專利名稱：一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導向軌，尤其涉及一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌。
背景技術：
現有技術中，運載車輛的運動方向控制，有可操縱的轉向輪、地面軌道線路、導向軌等多種形式。在有多種車輛混跑的公路上，則以可操縱的導向輪為多，少量為與路面共面的軌道線路，如城市內的有軌電車，高技術的無人駕駛車輛，近年來也出現了采用視頻處理技術的導向方式，運動控制主要依賴公路上的車道線。
城市軌道列車，現代多采用鋼輪鋼軌的導向方式，近代也出現了用水泥梁和導向槽的膠輪列車。可與汽車混跑的超輕軌列車，最近又出現采用
一根單獨鋼軌的導向膠輪車，它用兩只與軌道成45。夾角的導向輪來測量車輛運動方向及對供電電流形成回流通道，再通過自動控制系統，去控制伺服系統，撥動轉向膠輪，實現轉向控制。這種車輛雖然取消了傳統的鋼軌線路，減少了城市噪聲和增大了膠輪與地面的粘著能力，但仍然在路面形成一定的較寬縫隙，對混跑的其它車輛的運行帶來一定的平穩性影響。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，而提供一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌，它實現了無接觸的車輛導向。
實現上述目的的技術方案是:一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌，用于控制車輛行走機構的轉向走行部，其中，它包括淺埋于地面的感應導線、安裝在車輛行走機構上且位于感應導線上方的傳感器盒、用于對傳感器盒的輸出電壓進行處理的調理電路、與調理電路輸出相連的A/D轉換器、接受來自A/D轉換器的輸出信號的數字伺服驅動系統，該數字伺服驅動系統用于控制轉向走行部以使其沿著鋪設的感應導線方向運動，其中
. 所述的感應導線鋪設于原有的線路上，該線路上開有可供所述感應導線埋入的槽，所述感應導線鋪設成一線圈以構成一獨立回路，并且
通過直流電源供電；
所述的傳感器盒中固定有兩個不同的感應磁場強度和極性的霍耳傳感元件，該兩個霍耳傳感元件通過磁極夾住，該傳感器盒與感應導線保持一定距離，并且可沿與所述的感應導線的鋪設方向垂直的側向水平位移以產生偏差信號；
所述的調理電路對傳感器盒的輸出電壓進行處理后，輸出反映側向位移的信號給所述的A/D轉換器；
所述的A/D轉換器將調理電路輸出的信號轉換成數字信號后傳送到數字伺服驅動系統；
所述的數字交流伺服系統用于自動控制車輛行走機構的轉向走行部。
上述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其中，所述的調理電路包括分別與所述的兩霍耳傳感元件相連的放大器、分別與兩放大器相連的低通濾波器以及與該所述的兩低通濾波器輸出相連的比較器。
上述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其中，所述的夾持霍耳傳感元件的磁極由玻莫合金疊壓而成。
上述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其中，所述的傳感器盒位于感應導線上方15 20厘米處。
上述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其中，所述的感應導線所構成的線圈的寬度為100 400mm。
上述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其中，所述的鋪設于線路上的感應導線所構成的線圈的長度為500米。
本發明的有益效果是本發明通過車輛行走機構上安裝的霍爾傳感元件的電信號，產生車輛在感應導線上的偏差信號，再通過自動控制的數字伺服驅動系統去控制轉向走行部，使其沿著所鋪設的感應導線方向運動，產生類似軌道線路的運動效果。由于設置感應式導向軌的道路的地面平整，不會影響其它混跑車輛的運行；感應導線采用直流磁場來實現激磁，對外界不會產生電磁干擾和對人類健康的損傷，實現了無接觸的車輛導向，采用這種無接觸的導向方式，也可以用于站場、車間的點到點或有預定行走方向的運輸車輛的導向控制。


