JP6842462B2 - 電気道路システムで使用可能な車両の装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定導体と車両との間で集電装置を介して電力を伝達できる、電気道路システム（ＥＲＳ）で使用可能な車両の装置及び方法に関する。本発明は、電力伝達前及び電力伝達中に、固定導体に対して集電装置を正しい位置に配置することを容易にする。

本発明は、トラック、バス及び建設機械などの大型車両に適用することができる。トラックに関して本発明を説明するが、本発明はこの特定車両に限定されず、乗用車、バン、ピックアップトラック及び小型輸送車両などの他の車両にも適用することができる。車両としては、電気車両やハイブリッド電気車両であってもよい。

本発明は、路上車両に主に適用可能であるが、ホイールローダ、多関節型ホーラー、掘削機及びバックホーローダなど、工業用建設機械や建設機械の分野にも適用可能である。

架空電力線や電力レールに対してピックアップシューなどを配置するために、架空電力線や道路の電力レールなどの固定導体を検知及び探知することは、軌道にとらわれない車両（non-track bound vehicle）の問題となり得る。電力レールの場合、電力レールの存在を検知するために初期走査が行われ、次に電力レールのより正確な位置を検知することによって、ピックアップシューの配置を可能にする。

電力レールを検知する様々な方法が提案されている。１つの方法は、１つ以上の誘導金属検知器の使用を必要とする。金属検知器の問題は、最大検出距離が５〜１０ｃｍの範囲に限定されることにある。これによって、金属検知器は、電力レールの存在を検知するための初期走査には不向きとなる。他の方法は、５〜１０ｃｍの横方向位置精度がある、カメラベースの視覚システムの使用を必要とする。しかしながら、電力レールは約１０ｃｍの幅を有するので、解像度の向上にはコスト（price tag）がかかるため、カメラの解像度が問題となる。また、前方又は下方を向くカメラベースの視覚システムは、清潔かつきれいに保たれなければならず、フロントガラスの後ろに置く必要がある。雪、氷、弱光、日陰などの周囲条件は、視覚システムに関連する他の課題である。

信号線の誘導追跡を使用して装置又は車両を制御することは、米国特許第３９２４０８４号明細書に記載されているように、自律型トラック又はトロリーバスからよく知られている。この装置は、架空線に使用され、信号線における交流電流（ＡＣ）の信号強度の検出を必要とする。信号線における交流電流のパルス、及び、オプションで平行な直流電流（ＤＣ）の電力線の磁界を使用して、ピックアップシューが所定の位置に案内される。このシステムは信号強度のみを使用して動作するので、最初には、システムの精度は比較的低くなる。信号線を囲む磁界の信号強度は、受信アンテナへの横方向距離及び上下方向距離によって変化するだけでない。信号線周囲の材料の誘電特性及び磁気特性のような他の特性によって、受信信号強度のひずみの原因となる。従って、ピックアップアームは、信号線に十分近づいてより正確な位置を検知するまで、信号線を探し求める。

本発明の目的は、短い検出範囲を有するセンサを使用して上記問題を解決し、正確な精密追跡だけでなく、道路レール（road-rail）を見つける初期走査に適した手段を提供することである。本発明の他の目的は、周囲条件にかかわらず、電力レールを見つけて追跡することができる手段を提供することである。

本発明の目的は、固定導体と車両との間で集電装置を介して電力を伝達できる、電気道路システム（ＥＲＳ）で使用可能な車両から、固定導体を検知する装置及び方法を提供することである。この目的は、添付の特許請求の範囲に記載された装置及び方法によって達成される。

以下の説明では、道路電力レール又は道路レールについて本発明を説明する。しかしながら、本発明は、普通「固定導体」と呼ばれる適用可能な電力レール及び架空電力線の両方について使用するのに適している。道路電力レールは、路面の１つ以上のレーンに対して完全に又は部分的に埋設されてもよいし、車両の片側（one side）に沿ってレーンに近接して平行に配置されていてもよい。

固定導体に接触して固定導体と車両との間で電力を伝達するために使用される集電装置又は集電器は、場合によっては「ピックアップシュー」と呼ばれることがある。固定導体は、直流電流用の２つの導体を含むものとして説明するが、本発明は、この例に限定されず、交流電流にも用いることができる。

固定導体、特に道路レールは、比較的短い所定長さに細分化することができる。人や動物などが作動中の導体と接触する危険性を避けるため、車両が区間を通過するときに、各区間にエネルギーを供給することができる。このような電気道路システム（ＥＲＳ）は、当技術分野では公知であり、詳細には説明しない。

本発明の第１の態様によれば、この目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。この方法は、車両の前後方向に延びる固定電流導体に対する車両の集電器の誘導配置に関する。この車両には、収納された非作動の第１の位置と電流導体と接触する作動の第２の位置との間で変位するように構成された集電器が備えられている。車両には、車両の少なくとも上下方向に集電器を移動させる配置手段が備えられている。

本明細書において、集電器の変位可能なアーム又はホルダーとして、配置手段を説明する。このアームは、直線又は車両の枢軸に対して円弧経路のいずれかで上下方向に変位することができる。このようなアームの配置手段は、直線又は車両の枢軸に対して円弧経路のいずれかで、車両の横方向にアームを変位させる手段も備えている。その代わりに、横方向配置手段は、車両の電子制御可能なステアリングシステムに接続された、適切な制御手段を備えることができる。電気導体に対する車両の横方向の配置は、一対の操舵可能な車輪を使用して行うことができる。この配置はまた、例えば、車両を横方向に移動させて、集電器を保持する変位可能なアームの横方向の範囲内に電流導体を移動させなければならない場合、上記手段の組み合わせを使用して行うことができる。

