(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定の位置標識装置に対して自動車の位置を決定する車両位置決定装置であって、
前記位置標識装置が中央長手軸を有するコイルと、該コイルによって前記長手軸の端部から半径方向ならびに円弧状に外側に向かう複数条の磁束よりなる所定周波数の磁界を生じさせる励起手段とを備え、
当該車両位置決定装置は、前記自動車上に設けられるとともに４つの同一の検知コイルよりなるセンサーユニット装置を備え、該検知コイルの各々が前記磁界の周波数に応答するとともに主軸を有し、
前記センサーユニット装置は、前記長手軸に対して横方向に延出するように、前記検知コイルの主軸が自動車上に位置する２つの平行面内に位置する状態で前記検知コイルを２対、支持する支持手段を備え、各対の１つの検知コイルの主軸が前記２つの面の一方に位置するとともに他方の検知コイルの主軸が２つの面の他方に位置し、各対の検知コイルの主軸がＸ字形に配置され、ここにおいて各対の一方のコイルの主軸が各対の他方のコイルの主軸に対し直交しているとともに、各対の前記主軸がその長さの中間部で交叉して各検知コイルの対のためのセンターを規定し、前記各対をなす検知コイルのセンターはベースラインに沿って固定の参照距離だけ離間し、前記ベースラインは前記検知コイルの各々の主軸と４５度の角度で交叉し、
前記磁界を介してその通過に応答して前記検知コイルの各々から位置信号を得る回路手段が設けられ、かつ、
前記位置信号及び前記検知コイル間の角度関係から前記位置標識装置に対する前記センサーユニット装置の位置を表示するＹとＸの座標値を算出する計算手段が設けられ、
てなる車両位置決定装置。
【請求項２】
前記２つの平行面は前記位置標識装置の前記長手軸に対して直交してなる請求項１に記載の車両位置決定装置。
【請求項３】
前記励起手段は、前記位置標識装置の前記コイルに接続された交流電源を含んでなる請求項１に記載の車両位置決定装置。
【請求項４】
前記支持手段は、実質的に平行に対向する複数の面を有するパネルを含み、前記２対の各々の一方の検知コイルが前記パネルの平行面の一方に位置するとともに前記２対の各々の他方の検知コイルが前記平行面の他方に位置してなる請求項１に記載の車両位置決定装置。
【請求項５】
前記パネルは、回路ボードにより形成されてなる請求項４に記載の車両位置決定装置。
【請求項６】
前記回路手段は、前記回路ボード上の回路要素の少なくとも一部に構成されてなる請求項５に記載の車両位置決定装置。
【請求項７】
前記対をなす検知コイルの前記センターは、前記回路ボード上に位置してなる請求項５に記載の車両位置決定装置。
【請求項８】
前記励起手段は、前記自動車により支持されるとともに前記位置標識装置の前記コイルを誘導的に励起するに適した周波数を伝達する手段を含んでなる請求項１に記載の車両位置決定装置。
【請求項９】
前記支持手段は、実質的に平行に対向する複数の面を有するパネルを含み、前記２対の各々の一方の検知コイルが前記平行面の一方に位置するとともに、前記２対の各々の他方の検知コイルが前記平行面の他方に位置してなる請求項８に記載の車両位置決定装置。
【請求項１０】
前記アンテナは、前記パネルに支持されるとともに前記対をなす検知コイルを囲むアンテナ・ループによって形成されてなる請求項９に記載の車両位置決定装置。
【請求項１１】
前記パネルは、回路ボードにより形成されてなる請求項１０に記載の車両位置決定装置。
【請求項１２】
前記アンテナは、前記回路ボード上に形成されてなる請求項１１に記載の車両位置決定装置。
【請求項１３】
前記アンテナは前記対をなす検知コイルを囲んでなる請求項１２に記載の車両位置決定装置。
【請求項１４】
前記回路手段は、フィルタ及び前記検知コイルの各々からの信号を増幅する増幅器と、その増幅された信号の各々をアナルグからデジタル形式に変換する手段を含み、前記計算手段は変換された信号が供給されるマイクロプロセッサを含んでなる請求項１３に記載の車両位置決定装置。
【請求項１５】
固定の位置標識装置に対する自動車の位置を検出するために自動車に搭載されたセンサーユニット装置であって、