圖1是本發明的基于霍耳傳感器的感應式導向軌的原理示意圖；圖2是本發明的信號調理和伺服控制原理框圖；圖3a是本發明當傳感器盒位于感應導線中間位置時的磁通量分布示意圖3b是本發明當傳感器盒向感應導線一側偏移運動時的磁通量分布示意圖4是本發明的感應導線的鋪設原理圖；圖5a是雙線垂直磁通分量的強度分布圖；圖5b是單線垂直磁通分量的強度分布圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
請參閱圖1至圖5b,圖中示出了本發明的一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌，用于控制車輛行走機構(圖中未示出)的轉向走行部6，它包括淺埋于地面的感應導線1、安裝在車輛行走機構上且位于感應導線1上方的傳感器盒2、用于對傳感器盒2的輸出電壓進行處理的調理電路3、與調理電路3輸出相連的A/D轉換器4、接受來自A/D轉換器4的輸出信號的數字伺服驅動系統5，該數字伺服驅動系統5用于控制轉向走行部6以使其沿著鋪設的感應導線方向運動，其中
感應導線1鋪設于原有的線路(圖中未示出)上，該線路上開有可供所述感應導線l埋入的槽(圖中未示出)，感應導線l鋪設成一線
圈以構成一獨立回路，該線圈的寬度R依據車輛的寬窄和動態調節精度來設置，本實施例中為100 400mm，其長度D為500米，并且通過大功率的直流電源11供電以產生一個地面的恒定磁場，該直流電源11可以在道路邊建立一個堅固的密封電源盒(圖中未示出)，設備選用免維護的可靠電源，直流磁場對外界不會產生電磁干擾和對人類健康的損傷，為了保證平行感應導線1中的磁場分布基本均勻，可以通過調節感應導線1中的電流來實現；
傳感器盒2中固定有兩個不同的感應磁場強度和極性的霍耳傳感元件21，該兩個霍耳傳感元件21通過由1J79玻莫合金疊壓而成的磁極22夾住以測量出通過磁極22中的磁場大小，該傳感器盒21與感應導線l保持一定距離，它位于感應導線1上方15 20厘米處，并且可沿與感應導線1的鋪設方向垂直的側向水平位移以產生偏差信號；
調理電路3對傳感器盒2的輸出電壓進行處理后，輸出反映側向位移的信號給A/D轉換器4，該調理電路3包括分別與兩霍耳傳感元件21相連的放大器31、分別與兩放大器31相連的低通濾波器32以及與該兩低通濾波器32輸出相連的比較器33;
A/D轉換器4將調理電3路輸出的信號轉換成數字信號后傳送到數字伺服驅動系統5;
數字交流伺服系統5用于自動控制車輛行走機構的轉向走行部6。
本發明的工作原理兩根平行感應導線1中通有穩定的直流電流，其周圍將產生直流磁場，假定方向如圖l所示，當傳感器盒2位于感應導線1中間位置時，見圖1左側所示，兩個傳感器鐵心中的磁通大小相等，極性相反，見圖3a。同樣，霍耳元件21中的輸出電壓也是大小相等，極性相反；若傳感器盒2向感應導線1的一側產生偏移運動時，見圖1右側，兩個傳感器鐵心中穿過的磁通量不相等，霍耳元件21將產生不同大小的輸出電勢，見圖3b。傳感器盒2的位移越大，兩個霍耳元件21的輸出電壓的幅值之差也越大，傳感器盒2反向位移，則霍耳元件21的輸出電壓將產生相反的差值。請參見圖2，傳感器盒2的霍耳元件21的輸出電壓，經過電壓放大器31和低通濾波器32濾波后，在比較器33中求和并處理成4-20mA的電流信號，就可以經過A/D轉換器4送到數字伺服驅動系統5，用來驅動走行機構中的轉向走行部6。霍耳元件21的求和后的信號極性，反映的就是車輛相對感應導線1的偏移。
調理電路3，可以安裝在傳感器盒2上，盡量靠近霍耳元件21，以減少信號傳輸的干擾。輸出為電流信號，可以使輸出到A/D轉換器4的傳輸線長一點，同樣可以減少電壓信號的干擾。