本発明に係る方法は、
電流導体の長手方向に沿って配置された信号送信器を使用して、所定の位相特性を有する信号を送信するステップと、
少なくとも１つの垂直アンテナを含む車両の信号受信器を使用して、送信された信号を検出するステップと、
車両の横方向における垂直アンテナと信号送信器との相対位置を示す、少なくとも１つの垂直アンテナで誘起された信号の位相特性を検出するステップと、
受信した信号に応じて配置手段を制御するステップと、
を実行することを含む。

所定の位相特性を有する信号の送信及び検出を含むこの方法の利点は、電気導体の正確な位置だけでなく、アンテナが電気導体に近づく方向も検出可能であることである。他の利点は、この方法によって、単一の垂直アンテナで電気導体を検出して追跡するのに十分であるため、最小の検出器を使用して、電気導体を検出して追跡することができることである。

一例によれば、この方法は、所定の非対称の位相特性を有する連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を信号送信器に送信することを含んでいる。この信号は、信号受信器に誘導され、検出信号の位相特性を特定して垂直アンテナの位置、ひいては信号送信器に対する集電器の位置を特定する。信号を送信する電流導体の正確な位置は、垂直アンテナが電流導体の上方に位置するときに生じる位相反転の信号を監視することによって特定される。信号受信器は、所定の非対称の位相特性を有する信号を受信することを期待しており、現在検出されている信号の非対称部分の位相をさらに監視する。例えば、信号受信器が期待信号（expected signal）に整合できる信号を検出すると、垂直アンテナが電流導体の第１の側（a first side）に位置している。信号受信器が期待信号に整合できるが、期待信号と位相が１８０°ずれた信号を検出すると、垂直アンテナが電流導体の反対側である第２の側（a second side）に位置している。配置手段は、受信信号に応じて制御され、集電器及び車両の少なくとも一方が横方向に変位されて、電流導体に対して集電器を配置する。

他の例によれば、この方法は、所定の位相特性を有する連続的又は反復する周期的な非対称のパルス列を含んだ信号を信号送信器に送信することを含んでいる。上述の連続的又は周期的なパルス列は、振幅変調パルス列（amplitude modulated pulse trains）とすることができる。

他の例によれば、この方法は、デジタル変調方式によって生成された連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を送信することを含んでいる。例えば、送信信号（transmitted signal）は、位相偏移変調（ＰＳＫ）によって生成することができる。位相偏移変調又はＰＳＫは、この場合には、送信信号である基準信号の位相を変更又は変調することによってデータを伝達するデジタル変調方式である。どのデジタル変調方式でも、有限個の異なる信号を使用してデジタルデータを表す。ＰＳＫは、それぞれに二進数のユニークなパターンが割り当てられている、有限個の位相を使用する。通常、各位相は、等しいビット数を符号化する。ビットの各パターンは、特定の位相によって表されるシンボルを形成する。変調器によって使用されるシンボルセット用に特別に設計された復調器は、受信信号の位相を特定し、シンボルに位相をマッピングして元のデータを復元する。これは、受信信号の位相を基準信号と比較できる受信器を必要とする。このようなシステムは、コヒーレント（coherent）と呼ばれ、ＣＰＳＫと呼ばれる。

他の例によれば、この方法は、フーリエ級数を含んだ連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を送信することを含んでいる。数学では、フーリエ級数は、単純な正弦波の和として、波形のような関数を表す方法である。より正式には、フーリエ級数は、可能であれば、周期的な関数又は周期的な信号を無限の単純な振動関数、即ち、正弦及び余弦又は同等に複雑な指数に分解する。本発明に係る方法で使用するのに適したフーリエ級数は、非正弦波形である。非正弦波形は、純粋な正弦波ではない波形である。非正弦波形は通常、単純な数学関数から導出される。純粋な正弦波は、単一の周波数から構成されているが、非正弦波形は、異なる周波数の複数の正弦波を含んでいると見做すことができる。これらの成分の正弦波は、基本周波数又は最低周波数の整数倍になる。各成分の周波数及び振幅は、ここでは説明しないフーリエ解析として知られている数学的手法を使用して求めることができる。非正弦波形の一例としては、方形波、矩形波、三角波、スパイク波、台形波及びのこぎり波を含んでいる。適切な波形の例を以下でさらに説明する。

他の例によれば、この方法は、擬似ランダムノイズシーケンス（a pseudo-random noise sequence）を含んだ連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を送信することを含んでいる。擬似ランダムノイズ（ＰＲＮ）は、統計的ランダム性（statistical randomness）の１つ以上の標準テストを満たすノイズに類似した信号である。擬似ランダムノイズには明確なパターンがないように思われるが、擬似ランダムノイズは、所定期間後に、それ自身を繰り返す確定的なシーケンスパルスから構成されている。

他の例によれば、この方法は、周波数変調パルス列を含んだ連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を送信することを含んでいる。搬送波の離散的な周波数変化によってデジタル情報が伝送される１つの周波数変調方式は、周波数偏移変調（ＦＳＫ）と呼ばれる。最も単純なＦＳＫは、バイナリＦＳＫ（ＢＦＳＫ）である。ＢＳＦＫは、一対の離散的な周波数を使用して、０及び１を使用してバイナリ情報を伝送する。この方式では、「１」はマーク周波数と呼ばれ、「０」は空間周波数と呼ばれる。