２対の検知コイルを備え、各検知コイルが長手軸を有し、前記対をなす検知コイルの各々がＸ字形に配置され、ここにおいて、それらの長手軸が中間位置で互いに直交し、前記対をなす検知コイルの各々のセンターを規定し、前記対をなす検知コイルをそれらのセンターがベースラインに沿って固定の参照距離だけ離間した状態で取付ける手段を備え、前記ベースラインに対し前記検知コイルの各々の長手軸が４５度の角度で交叉し、前記対をなす検知コイルの各々の長手軸が共通の中央面に対して平行に両側に対向して位置した状態におかれ、
更に、前記検知コイルの各々に、それから位置信号を得るために接続された回路手段と、
前記位置信号及び前記固定の参照距離から、前記自動車の位置を表示するＹとＸの座標値を得る手段と、
を備えてなるセンサーユニット装置。
【請求項１６】
前記共通の中央面は回路ボードによって形成されてなる請求項１５に記載のセンサーユニット装置。
【請求項１７】
前記回路手段は前記回路ボード上の少なくとも一部に設けられてなる請求項１６に記載のセンサーユニット装置。
【請求項１８】
前記回路ボードはアンテナを有してなる請求項１７に記載のセンサーユニット装置。
【請求項１９】
前記アンテナは前記対をなす検知コイルを囲むとともに前記共通面内に実質的に位置付けられてなる請求項１８に記載のセンサーユニット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固定の位置標識装置に対して自動車の位置を決定する装置及びそのためのセンサーユニット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来においては、この種の車両位置決定装置及びそのためのセンサーユニット装置として、構造が複雑であり、又、簡単な構成のものでは精度上の問題があった。
【０００３】
従って、本発明は、構成が簡単であるに拘らず、より高精度の位置決定を果すことのできる車両位置決定装置及びそのためのセンサーユニット装置を提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
当該位置標識装置は、センサーユニット装置によって検知される磁界を発するように励磁されるコイルを有し、該センサーユニット装置は自動車に搭載されるとともに位置情報を与える。該情報は標識装置とセンサーユニット装置との相対位置を示すＸ，Ｙ座標の形態のものが望ましい。
【０００５】
位置標識装置は、交流電源により励磁されるコイルでもよいし、又は該装置は、通常、自動車上のトランスミッタから、交流磁界によって誘導的に励磁されるコイルを有する不活性の装置であるトランスポンダであってもよい。トランスポンダは市販で入手可能であるが、磁界を生じさせるのに加えて、ユニークな同一確認信号を生じさせる。このような装置はコード化トランスポンダと称され、ある所定の位置に対して自動車の位置を決定するのにオプションとして採用される。ここにおいて、「自動車」とは自動案内車両（ＡＧＶ）のような車両のみならず他の車両、例えばフォークリフト・トラックのフォークや牽引車の可動カプラーなども含まれる。
【０００６】
本発明に係る車両位置決定装置においては、前記位置標識装置が中央長手軸を有するコイルと、該コイルによって前記長手軸の端部から半径方向ならびに円弧状に外側に向かう複数系の磁束よりなる所定周波数の磁界を生じさせる励起手段とを備えている。又、当該車両位置決定装置は、前記自動車上に設けられるとともに４つの同一の検知コイルよりなるセンサーユニット装置を備え、該検知コイルの各々が前記磁界の周波数に応答するとともに主軸を有する。前記センサーユニット装置は、前記長手軸に対して横方向に延出するように、前記検知コイルの主軸が自動車上に位置する２つの平行面内に位置する状態で前記検知コイルを２対、支持する支持手段を備え、各対の１つの検知コイルの主軸が前記２つの面の一方に位置するとともに他方の検知コイルの主軸が２つの面の他方に位置する。そして、各対の検知コイルの主軸がＸ字形に配置され、ここにおいて各対の一方のコイルの主軸が各対の他方のコイルの主軸に対し直交しているとともに、各対の前記主軸がその長さの中間部で交叉して各検知コイルの対のためのセンターを規定する。各対の検知コイルのセンターはベースラインに沿って固定の参照距離だけ離間し、前記ベースラインは前記検知コイルの各々の主軸と４５度の角度で交叉している。前記磁界を介して、その通過に応答して前記検知コイルの各々から位置信号を得る回路手段が設けられ、かつ、前記位置信号及び前記検知コイル間の角度関係から前記位置標識装置に対する前記センサーユニット装置の位置を表示するＹとＸの座標値を算出する計算手段が設けられている。
