(2)注意到当时,A一定在载流导线的左侧;当时,A、B分列载流导线两侧;当时,B一定在载流导线的右侧。因此:
另两个量可通过(11)式解得。
当道路不是直线时,因为垂直线圈中的感应电压在导线两侧衰减得比较快,所以远处载流导线的形状对它的影响较小。图7是在h=0.1m时,通过数值仿真获得的直道、1m半径弯道、0.5m半径弯道的BX的曲线,可见,半径大小对BX的影响基本可以忽略,因此上述推导仍然可以近似成立。
综上,通过并排放置的两个垂直线圈,可以确定载流导线与两个垂直线圈连线交点在小车坐标系中的位置。
基于混合布置的道路估计
道路形状的变化对BX没有太大的影响,但是对BZ的影响怎么样呢?图8显示了通过有限元数值仿真获得的当h=0.1m时,直道上、半径分别为1m、0.5m的弯道上BZ随x的变化曲线(其中0.4以左是弯道内侧)。从图中可见,弯道半径对弯道内侧不太靠近导线地方的BZ有近乎线性的影响,并且这种影响在相应的区域(图中的0~0.35区间)几乎不改变。因此,考虑在对称安装的垂直线圈旁边同时附带安装一个水平线圈,构成混合布置的检测方式,比如在A、B两点。
假如A两点水平线圈在某一位置实际的感应电动势的有效值为U'AZ。另外,根据(4)式,可以推出在该位置上,相应长直载流导线激发的感应电动势的有效值U'AZ为:
k是一个比例常数,可以由实验测定,q是道路(长直导线)与车体坐标系Y轴的夹角,同样,在近似估计中可以忽略不计。令:
则,当DUA>0时,A点在弯道的内侧,DUA<0时,A在弯道的外测,在实际应用中,考虑到检测误差,不等号的右边应为大于0的常数,可以根据情况选择。根据图8,还可以有下列弯道半径估计公式:
其中a应根据实验确定,在DUA的不同区间内,确定不同数值。
传感器布局的若干原则及举例
从上文的分析中,可以得到一些传感器线圈排布的原则。两个垂直线圈和两个水平线圈组合在一起,可以独立地获得比较丰富的信息,因此可以在应用中将它们作为一个传感器组。由图3可知,线圈高度h要合适,h太小,磁场强度导线X轴原点附近很集中,浪费了传感器的测量范围,且对X轴远端的测量不利;太大,则磁场强度太小,不容易测量,并且曲线变化平缓,不利于提高距离测量的分辨率。图8也显示的|x|
图9是传感器线圈排布的一个例子,位置参数如图所示,高度统一排布在8cm的水平面上,使用了5组×4共20个电感线圈,分成四排,车前三排,车尾一排。车前传感器距离逐排拉开,最前排拓展到24cm,为了提高其检测精度,使用了两个传感器组。车前直接探测距离20cm,最前排线圈预测距离10~30cm,因此该布局方案可以感知车前30~50cm的路线,加上车身长度约20cm,因此总共可以获得赛车前后50~70cm范围内的道路信息,基本可以满足以3~5m/s运行的赛车控制要求。