他の例によれば、この方法は、横方向に離間された少なくとも２つの垂直アンテナにおいて誘起された信号を検出することと、各信号の位相特性を比較して信号送信器に対する集電器の位置を特定することと、を含んでいる。複数の垂直アンテナを使用することは、電流導体の探知精度を向上させることができるという利点を有する。例えば、電流導体の探知は、比較的高速で電流導体に向かって横方向に集電器を初期変位させることによって高速化することができる。集電器が電流導体に近づいていることを複数の垂直アンテナからの検出信号が示すとき、横方向への変位は、比較的低速に向かって減速することができる。電流導体の追跡は、複数の垂直アンテナを使用して、補正が必要となる前に、横方向における集電器の所定の許容可能な変位を可能にすることで改善することができる。

他の例によれば、この方法は、少なくとも１つの垂直アンテナにおいて誘起された信号の位相特性、位相偏移及び振幅を検出することを含んでいる。信号の位相特性及び位相偏移は、信号送信器の長手方向に対する垂直アンテナの位置を示している。受信信号の検出振幅（detected amplitude）は、送信信号の振幅と比較され、１つ以上の垂直アンテナと電流導体との間のおおよその距離に関連した付加情報を提供する。そして、この情報は、追跡動作中、電流導体に対する集電器の配置のために使用することができる。

本発明によれば、ＥＲＳ集電器の探知及び追跡は、２ステップで実行される。最初に、集電器は、地表から比較的高く後退したアイドリング位置にある。このアイドリング位置から、集電器のセンサ装置が電力レールの存在を識別するように構成されており、その後、集電器が、少なくとも部分的に降下されて、信号強度が増加するにつれて電力レールを追従するように動かされる。この第１のステップは、電力レールの存在を識別することに続いて、集電器が路面に向かって徐々に降下するように、電流伝導性の電力レールを走査して見つける段階を含んでいる。集電器は、第１の位置と第２の位置との間の中間位置へと略上下方向に変位することができる。その代わりに、集電器は、中間位置を通過して第２の位置に向かって連続的に移動して変位することができる。

集電器は、車両に対して略上下方向に変位するか、車両に対して略上下方向かつ略横方向に変位することができる。その変位が上下方向のみである場合、集電器を制御するコントロールユニットはまた、集電器の横方向の配置のために車両を操舵すべく、車両のステアリングシステムに接続されなければならない。その代わりに、集電器自体は、上下方向及び横方向の両方に変位することができる。これは、上下方向変位を制御する第１のアクチュエータ、及び、横方向変位を制御する第２のアクチュエータによって達成することができる。いずれのアクチュエータも、直線経路又は枢軸に対する曲線経路に沿って、集電器を変位させるように構成することができる。車両に対する集電器の上下方向変位及び横方向変位に適したアクチュエータの例としては、１つ以上の空気シリンダ若しくは油圧シリンダ、直線電動モータ若しくは回転電動モータ、又は、適切な機械的なアクチュエータを含むことができる。

第２のステップは、機械的かつ電気的に、電流導電性の電力レールに接触する第２の位置へと、部分的に降下された中間位置から、又は、その中間位置を通過して連続的に集電器を降下させることを含んでいる。第２のステップ中、上下方向及び横方向の変位並びに電流導体の正確な探知は、精密な追跡を必要とする。この精密な追跡状態では、特に、集電器が第２の位置で作動状態にあるとき、追跡制御及び変位制御は、センチメートルの精度で実行される必要がある。電流導体の探知は、１つ以上の信号受信器からの少なくとも１つの検出信号を使用して実行される。この信号は、配置手段を制御して、集電器を少なくとも横方向に動かして電流導体を追跡するために使用される。上述したように、送信信号は、少なくとも１つの垂直アンテナにおいて誘起される。

本発明の第２の態様によれば、この目的は、添付の特許請求の範囲に記載の装置によって達成される。この装置は、電流導体と車両との間の電力伝達に関する。この装置は、車両に搭載され、収納された第１の位置と電流導体に接触する作動中の第２の位置との間で変位するように構成された集電器を備えている。この装置はまた、車両の少なくとも上下方向に集電器を動かす配置手段を備えている。信号送信器が、信号送信器の延伸された延設部として動作する電流導体に接続され、信号受信器が、車両に配置されて、信号を送信する電流導体からの信号を受信するように構成されている。受信信号に応じて配置手段を制御する制御装置が設けられている。本発明によれば、信号受信器は、受信信号を監視する少なくとも１つの垂直アンテナを備え、垂直アンテナにおいて誘起された信号の位相特性を検出するように構成されている。位相特性は、車両の横方向位置における垂直アンテナと信号送信器との相対位置を示している。

一例によれば、信号送信器は、所定の非対称の位相特性を有する連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号を送出するように構成されている。この信号は、垂直アンテナの位置、ひいては信号を送信する電流導体に対する集電器の位置を特定するために、検出信号の位相特性を特定するように構成された信号受信器に誘導される。信号を送信する電流導体の正確な位置は、垂直アンテナが電流導体の上方に位置したときに起こる、位相反転の信号を監視することによって特定される。信号受信器は、所定の非対称の位相特性を有する信号を受信することを期待し、また、現在検出されている信号の非対称部分の位相を監視する。

