記是導(dǎo)電的軌枕。這些軌枕例如被 設(shè)置在車道中。例如，其為鋼軌軌枕?；蛘哌@些軌枕被敷設(shè)在磁懸浮車輛 的車道中。正如已經(jīng)說明的那樣，對參考標(biāo)記的無接觸的掃描可以通過掃 描裝置在任意測量原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行。不過，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，掃描是 無接觸地進(jìn)行的。按照一種優(yōu)選的實(shí)施方式，單個傳感器是基于渦流效應(yīng) 來采集參考標(biāo)記的位置的。換言之，單個傳感器在渦流的基礎(chǔ)上工作。
優(yōu)選地，所述參考標(biāo)記間隔大于1米。如果參考標(biāo)記間隔是兩米，則 是特別優(yōu)選的。按照這種方式， 一方面避免了掃描裝置的過大的尺寸。另 一方面在車道中敷設(shè)的參考標(biāo)記的數(shù)量保持有限。


本發(fā)明的其它合適的實(shí)施方式和優(yōu)點(diǎn)是下面借助于附圖對實(shí)施例 的描述的內(nèi)容，其中，相同的參考符號表示相同起作用的部件，并且附圖
中
圖1示出了用于實(shí)施本發(fā)明的裝置，圖2示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，
圖3示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施例，
圖4示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的不同的實(shí)施例，并且
圖5示出了與按照圖2和圖3的實(shí)施例不同的本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了使得本發(fā)明更好理解的裝置1。該被視為現(xiàn)有技術(shù)的裝置1 具有一個由兩個單個傳感器3組成的掃描裝置2，其中，單個傳感器3產(chǎn)生 具有相反符號的輸出信號，如在下面的表示中所表明的那樣，其中，在縱 坐標(biāo)4上根據(jù)在橫坐標(biāo)5上記錄的車道顯示出了掃描裝置2的輸出信號。 在此，掃描裝置2在所示出的箭頭6的方向上越過參考標(biāo)記7移動。在駛 過隨后的參考標(biāo)記8時形成對應(yīng)的信號。
圖2示出了按照本發(fā)明的裝置9。該按照本發(fā)明的裝置9又包括依次跟 隨的參考標(biāo)記7和8的序列。不過，與按照圖1的裝置1不同，掃描裝置2 由多個單個傳感器3組成并且具有一個大于參考標(biāo)記7和8之間的間隔的 長度。按照這種方式保證了，掃描裝置2按照本發(fā)明不斷地產(chǎn)生信號，該 信號可以由驅(qū)動調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)軌道上的車輛的驅(qū)動。按照圖2的掃描裝 置2的輸出信號由于單個傳感器3的錯接而形成每個單個傳感器3的單個 信號11的和信號10，其中，在圖2上面的圖示中并排示出了單個信號11, 而在下面的圖示中示出了和信號10。可以看出，和信號IO具有一個周期性 曲線，其中，和信號10的波長相當(dāng)于在行駛方向上各個參考標(biāo)記7或8的 兩倍長度。在圖2中示出的實(shí)施例中，掃描裝置2的長度等于參考標(biāo)記7 和8之間的間隔、即參考標(biāo)記間隔。按照這種方式，和信號IO不斷地出現(xiàn)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，掃描裝置2與分析單元連接，該分析單元對掃描 裝置的和信號進(jìn)行采樣而獲得采樣值，并且借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將采樣 值進(jìn)行變換而荻得數(shù)字的采樣值。通過在一個時間間隔上對周期性信號的 最大值進(jìn)行計數(shù)，給出了有軌車輛的速度以及由此固定在有軌車輛上的掃 描裝置的速度。
圖3示出了本發(fā)明的最為優(yōu)選的實(shí)施例?？梢钥闯?，掃描裝置2由兩 個傳感器行12和13組成，其中，每個傳感器行12或13在行駛方向6上 延伸，并且其中，單個傳感器3被并排地并且棒形地設(shè)置。可以看出，傳感器行12相對于傳感器行13在行駛方向6上錯開一個路段、即偏移，其 中，該偏移等于在該行駛方向6上的參考標(biāo)記7或8的長度或者說幾何尺 寸的一半。因此，傳感器行13的和信號14相對于傳感器行12的和信號10 移相90度，如從圖3的圖示14中可以看出的那樣。在后接的分析裝置中 可以進(jìn)行如下的分析從所測量的正弦以及余弦函數(shù)中通過簡單三角函數(shù) 換算確定角度a,例如通過建立反正切2或者利用正弦平方加余弦平方等于 l的關(guān)系。利用該角度a可以得到精確的位置分辨率。此外，可以通過相位 差確定有軌車輛或者掃描裝置按照哪個方向運(yùn)動。
圖3的圖示15示出了在驅(qū)動調(diào)節(jié)中常見的角度信號與時間的依賴關(guān) 系，其中，鋸齒曲線的斜率對應(yīng)于車輛的速度。
圖4示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的另一個定位系統(tǒng)。與此前示出的實(shí)施例不 同，在此掃描裝置2僅僅具有一個單個傳感器，使得在駛過參考標(biāo)記7或8 時產(chǎn)生一個帶有正的符號的輸出信號11。