【０００７】
好ましくは、対をなす検知コイルがパネル上に設けられ、該パネルが実質的に、平行な対向面を有し、前記２対の各々の一方の検知コイルが前記パネルの平行面の一方に位置するとともに前記２対の各々の他方の検知コイルが前記平行面の他方に位置する。このパネルは、回路ボードによって形成してもよく、この回路ボード上には、前記検知コイルの各々から位置信号を得るための回路手段の少なくとも一部が設けられる。
【０００８】
位置標識装置がトランスポンダよりなる場合には、励起手段は自動車により支持されるとともに前記トランスポンダのコイルを誘導的に励起するに適した周波数信号を伝達するためのアンテナを備える。このアンテナは、回路ボード上に形成されるとともに対をなす検知コイルを囲む連続したループよりなる構成が望ましい。
【０００９】
本発明に係る車両位置決定装置が自動車自体の位置決定のために採用される場合には、検知コイルの主軸が位置する平行面は位置標識装置の長手軸に対して直交した位置におかれるのが望ましい。
【００１０】
上記構成の本発明によって、構成が簡単であるにも拘らず高精度の位置決定を果すことのできる車両位置決定装置及びそのためのセンサーユニット装置を提供できる。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１２】
【実施例】
図１は位置標識装置１０を示し、該装置１０は中央長手軸１２を有するコイルより成る。該長手軸１２は図面に対して直角となっている。コイルがリード線１５，１６を介してコイルに接続された交流電源１４により励起された場合、数条の磁束１８によって形成される磁界を発生させる。該磁束１８は長手軸１２の端部から半径方向及び円弧状に外方に向かっている。この数条の磁束の円弧のパターンは図２に更に詳しく示されている。図１には、僅かの磁束のみ示してある。実際において、これらの磁束の数は無数である。図１に示すように、上方より見た場合、該磁束はセンターの径がゼロの不定サイズのドーナツ形状をした磁界を形成する。
【００１３】
図２には他の形状の位置標識装置２０が示されており、これらトランスポンダより成る。該トランスポンダはコイル２２及びオプションとしてコイル２２の出力を制御するマイクロ回路２４を含む。通常、トランスポンダは不活性の装置である。コイル２２が適当な周波数の外部電源によって誘導的に励起されると、磁界が発生し、これはコイル２２の対向端部から延出した複数条の磁束２６によって形成される。マイクロ回路２４はコード化されたタイプのトランスポンダに組込まれ、少なくとも定期的に伝達されるユニークな情報信号を生じさせる。このようなコード化されたトランスポンダは市販で入手可能であり、例えばテルソール・コーポレーション（Ｔｅｌｓｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の製品である「テルソール（ＴＥＬＳＯＲ）モデル１７８７」が挙げられる。位置標識装置１０又は２０は、自動車のナビゲーション・システムに採用される場合、通常、その長手軸が自動車の走行する面２８（図２）に対して直角となる状態で設けられる。
【００１４】
本発明に係るセンサーユニット装置３０が図３及び図５に示されている。このセンサーユニット装置３０は、４つの同一の検知コイルＡ−Ｄを有し、各検知コイルは標識装置の磁界の周波数に応答するとともに各々、主軸３２を有する。これらの検知コイルは、好ましくはパネルで形成されたセンサー回路ボード３４上に支持されている。これら検知コイルはＡ及びＢとＣ及びＤの２つの対をなす構成となっている。検知コイルＡ−Ｄの主軸３２は、センサーユニット装置が自動車に搭載された場合、標識装置の長手軸に対して横方向に延出する２つの平行面３５，３６（図５）内に位置する。コイルＡとＤの各々の主軸が、これら２つの平行面３５，３６の一方の面内に位置するとともにコイルＢとＣの各々の主軸が２つの平行面３５，３６の他方の面内に位置する。図３及び図５に示された構成において、センサー回路ボード３４は実質的に平行な対向面３８，３９を有し、コイルＢ，Ｃは、これらの面３８の一方に設けられるとともにコイルＡ，Ｄはこれらの面３９の他方に設けられている。