他の例によれば、信号送信器は、所定の位相特性を有する連続的又は反復する周期的な非対称のパルス列を送出するように構成されている。上述した連続的又は周期的なパルス列は、振幅変調パルス列とすることができる。

上述したように、信号送信器は、デジタル変調方式、フーリエ級数、擬似ランダムノイズシーケンスを含んだ信号を送出するように構成することができる。連続的又は周期的なパルス列は、振幅変調、周波数変調又はその両方に変調されてもよい。

他の例によれば、制御装置は、横方向に離間された２つ以上の垂直アンテナによって検出された信号の位相特性を特定し、各信号の位相特性を比較して信号送信器の長手方向に対する垂直アンテナの位置を特定するように構成されている。

他の例によれば、信号受信器は、少なくとも１つの垂直アンテナを備えている。垂直アンテナは、受信信号を監視し、垂直アンテナが信号送信器の上方に位置したことを示す、垂直アンテナで誘起された信号の位相反転を検出するように構成されている。

他の例によれば、少なくとも１つの垂直アンテナは、車両の固定位置に配置されている。その代わり、又は、これに加えて、少なくとも１つの垂直アンテナは、集電器に配置されている。

本発明の第３の態様によれば、この目的は、添付の特許請求の範囲に記載された車両によって達成される。この車両は、上述した装置の構成部品の一部として使用可能である。

本発明の第４の態様によれば、この目的は、コンピュータで実行されたとき、電流導体に対する車両の集電器の配置のために、上述の方法ステップを実行するプログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムによって達成される。本発明はまた、コンピュータで実行されたとき、ブレーキクルーズコントロールを搭載した車両において車速を制御する上述の方法ステップを実行するプログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体に関する。最後に、本発明はさらに、ブレーキクルーズコントロールを搭載した車両の車速を制御するコントロールユニットであって、上述の方法ステップを実行するように構成されたコントロールユニットに関する。

本発明の利点は、道路レールなどの電流導体を最小のセンサで探知、配置及び追跡することができることである。本発明は、電流導体の正確な探知及び追跡を可能にし、車両の１つ以上のセンサが、電流導体の位置と、センサ及び関連する集電器が電流導体に近づく方向と、の両方を検出することができる。

本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。

添付図面を参照し、例として挙げた本発明の実施形態について以下により詳細に説明する。

本発明に係る概略的な電気道路システムを示す。 本発明に係る集電装置の概略的な正面図を示す。 本発明に係る配置手段の制御装置の概略図を示す。 単一の垂直アンテナを使用する場合、本発明により利用される原理の概略図を示す。 単一の垂直アンテナを使用する場合、本発明により利用される原理の概略図を示す。 一対の垂直アンテナを使用する場合、本発明により利用される原理の概略図を示す。 一対の垂直アンテナを使用する場合、本発明により利用される原理の概略図を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 本発明に係る制御装置で使用するパルス列の概略的な例を示す。 コンピュータ装置に適用された本発明を示す。

図１は、車両１０に電流を供給する手段を備えた道路１１上を車両１０が走行している、概略的な電気道路システム（ＥＲＳ）を示している。車両１０には、道路１１の表面に配置された電流導体１３に接触するように下降させることができる、集電装置１２が備えられている。車両としては、電気車両又はハイブリッド電気車両とすることができる。

集電装置１２は、適切なアクチュエータを使用して、収納された非作動の第１の位置と電流導体１３に接触する作動の第２の位置との間で変位するように構成された集電器１４を備えている。車両の少なくとも上下方向に集電器１４を動かす配置手段が設けられている。

本明細書において、集電器の変位可能なアーム又はホルダーとして、配置手段を説明する。このアームは、直線又は車両の枢軸に対して円弧経路のいずれかで上下方向に変位することができる。このようなアームの配置手段は、直線又は車両の枢軸に対して円弧経路のいずれかで、車両の横方向にアームを変位させる手段を更に備えている。その代わりに、横方向の配置手段は、車両の電子制御可能なステアリングシステムに接続された、適切な制御手段を備えることができる。電気導体に対する車両の横方向の配置は、一対の操舵可能な車輪を使用して行うことができる。その配置はまた、例えば、車両を横方向に移動させて、集電器を保持する変位可能なアームの横方向の範囲内に電流導体を移動させなければならない場合、上記手段の組み合わせを使用して行うことができる。集電装置の設計については、ここでは詳細に説明しない。

図２は、本発明に係る集電装置２２の概略的な正面図を示している。集電装置２２は、道路２１の概略的な断面の上に配置された、概略的に示す車両２０に搭載されている。道路２１の表面には、ＤＣ電流を供給する第１の電力レール２３ａ及び第２の電力レール２３ｂを含んだ電流導体２３が配置されている。集電装置２２は、第１の電力レール２３ａ及び第２の電力レール２３ｂのそれぞれから電流を収集する、第１の接触器２４ａ及び第２の接触器２４ｂを有する集電器２４を備えている。集電器２４は、車両２０に隣接する収納された第１の位置Ｐ１から電流導体２３に接触する作動の第２の位置Ｐ２へと集電器２４を変位させる上下方向配置手段２５に取り付けられている。上下方向変位は、矢印Ｖで示されている。第１の接触器２４ａ及び第２の接触器２４ｂが第１の電力レール２３ａ及び第２の電力レール２３ｂのそれぞれと上下方向に整列していることが検出されたとき、集電器２４が作動の第２の位置に下降される。