因為感應導線1的兩根線之間的磁場的不均勻性，加之傳感器鐵心的非線性，霍耳傳感器的輸出電壓與位移的關系，有一定的非線性，可以在A/D轉換后，在數字伺服驅動系統5中加入一個反特性函數，使其線性化，數字伺服驅動系統5中寫入合適的校正網絡函數，可以使車輪獲得快速性和穩定性都較優的控制特性。
請參見圖5a和圖5b，圖5a中可見雙線電纜可以用調節電流的方向來保證兩線中的疊加磁場的均勻性，從圖5a和圖5b中可見，感應導線l間距小，激磁電流可以減小很多，間距寬則激磁電流要大許多。可以通過試驗來確定間距。
本發明通過車輛走行機構上安裝的霍爾傳感器的電信號，產生車輛在感應導線1上的偏差信號，再通過自動控制的數字伺服驅動系統5去撥動轉向行走部6，使其沿著所鋪設的感應導線l方向運動，產生類似軌道線路的運動效果。
以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
權利要求
1. 一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌，用于控制車輛行走機構的轉向走行部，其特征在于，它包括淺埋于地面的感應導線、安裝在車輛行走機構上且位于感應導線上方的傳感器盒、用于對傳感器盒的輸出電壓進行處理的調理電路、與調理電路輸出相連的A/D轉換器、接受來自A/D轉換器的輸出信號的數字伺服驅動系統，該數字伺服驅動系統用于控制轉向走行部以使其沿著鋪設的感應導線方向運動，其中所述的感應導線鋪設于原有的線路上，該線路上開有可供所述感應導線埋入的槽，所述感應導線鋪設成一線圈以構成一獨立回路，并且通過直流電源供電；所述的傳感器盒中固定有兩個不同的感應磁場強度和極性的霍耳傳感元件，該兩個霍耳傳感元件通過磁極夾住，該傳感器盒與感應導線保持一定距離，并且可沿與所述的感應導線的鋪設方向垂直的側向水平位移以產生偏差信號；所述的調理電路對傳感器盒的輸出電壓進行處理后，輸出反映側向位移的信號給所述的A/D轉換器；所述的A/D轉換器將調理電路輸出的信號轉換成數字信號后傳送到數字伺服驅動系統；所述的數字交流伺服系統用于自動控制車輛行走機構的轉向走行部。
2. 根據權利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其特征在于， 所述的調理電路包括分別與所述的兩霍耳傳感元件相連的放大器、分別與兩放 大器相連的低通濾波器以及與該所述的兩低通濾波器輸出相連的比較器。
3. 根據權利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其特征在于， 所述的夾持霍耳傳感元件的磁極由玻莫合金疊壓而成。
4. 根據權利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其特征在于， 所述的傳感器盒位于感應導線上方15 20厘米處。
5. 根據權利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其特征在于， 所述的感應導線所構成的線圈的寬度為100 400mm。
6. 根據權利要求l所述的基于霍耳傳感器的感應式導向軌，其特征在于，所述的鋪設于線路上的感應導線所構成的線圈的長度為500米。
全文摘要
本發明公開了一種基于霍耳傳感器的感應式導向軌，用于控制車輛行走機構的轉向走行部，它包括淺埋于地面的感應導線、安裝在車輛行走機構上且位于感應導線上方的傳感器盒、用于對傳感器盒的輸出電壓進行處理的調理電路、與調理電路輸出相連的A/D轉換器、接受來自A/D轉換器的輸出信號的數字伺服驅動系統，該數字伺服驅動系統用于控制轉向走行部以使其沿著鋪設的感應導線方向運動。本發明不會影響其它混跑車輛的運行，對外界不會產生電磁干擾和對人類健康的損傷，實現了無接觸的車輛導向。
文檔編號G05D1/03GK101531200SQ200810034589
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月13日 優先權日2008年3月13日
發明者尹力明, 斌 施, 陳佩青 申請人:上海軌道交通設備發展有限公司