【００１５】
各々対をなす検知コイルＡ−Ｂ及びＣ−Ｄの主軸はＸ字形に配置されている。ここにおいて、各対の一方のコイルの主軸は各対の他のコイルの主軸に対して直角に延出している。又、コイルＡ，Ｂの主軸は、その長さの中間位置で互いに交叉し、対をなす検知コイルＡ，Ｂのセンター４０を規定する。同様に、コイルＣの主軸はその長さの中間位置でコイルＤの主軸と交叉し、対をなす検知コイルＣ，Ｄのセンター４２を規定する。対をなすコイルのセンター４０，４２はベースライン４４に沿って固定した参照距離だけ離間している。このベースライン４４は検知コイルの各々の主軸と４５度の角度交叉している。
【００１６】
トランスポンダ２０の形状の標識装置が用いられる場合、トランスポンダがその信号を伝達するために励起エネルギが必要である。このエネルギはアンテナ４６から、あるいは回路ボードパネル３４上に形成される励起ループから供給されるのが望ましい。アンテナ４６は検知コイルＡ−Ｄの主軸と実質的に同一平面にある。又、アンテナにより生じたエネルギの線は主としてパネル３４の面に対して直角である。アンテナのループは検知コイルＡ−Ｄを囲み、回路ボードパネル３４の面はトランスポンダのコイルの主軸に対して横方向に延出しているので、トランスポンダはセンサーユニット装置の検知領域内で作動される。
【００１７】
本発明を更に説明するために、図３のパネル３４を８インチ×１６インチ（２０．３２ｃｍ×４０．６４ｃｍ）の選択された検知領域をベースとする矩形の座標で規定した。２つの対をなすコイルのセンター４０，４２の間のベースライン４４の中間点４８の距離（この例では８インチ（２０．３２ｃｍ）の距離を示す）はＸ座標のゼロ点である。この点４８の上方で縦に位置５０がおかれ、これはコイルＢ，Ｃの主軸の交点により規定される。この点５０はＹ座標上の４インチ（１０．１６ｃｍ）点を表わす。コイルの主軸に沿って磁力源から直接、検知コイルＡ−Ｄの任意の１つによって最大の信号を受ける。同様に、最小の信号はコイルの主軸に対して直角の磁力源から受ける。
【００１８】
４つのコイル及びそれらの標識から信号をセパレートに保つために、各コイルの「前」方向はコイルの主軸に平行で、パネル３４の所望の検知領域に規定される。この前方向は図３において矢印５２で表わされている。コイルＡの前で、かつコイルＢの左側（左舷）に源から受ける信号はコイルＡ信号の標識をマイナスと規定する。同様に、コイルＤの前でコイルＣの右側（右舷）に源から受ける信号はＤ信号の標識をマイナスと規定する。コイルＢからの標識は、信号源がコイルＢの前でコイルＡの右側（右舷）であればプラスである。コイルＣからの信号の標識は信号源がコイルＣの前でコイルＤの左側（左舷）であればプラスである。
【００１９】
これら４つのコイル信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの標識及び量ならびに２つの三角関数の数式をベースとして、「Ｘ」変位（プラス又はマイナス８インチ（２０．３２ｃｍ））及び「Ｙ」変位（０〜８インチ（２０．３２ｃｍ））が、図４を参照して以下に述べるように算出される。ここに示す三角形は、コイルＡ−Ｂ及びＣ−Ｄの対のセンター４０，４２の間の距離に等しい基準距離を有する。換言すれば、この「距離」と表わした線は図３のベースライン４４と同じである。
【００２０】
用いられた第１の三角関数の数式によれば、三角形の高さは、そのベースとその２つのベース角度の値から数１の数式として求められる。
【００２１】
【数１】
0003579845.tif 000002
【００２２】