図２では、集電器２４は、任意の中間位置Ｐ３に示されている。集電器２４を第２の位置Ｐ２に下降させる前に電流導体２３を探知するため、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の中間位置Ｐ３に集電器２４を上下方向に変位させることができる。その代わりに、中間位置を通過して、第１の位置から第２の位置へと集電器を連続的に移動させることができる。

図２に示す例では、集電器２４及び上下方向配置手段２５は、横方向配置手段２６に取り付けられている。上下方向配置手段２５は、矢印Ｔで示すように、車両２０の横方向に集電器２４及び上下方向配置手段２５を変位させるように構成されている。横方向配置手段２６は、車両２０の横方向に集電器２４を変位させて、最初に電流導体２３を探知し、続いて電流導体２３を追跡する。第１の電力レール２３ａ及び第２の電力レール２３ｂのそれぞれに上下方向に整列させた状態で、第１の接触器２４ａ及び第２の接触器２４ｂを維持するように追跡が行われる。図２の例によれば、電流導体２３を探知して追跡することは、電流導体２３の間又はこれに隣接して配置された信号ケーブル２７の位置を検出するために使用される、１つ以上の垂直アンテナ（図３〜５参照）を使用することで行われる。

図３は、第１の電力レール３３ａ及び第２の電力レール３３ｂを探知して追跡する、上述したような配置手段を制御する制御装置の概略図を示す。制御装置は、必ずしも必要ではないが、望ましくは、集電器（図示せず）上又はこれに隣接した適切な位置に取り付けられた、１つの垂直アンテナ３０を備えている。垂直アンテナ３０は、垂直アンテナ３０に誘導された信号を検出する信号受信器３１に接続されている。信号受信器３１からの出力信号は、出力信号を処理して配置コントローラ３４への制御信号を生成するように構成された、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２に送信される。配置コントローラ３４は、集電器を移動させて電流導体の第１の電力レール３３ａ及び第２の電力レール３３ｂに整列させるために、上下方向アクチュエータ３５及び横方向アクチュエータ３６によって行われる所要変位（required displacement）を特定するように構成されている。

他の例によれば、横方向アクチュエータ３６は、任意の車両操舵アクチュエータ３９によって省略又は補うことができる。車両操舵アクチュエータ３９は、横方向アクチュエータ３６の代わりに、電流導体の横方向に車両を移動させるために、又は、電流導体が横方向アクチュエータ３６の変位可能範囲内にない場合、横方向アクチュエータ３６と一体となって車両を移動させるために使用することができる。

作動中、垂直アンテナ３０は、第１の電力レール３３ａ及び第２の電力レール３３ｂに対する道路の所定の位置に配置された信号ケーブル３７から送信された所定の信号の有無を監視する。この信号は、信号ケーブル３７に接続された信号発生器３８によって生成され、所定の信号特性を有している。垂直アンテナ３０が範囲内にあるとき、この信号は垂直アンテナ３０に誘導され、信号受信器３１によって検出される。信号受信器からＥＣＵ３２へと送信された検出信号に応答して、ＥＣＵ３２は、集電器を延ばすべきか、作動位置に降下させるべきか、収納すべきかを特定する。信号受信器３１からの出力は、信号強度及び振幅に関連する信号、並びに、データがＥＣＵ３２によって連続的に処理される信号の位相特性を含んでいる。受信信号データに応答して、ＥＣＵ３２は、集電器が電流導体と横方向に整列した状態を維持するために、上下方向アクチュエータ３５及び横方向アクチュエータ３６のそれぞれの所要変位を特定する、配置コントローラ３４に制御信号を送信する。例えば、ＥＲＳ道路の終わりで信号がなくなると、ＥＣＵ３２は、配置コントローラ３４へと信号を送信して、上下方向アクチュエータ３５を作動させて集電器を収納する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明によって利用される原理の概略図を示している。集電器（図示せず）に取り付けられた単一の垂直アンテナ４０は、電流導体の第１の電力レール４３ａ及び第２の電力レール４３ｂが配置された道路４１の上方に配置されている。垂直アンテナ４０が道路４１の表面と平行に変位すると、垂直アンテナ４０は、第１の電力レール４３ａ及び第２の電力レール４３ｂに対して道路４１の所定の位置に配置された信号ケーブル４７の周囲の磁界４２を通過する。磁界は、信号ケーブル４７を通過する交流電流によってもたらされ、同心円によって示されている。この信号は、信号ケーブル４７に接続された信号発生器４８によって生成され、所定の信号特性を有している。送信信号は、信号送信器として動作する信号ケーブル４７の交流電流に重畳する、所定の非対称の位相特性を有する連続的又は周期的なパルス列を含んでいる。信号は垂直アンテナ４０に誘導され、検出信号の位相特性を特定して、垂直アンテナ４０の位置、ひいては信号ケーブル４７に対する集電器の位置を特定する信号受信器（図３参照）に送信される。信号ケーブル４７の正確な位置は、垂直アンテナ４０が信号ケーブル４７の上方に位置したときに起こる、位相反転の信号を監視することによって特定される。垂直アンテナ４０に接続された信号受信器は、所定の非対称の位相特性を有する信号を受信することを期待し、現在検出されている信号の非対称な部分の位相をさらに監視する。