圖5示出了按照本發(fā)明的裝置的另一個實(shí)施例，其中，掃描裝置2與 參考標(biāo)記7和8共同起作用。與在圖2和3中示出的本發(fā)明的實(shí)施例不同， 掃描裝置2具有多個單個傳感器3，這些單個傳感器3均產(chǎn)生具有相同的符 號的輸出信號16和17。在此，單個傳感器3又被按照行駛方向依次地設(shè)置， 從而構(gòu)成棒形的掃描裝置2。
在圖5中示出了在兩個不同的時刻t！和t2掃描裝置2相對于參考標(biāo)記7 和8的位置。在此假定，掃描裝置2按照箭頭6的方向運(yùn)動。按照在圖5 中示出的實(shí)施例，不將單個傳感器3為了構(gòu)成和信號而錯接。而是每個單 個傳感器3的輸出信號單獨(dú)地通過在圖5中沒有圖示出的分析裝置而被采 集。正如已經(jīng)說明的那樣，輸出信號被采樣并且從中得到的采樣值借助于 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為數(shù)字的采樣值。隨后，分析裝置又將所得到的數(shù) 字的采樣值進(jìn)行組合，使得在時刻t!形成輸出信號16,該信號在圖5下面 的圖示中示出。在該圖示中在縱坐標(biāo)4上示出了輸出信號16以及17所具 有的強(qiáng)度與在橫坐標(biāo)5上所記錄的位置或者說路徑的依賴關(guān)系。因此，利 用右面第一個單個傳感器3所測量的輸出信號的最大值直接地出現(xiàn)在軸4 上。也可以將輸出信號16和17理解為參考標(biāo)記7和8的掃描圖像。分析 裝置此時借助于內(nèi)部邏輯在軸5上移動輸出信號16，直到在單個傳感器3 的測量精度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸出信號16、 17的或者說對參考標(biāo)記7在不同時刻所掃描的圖像的盡可能精確的一致。從在軸5的方向上的移動中此時可以 導(dǎo)出掃描裝置2在t,和t2之間的時間間隔中所經(jīng)歷的路徑。按照這種方式，
可以隨后導(dǎo)出在行駛方向6上掃描裝置以及由此掃描裝置2所固定在的車 輛向前移動的速度。
8
權(quán)利要求
1. 一種用于對車道上的車輛進(jìn)行定位的裝置，其包括被設(shè)置在車道上的參考標(biāo)記(7，8)；以及在車輛上設(shè)置的掃描裝置(2)，該掃描裝置在駛過所述參考標(biāo)記(7，8)時產(chǎn)生至少一個輸出信號(10，11)，其特征在于，所述掃描裝置(2)由多個單個傳感器(3)組成，并且按照掃描裝置長度在行駛方向(6)上延伸，該掃描裝置長度等于或者大于彼此相鄰設(shè)置的參考標(biāo)記(7，8)的參考標(biāo)記間隔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置長度是所 述參考標(biāo)記間隔的倍數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述單個傳感器(3 ) 被依次設(shè)置成至少一個在行駛方向上延伸的傳感器行(12， 13)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，被并排設(shè)置 的單個傳感器(3)在駛過參考標(biāo)記(7， 8)時產(chǎn)生帶有不同符號的輸出信 號(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述單個傳感器(3)被 設(shè)置成兩個在行駛方向(6)上延伸的并排的傳感器行(12， 13),其中， 所述傳感器行(12， 13)在該行駛方向(6)上互相錯開一個偏移，并且該 偏移等于在該行駛方向(6)上的參考標(biāo)記尺寸的一半。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，每個傳感器行(12, 13)的單個傳感器(3)被錯接，使得可以采集所述掃描裝置(2)的和信 號(16)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，被并排設(shè)置 的單個傳感器(3)在駛過參考標(biāo)記(7, 8)時產(chǎn)生帶有相同符號的輸出信號(11)，并且可以由每個單個傳感器(3)采集一個單個傳感器信號(11)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述參考標(biāo) 記(7, 8)是導(dǎo)電的軌枕。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述單個傳 感器(3)是基于渦流工作的單個傳感器。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述參考標(biāo) 記間隔大于1米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于對車道上的車輛進(jìn)行定位的裝置，其包括被設(shè)置在車道上的參考標(biāo)記(7，8)；以及在車輛上設(shè)置的掃描裝置(2)，該掃描裝置在駛過所述參考標(biāo)記(7，8)時產(chǎn)生至少一個輸出信號(10，11)，該裝置提供可靠的位置信息并且是造價低廉的，本發(fā)明提出，所述掃描裝置(2)由多個單個傳感器(3)組成，并且按照掃描裝置長度在行駛方向(6)上延伸，該掃描裝置長度等于或者大于彼此相鄰設(shè)置的參考標(biāo)記(7，8)的參考標(biāo)記間隔。
文檔編號B61L25/00GK101472778SQ200680055020
公開日2009年7月1日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者羅伯特·施米德, 詹斯·羅斯特 申請人:西門子公司