三角形の高さが所望のＹ変位を表わすとともにそのベースは対をなす検知コイルの間の知られた８インチ（２０．８２ｃｍ）距離の場合、Ｙ変位は、２つのベース角度（α，β）が知られているなら算出できる。この場合、問題は、これらの角度が、図３に示すように２つの角度の組合せである。すなわち次式、数２の通りである。
【００２３】
【数２】
0003579845.tif 000003
【００２４】
検知コイルの２対の出力（Ａ，Ｂ，Ｃ又はＤ）から
ｃｏｔ（ガンマ左舷）＝Ｂ／Ａ及びｃｏｔ（ガンマ右舷）＝Ｃ／Ｄが知られる。
【００２５】
用いられる第２の三角関数の数式は以下の数３の通りである。
【００２６】
【数３】
0003579845.tif 000004
【００２７】
この数式は、これらの角度のマイナス値が用いられるなら角度ガンマ（左舷）及びガンマ（右舷）のコタンジェント（ｃｏｔ）によって所望のアルファ及びベータのコタンジェント（ｃｏｔ）を与える。
すなわち、  ｃｏｔ（−ガンマ左舷）＝Ｂ／Ａ  及び
ｃｏｔ（−ガンマ右舷）＝Ｃ／Ｄ
において、数式、数４及び数５が得られ、故に数式、数６が得られる。
【００２８】
【数４】
0003579845.tif 000005
【００２９】
【数５】
0003579845.tif 000006
【００３０】
【数６】
0003579845.tif 000007
【００３１】
三角形のベースの距離がインチの単位であり、検知コイルの出力の単位がないので、結果のＹの値はインチである。Ｙが知られると、Ｘの値は次式、数７又は数８により算出される。
【００３２】
【数７】
0003579845.tif 000008
【００３３】
【数８】
0003579845.tif 000009
【００３４】
上記各式を代入することによって、次式、数９が得られる。
【００３５】
【数９】
0003579845.tif 000010
【００３６】
アルファ（α）又はベータ（β）が極めて小さくなったときの正確性を改善するために、アルファ及びベータの式が加えられ、その結果がＸを求めるために以下の２つの式、数１０に分けられ、数式、数１１が得られる。
【００３７】
【数１０】
0003579845.tif 000011
【００３８】
【数１１】
0003579845.tif 000012
【００３９】
図６は標識装置の磁界を通して、その通過に応答して検知コイルＡ−Ｄの各々から位置信号を得るための回路手段を概略示してある。コイルＡ−Ｄによって検知される磁界は、励起領域に比較して極めて小さいので、コイル信号をこれらが信号処理回路ボード５４へ送信する前に改善するためにセンサー回路ボード３４上にフィルタ及びアンプが設けられる。このセンサー回路ボード３４上には又、アンテナループパワーソース５６及びキャリブレーション回路５８が設けられている。コイルＡ−Ｄからの４つの信号は信号処理ボード５４上の更なるフィルタを通る。標識装置がコード化されたトランスポンダの場合、コイルＡ−Ｄからの４つの信号はアンプ６０で集められて第５の信号を発生し、これがトランスポンダのユニークな同一確認コードを引き出すのに用いられる。次いで、この信号はワイドバンド・フィルタ６２に通され、周波数コード情報を保存する。コイルＡ−Ｄからの４つの信号は４つの独立した狭いバンドのフィルタ６４に通され、標識装置からの位置情報のみを保存する。次いで、４つの位置信号が４チャンネルのＡＤ（アナログ／デジタル）コンバータ６６によって同時に検出される。第５の信号はコンバータ６６のフェーズ・レファレンスとして用いられる。この処理により４つの位置信号の標識と増幅を得る。
【００４０】
コード化されたトランスポンダ２０は周波数コードに続いて単一の周波数を伝達するようにプログラムされている。この単一の周波数は、コードが再び伝達される前のわずかな時間維持される。単一の周波数によって４つの位置信号の正確な測定が可能となる。信号処理ボード５４上に設けられたマイクロプロセッサをなすマイクロコンピュータ６８は４つの位置信号を測定する前に、まず、トランスポンダのコードをデコードする。正確性を改善するために、位置信号のマルチ測定が単一の周波数時間の間に平均化される。マイクロコンピュータ６８は、次いで、上述した数学的三角関数の手段によってトランスポンダ２０の位置を決定する。そして、マイクロコンピュータ６８は、トランスポンダ・コード及びＸ，Ｙ座標の位置を制御すべき自動車又はその構成部の仕様に応じて用いられるナビゲーションのコンピュータや他の装置等の被送信部に送信してこれを制御する。