図４Ｂは、パルス列の振幅が経時的にプロットされた２つの概略図を示している。下図のパルス列は、上図のパルス列と位相が１８０°ずれている。図４Ｂに示すように、同じ非対称の位相特性を有する期待信号に整合する上側の曲線で示されるような非対称のパルス列を信号受信器が検出すると、垂直アンテナ４０は、信号ケーブル４７の第１の側に位置している。しかしながら、期待信号と整合することができるが、期待信号と位相が１８０°ずれた信号を信号受信器が検出すると、垂直アンテナは、信号ケーブル４７の反対側である第２の側に位置している。これは、破線で示された垂直アンテナ４０’が信号ケーブル４７を通過して矢印Ａの方向に横方向に変位した、図４Ａに示されている。配置手段（図２参照）は、受信信号に応じて制御され、これによって、集電器、車両又はその両方が横方向に変位して、電流導体に対して集電器を配置する。受信信号の振幅を監視することによって、垂直アンテナ４０と信号ケーブル４７との横方向の間隔を推定することも可能である。電流導体の追跡中、位相特性は、信号ケーブルのどちら側に垂直アンテナが位置しているかを特定し、振幅の大きさが監視されて、集電器を電流導体と整列するように変位させる、補正動作が必要であるかを特定する（図２参照）。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明によって利用される原理の別の概略図を示す。集電器（図示せず）に取り付けられた一対の垂直アンテナ５０ａ，５０ｂは、電流導体の第１の電力レール５３ａ及び第２の電力レール５３ｂが配置された道路５１の上方に配置されている。垂直アンテナ５０ａ，５０ｂが道路５１の表面と平行に変位すると、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂは、第１の電力レール５３ａ及び第２の電力レール５３ｂに対して道路５１の所定位置に配置された信号ケーブル４７の周囲の磁界５２を通過する。この磁界は、信号ケーブル５７を通過する交流電流によってもたらされ、同心円によって示される。信号は、信号ケーブル５７に接続された信号発生器５８によって生成され、所定の信号特性を有している。送信信号は、信号送信器として動作する信号ケーブル５７の交流電流に重畳される所定の非対称の位相特性を有する連続的又は周期的なパルス列を含んでいる。この信号は、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂに誘導され、検出信号の位相特性を特定して、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂの位置、ひいては信号ケーブル５７に対する集電器の位置を特定する、信号受信器（図３参照）に送信される。信号ケーブル５７の正確な位置は、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂの１つが信号ケーブル４７の上方に位置したときに起こる、位相反転を監視することによって特定される。垂直アンテナ５０ａ，５０ｂに接続された信号受信器は、所定の非対称の位相特性を有する信号を受信することを期待し、現在検出されている信号の非対称部分の位相をさらに監視する。図５Ａの例で示すように、図５Ａにおいて距離ｘで示される、信号ケーブル５７の中心軸を通る垂直面（一点鎖線で示す）が垂直アンテナ５０ａ，５０ｂの中間の位置に位置したとき、集電器は、電流導体の第１の電力レール５３ａ及び第２の電力レール５３ｂに対して上下方向に整列した状態で位置している。一例によれば、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂの間の間隔は、追跡動作中、電流導体に対する集電器の横方向への最大許容相対運動に相当するように選択することができる。

図５Ｂは、パルス列の一部の振幅を経時的にプロットした２つの概略図を示す。下図の一部のパルス列は、上図のパルス列と位相が１８０°ずれている。図５Ｂに示すように、同じ非対称の位相特性を有する期待信号と整合する上部の曲線によって示されるような非対称のパルス列を信号受信器が検出すると、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂが、信号ケーブル４７の第１の側に位置している。しかしながら、期待信号と整合することができるが、期待信号と位相が１８０°ずれている信号を信号受信器が検出すると、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂが、信号ケーブル４７の反対側である第２の側に位置している。信号受信器が、上部の曲線によって示されるような第１の垂直アンテナ５０ａから非対称のパルス列と、下部の曲線によって示されるような第２の垂直アンテナ５０ｂから期待信号と位相が１８０°ずれた非対称のパルス列と、を検出すると、垂直アンテナ５０ａ，５０ｂは、信号ケーブル５７の両側に位置している。受信信号の振幅を監視することによって、各垂直アンテナ５０ａ，５０ｂと信号ケーブル５７との間の横方向の距離を推定することも可能である。受信信号の位相が１８０°ずれて同じ振幅を有していれば、集電器は、電流導体の第１の電力レール５３ａ及び第２の電力レール５３ｂと上下方向に整列した状態で位置している。電流導体の追跡中、位相特性は、信号ケーブルのどちら側に各垂直アンテナが位置しているかを特定し、垂直アンテナの両方が信号ケーブルの同じ側に位置していることを位相変化が示したとき、集電器を電流導体と整列するように変位させる、適切な補正動作がとられる（図２参照）。

図６Ａ及び図６Ｂ〜図１０Ａ及び図１０Ｂは、所定の信号特性を有するパルス列を含んだ、適切な信号の多数の非限定的な概略例を示す。

図６Ａ及び図６Ｂは、フーリエ級数を含んだ連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号の一例を示す。数学では、フーリエ級数は、単純な正弦波の和として、波形のような関数を表す方法である。より正式には、フーリエ級数は、可能であれば、周期的な関数又は周期的な信号を無限の単純な振動関数、即ち、正弦及び余弦又は同等に複雑な指数に分解する。図６Ａに示す特定のパルス列は、正弦−余弦の組み合わせである。図６Ｂは、同じパルス列を示しているが、位相が１８０°ずれている。

図７Ａ及び図７Ｂは、周波数変調信号を含んだ連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号の一例を示す。図７Ａに示す特定のパルス列は、比較的低い周波数の正弦パルスに続いた所定数の比較的低い周波数の正弦パルスを含む組み合わせである。図７Ｂは、同じパルス列を示しているが、位相が１８０°ずれている。

図８Ａ及び図８Ｂは、デジタル変調方式によって生成された連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号の一例を示す。例えば、送信信号は、位相偏移変調（ＰＳＫ）によって生成される。位相偏移変調又はＰＳＫは、この場合には、送信信号である基準信号の位相を変更又は変調することによってデータを伝達するデジタル変調方式である。図８Ａは、ＰＳＫ信号の一例を示し、図８Ｂは、同じパルス列を示しているが、位相が１８０°ずれている。

図９Ａ及び図９Ｂは、周期的な一連の短いパルス、この場合には正弦パルスを含んだパルス列の一例を示す。図９Ａに示す例は、等しいタイムセパレーションを有する一連の３つの正弦パルスと、これに続く異なるタイムセパレーションを有する第４の正弦パルスと、を含んだパルス列を示す。図９Ｂは、同じパルス列を示すが、位相が１８０°ずれている。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、方形波を使用したデジタル信号を含んだパルス列の一例を示す。連続的又は周期的なパルス列を含んだ信号の類似例は、擬似ランダムノイズ（ＰＲＮ）シーケンスとすることができる。図１０Ａに示す例は、比較的短い持続期間を有する一連のパルスによって分割された、一定の持続期間を有する一連の規則的なパルスを含んだパルス列を示し、非対称のパルス列を生成する。図１０Ｂは、同じパルス列を示すが、位相が１８０°ずれている。

上記のすべての例においては、信号発生器によって生成され、かつ、信号ケーブルによって送信された期待信号のための垂直アンテナにおいて誘起された信号を信号受信器が監視する。誘起信号が図６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａ又は１０Ａに示されるようなパルス列の期待信号に一致する場合、垂直アンテナは、信号ケーブルの第１の側に位置している。しかしながら、誘起信号が図６Ｂ，７Ｂ，８Ｂ，９Ｂ又は１０Ｂに示されるようなパルス列の期待信号と位相が１８０°ずれている場合、垂直アンテナは、信号ケーブルの反対側に位置している。

本発明はまた、上記の例のいずれか１つに記載の方法を実行するコンピュータで使用される、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータ記憶媒体に関する。

図１１は、本発明の一実施形態に係る装置１００を示しており、不揮発性メモリ１２０、プロセッサ１１０及び読み書きメモリ１６０を備えている。メモリ１２０は、装置１００を制御するコンピュータプログラムが格納される第１のメモリ部分１３０を有している。装置１００を制御する第１のメモリ部分１３０のコンピュータプログラムは、オペレーティングシステムとすることができる。

装置１００は、例えば、コントロールユニット３２（図３参照）のようなコントロールユニットに内蔵することができる。データ処理ユニット１１０は、例えば、マイクロプロセッサを含むことができる。メモリ１２０はまた、本発明に係る目標ギア選択機能を制御するプログラムが格納された第２のメモリ部分１４０を有している。他の実施形態では、例えば、ＣＤ又は交換可能な半導体メモリなど、データのための別体の不揮発性記憶媒体１５０に、変速機を制御するプログラムが格納される。プログラムは、実行可能な形式又は圧縮状態で格納することができる。

以下においてデータ処理ユニット１１０が特定機能を実行すると述べるとき、データ処理ユニット１１０が、メモリ１４０に格納されたプログラムの特定部分を実行するか、不揮発性記憶媒体１５０に格納されたプログラムの特定部分を実行するかのいずれかであることは明確である。

データ処理ユニット１１０は、データバス１１４を介して、記憶メモリ１２０と通信するように適合されている。データ処理ユニット１１０はまた、データバス１１２を介して、メモリ１２０と通信するように適合されている。また、データ処理ユニット１１０は、データバス１１１を介して、メモリ１６０と通信するように適合されている。データ処理ユニット１１０はさらに、データバス１１５を使用して、データポート１９０と通信するように適合されている。

本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で多くの変更及び修正を行うことができることを認識するであろう。

Claims (30)