【００４１】
図７及び図８は、本発明を自動案内車両（ＡＧＶ）の制御に適用した態様を示すものである。図７に示すように、フロント側で、操縦可能なドライブホイール７１を有する３ホイール型ＡＧＶのレア側ホイール７０の後方にセンサー回路ボード３４が搭載されている。このＡＧＶの側面から見た態様は図８に示してある。センサー回路ボード３４は信号処理回路ボード５４に接続され、そのマイクロコンピュータ６８の出力は運動制御ボード７２に供給される。この運動制御ボード７２は、又、ステアリング・エンコーダ７４から入力信号も受ける。該エンコーダ７４は操縦可能なホイール７１の角度位置を与える。又、該ボード７２は、スタート点から車両により走行される距離の与える距離エンコーダ７６からの入力信号も受ける。センサー回路ボード３４がトランスポンダ２０の近くを通過すると、その結果、検知コイルＡ−Ｄからの信号が信号処理回路ボード５４において処理され平均値が出される。本発明のここにおける適用において、出力信号は、Ｙ座標信号の値がおおむね４インチ（１０．１６ｃｍ）の時に通常決定される。これは、センサー回路ボード３４の幾何学的センターあるいは位置５０がトランスポンダ２０の長手軸に最も接近することを示すからである。その結果、Ｘ，Ｙ座標値が運動制御ボード７２に供給され、そのボード７２がＡＧＶに対して適切なコース修正を決定し、この情報をステアリング機構に与える。
【００４２】
本発明の他の適用例としてＸ，Ｙ座標値は自動車上の分離した構成部を制御するのに採用してもよい。例えば、もし、トランスポンダを備えたロード又はパレットに対してフォークリフト・トラックを位置付けるのに本発明を適用する場合には、Ｘ座標の出力信号の値は、ロードに対して車両を操縦あるいは整合させるために用いることができる。Ｙ座標の信号はフォークをロードから所望位置に縦方向に引き上げて位置付けるのに用いることができる。
【００４３】
その他、本発明は種々適用可能であり、実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置標識装置のコイルより発生する磁界のパターンとともに示すコイルの概略平面図である。
【図２】トランスポンダの構成よりなる位置標識装置を、そのコイルより発生する磁界のパターンとともに示す概略側面図である。
【図３】本発明のセンサーユニット装置を、検知コイル、その間の角度関係及び位置標識装置の磁界とセンサーユニット装置との間の特定の関係とともに略示した平面図である。
【図４】検知コイルと位置標識装置の磁界との間の数学的関係を説明するために用いる三角形の図である。
【図５】図３のセンサーユニット装置の側面図である。
【図６】本発明のセンサーユニット装置に採用した回路構成部のブロック図である。
【図７】ＡＧＶなどの自動車上に搭載された本発明のセンサーユニット装置の概略平面図である。
【図８】ＡＧＶの運動を制御するために他の構成部と組合せた態様で本発明のセンサーユニット装置を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１０  位置標識装置
２０  位置標識装置（トランスポンダ）
３０  センサーユニット装置
３２  主軸
３４  センサー回路ボード
４０，４２  センター
４４  ベースライン
４６  アンテナ
５４  信号処理回路ボード
７２  運動制御ボード
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  検知コイル
【図１】
0003579845.tif 000013
【図２】
0003579845.tif 000014
【図３】
0003579845.tif 000015
【図４】
0003579845.tif 000016
【図５】
0003579845.tif 000017
【図６】
0003579845.tif 000018
【図７】
0003579845.tif 000019
【図８】
0003579845.tif 000020