1. 固定電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に対して車両の集電器（１４；２４）を誘導配置する方法であって、
   前記車両は、収納された第１の位置と前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に接触する作動の第２の位置との間で変位されるように構成された前記集電器（１４；２４）と、前記車両の少なくとも上下方向に前記集電器（１４；２４）を移動させる配置手段（２５，２６）と、備え、
   前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）の長手方向に沿って配置された信号送信器（３７；４７；５７）を使用して、所定の位相特性を有する信号を送信するステップと、
   少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）を備えた車両の信号受信器を使用して、前記所定の位相特性を有する信号を検出することによって、前記少なくとも１つの垂直アンテナにおいて誘起された信号を得るステップと、
   前記車両の横方向における前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）と前記信号送信器（３７；４７；５７）との相対位置を示す、前記少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）において誘起された前記信号の前記位相特性を検出するステップと、
   前記少なくとも１つの垂直アンテナにおいて誘起された信号に応じて前記配置手段（２５，２６）を制御するステップと、
   を実行する方法。
2. 所定の非対称の位相特性を有するパルス列を含んだ信号を前記信号送信器（３７；４７；５７）に送信し、前記所定の非対称の位相特性を有するパルス列を含んだ信号の前記位相特性を特定して、前記信号送信器（３７；４７；５７）に対する前記集電器（１４；２４）の位置を特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 非対称のパルス列を含んだ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 振幅変調パルス列を含んだ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
5. デジタル変調方式によって生成された信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
6. 位相偏移変調によって生成された信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. フーリエ級数を含んだ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
8. 擬似ランダムノイズシーケンスを含んだ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
9. 周波数変調パルス列を含んだ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の方法。
10. 横方向に離間した２つ以上のアンテナ（５０ａ，５０ｂ）において誘起された信号を検出し、各信号の位相特性を比較して前記信号送信器（５７）に対する前記集電器（１４；２４）の位置を特定する、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記信号送信器（３７；４７；５７）の長手方向に対する前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）の位置を示す、少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）において誘起された信号の位相特性、位相偏移及び振幅を検出する、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）の存在が検出されたとき、前記配置手段（２５，２６）を制御して、前記第２の位置に向かって前記集電器（１４；２４）を略上下方向に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）の存在が検出されたとき、前記配置手段（２５，２６）を制御して、前記第１の位置と前記第２の位置との間の中間位置に前記集電器（１４；２４）を略上下方向に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 前記信号受信器からの前記少なくとも１つの検出信号を使用して前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）を探知し、前記配置手段（２５，２６）を制御して、前記集電器（１４；２４）を少なくとも横方向に移動させて前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）を追跡する、
    ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
15. 前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）の追跡中、前記配置手段（２５，２６）を制御して、前記集電器（１４；２４）を前記第２の位置へと上下方向及び横方向に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）と車両との間で電力を伝達する装置であって、前記車両に搭載され、収納された第１の位置と前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）と接触する作動の第２の位置との間で変位するように構成された集電器（１４；２４）と、前記車両の少なくとも上下方向に前記集電器（１４；２４）を移動させる配置手段（２５，２６）と、前記電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に接続されて所定の位相特性を有する信号を送信する信号送信器（３７；４７；５７）と、前記車両に配置されて前記信号送信器（３７；４７；５７）からの信号を受信する信号受信器と、前記信号送信器から受信した所定の位相特性を有する信号に応じて前記配置手段（２５，２６）を制御する制御装置と、を備え、
    前記信号受信器は、少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）を含み、前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）は、前記信号受信器から受信した所定の位相特性を有する信号を監視して誘起された信号を取得し、前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）において誘起された前記信号の位相特性を検出するように構成され、前記位相特性は、前記車両の横方向において前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）と前記信号送信器（３７；４７；５７）との相対位置を示す、ことを特徴とする装置。
17. 前記信号送信器（３７；４７；５７）は、所定の非対称の位相特性を有するパルス列を送信するように構成され、前記制御装置は、少なくとも１つの検出信号の位相特性を特定して、前記信号送信器（３７；４７；５７）に対する前記少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）の位置を特定するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記信号送信器（３７；４７；５７）は、連続的又は周期的な非対称のパルス列を送信するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の装置。
19. 前記信号送信器（３７；４７；５７）は、フーリエ級数を含んだ信号を送信するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の装置。
20. 前記信号送信器（３７；４７；５７）は、デジタル変調方式によって生成された信号を送信するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の装置。
21. 前記信号送信器（３７；４７；５７）は、擬似ランダムノイズシーケンスを含んだ信号を送信するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の装置。
22. 前記反復されるパルス列は、振幅変調されるか、周波数変調されるか、又は、その両方で変調される、
    ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の装置。
23. 前記制御装置は、横方向に離間した２つ以上のアンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）によって検出された信号の前記位相特性を特定し、各信号の位相特性を比較して前記信号送信器（３７；４７；５７）の長手方向に対する前記アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）の位置を特定するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１６〜請求項２２のいずれか１つに記載の装置。
24. 前記信号受信器は、少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）を含み、前記少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）は、前記受信信号を監視し、前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）が前記信号送信器（３７；４７；５７）の上方に位置することを示す、前記垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）において誘起された前記信号の位相反転を検出するように構成された、
    ことを特徴とする請求項１６〜請求項２３のいずれか１つに記載の装置。
25. 前記少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）は、前記車両の固定位置に配置された、
    ことを特徴とする請求項１６〜請求項２４のいずれか１つに記載の装置。
26. 前記少なくとも１つの垂直アンテナ（３０；４０；５０ａ；５０ｂ）は、前記集電器（１４；２４）に配置された、
    ことを特徴とする請求項１６〜請求項２５のいずれか１つに記載の装置。
27. 集電器（１４；２４）と、請求項１６〜請求項２６のいずれか１つに記載の信号受信器と、を備え、請求項１６〜請求項２６のいずれか１つに記載の装置の構成部品の一部として使用可能な車両。
28. コンピュータで実行されたとき、電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に対して車両の集電器（１４；２４）を誘導配置する、請求項１〜請求項１５のいずれか１つのステップを実行するプログラムコード手段を含んだコンピュータプログラム。
29. コンピュータで実行されたとき、電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に対して車両の集電器（１４；２４）を誘導配置する、請求項１〜請求項１５のいずれか１つのステップを実行するプログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
30. 電流導体（１３；２３；３３；４３；５３）に対して車両の集電器（１４；２４）を誘導配置する、請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載の方法ステップを実行するように構成されたコントロールユニット。