CN113291287A - 一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输*** - Google Patents

一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其磁钉轨道***由一系列埋设于车道中央的、相互间隔在1米左右的磁钉组成，磁钉的南北极构成二进制码元0或1，一组磁钉可通过极性的不同排列传递特定的信息码，车辆在经过包含编码的磁钉道路时，通过安装于车底的磁传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过控制器解码，获得车辆定位信息和道路信息；其车路通信***由交通控制中心、路口信号***、站台设施组成，车辆与车路通信***实时通信连接；其中央交通控制***通过网络与车辆实时通信，实现对自动驾驶车辆的运营调度。本发明能够提高智能驾驶***的安全性和可靠性，并降低自动驾驶车辆的成本。

Description

一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***
技术领域
本发明涉及一种用于自动驾驶领域的磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***。
背景技术
近年来智能驾驶技术迅速发展。摄像头、激光雷达等各种传感器技术的发展为获取车辆的姿态和环境感知提供了众多途径，且各种电力执行机构，如驱动电机、电子转向***(EPS)和电子制动***(EBS)等)，它们的广泛应用为智能驾驶发展提供了技术便利。由于实际驾驶环境极其复杂，相关的交通法规也尚未完善，无人驾驶仍处于试验测试和特定场景试运行阶段，远未达到普及。尤其是在公共交通领域，社会和公众对安全性的要求极高，所以不仅要考虑智能驾驶***的研制成本，其安全性、可靠性更是重中之重。
现有的智能驾驶的主流导航方案为基于视觉或激光雷达等成像的方法，但是该方案的控制效果受天气、环境影响较大，如雨雪天气、夜间或车道线模糊等情况下，车辆运行轨迹的控制精度会明显降低。此外，由于激光雷达硬件成本过高，虽然其导航效果明显高于视觉导航效果，但应用并不广泛。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，能够提高智能驾驶***的安全性和可靠性，并降低自动驾驶车辆的成本。
实现上述目的的一种技术方案是：一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，包括车辆，以及设置在车辆内的控制器、传感器、控制执行器和人机界面，其特征在于，还包括磁钉轨道***、车路通信***和中央交通控制***；
所述传感器包括磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器，所述控制器通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线接收磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器的数据进行结算处理，并通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线输出控制指令至控制执行器，从而控制车辆自动按照预定轨迹行驶，同时通过人机界面接受驾驶员的输入指令，并输出信息供驾驶员使用；
所述磁钉轨道***由一系列埋设于车道中央的、相互间隔在1米左右的磁钉组成，磁钉的南北极构成二进制码元0或1，一组磁钉可通过极性的不同排列传递特定的信息码，车辆在经过包含编码的磁钉道路时，通过安装于车底的磁传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过控制器解码，获得车辆定位信息和道路信息；
所述车路通信***由交通控制中心、路口信号***、站台设施组成，车辆与车路通信***实时通信连接；
所述中央交通控制***通过网络与车辆实时通信，实现对自动驾驶车辆的运营调度。
进一步的，所述控制执行器包括转向执行器、驱动执行器和制动***。
进一步的，每台所述车辆上安装有两台所述控制器，构成双余度***。
进一步的，在所述车辆的车身底盘的前端和后端分别安装有两组所述磁传感器，每组所述磁传感器包括6-12套磁传感器单元，用以检测当前车辆下方路面磁钉的磁场强度，测量数据通过CAN总线输出至控制器，控制器解算出车辆当前在道路上的位置和姿态信息，用于自动驾驶的控制算法。
进一步的，所述陀螺仪用于测量车辆垂直于地面的角速度，通过RS-232串口输出至控制器。
进一步的，所述环境感知传感器包括车载摄像头和雷达传感器，用于车道线检测和车辆偏角估计，以及障碍物检测和碰撞告警，上述信息通过CAN总线或以太网输出至控制器。
再进一步的，所述转向执行器是实现自动转向控制和自动侧向控制的执行机构，安装于车辆的车载方向盘系***并与方向盘轴通过机械结构耦合，通过CAN总线或RS-232与控制器通信，实现闭环转向控制；所述驱动执行器是实现自动车速控制的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的驱动控制指令；所述制动执行器是实现车辆自动制动的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的制动指令。
进一步的，所述人机界面安装于车辆内驾驶员前方面板，为一组信号灯显示、触控式图形显示屏、音频提示单元和控制开关，人机界面用于显示接收来自控制器的状态信息，并在紧急情况下向驾驶员告警，同时驾驶员可选择路线及切换人工/自动驾驶模式，输出至控制器。
本发明的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，通过磁钉轨道***进行路面的路面信息码传递，智能驾驶车辆在经过包含编码的磁钉道路段时，通过安装于车辆底部的轨道传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过控制导航定位处理器解码，即可获得线路的相关参数，同时通过车路通信***进行车辆与路面设施的信息交互，通过中央交通控制***进行车辆的运营调度，其具有如下优势：
1、大型车辆自动引导：采用电子自动控制技术的车辆可沿指定路径在各种速度下行驶、并线及换道，使车辆安全可靠地运行在专用车道上，能有效减小车道宽度，节省道路空间，提高运行效率；
2、精准靠站：可控制车辆自动精准地停靠在站台，停站间隙能小于10cm；
3、动态编组运行：可以使独立控制的车辆组成编队行驶，并根据运输需求实现有效的运输组织和管理。
本发明实现了车辆在无形轨道上的可靠、安全、自动化驾驶，并根据运行需求进行车队编组和动态运行组织及管理，提供比现有轨道交通更灵活有效的新型交通模式。电子轨道运输***的典型应用包括自动化的公交车辆、载货车辆和胶轮列车，并可用于除雪车等特殊车辆。
附图说明
图1为本发明的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***的示意图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，包括车辆和外部***。在车辆内设置有控制器1、传感器2、控制执行器3和人机界面4。外部***包括道路基础设施5、车路通信***6和中央交通控制***7。在本发明中，道路基础设施5主要为磁钉轨道***。
其中，传感器3包括磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器，控制执行器4包括转向执行器、驱动执行器和制动***，传感器2包括磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器。
对于任意一台自动驾驶车辆，在车辆的车身底盘的前端和后端分别安装有两组磁传感器，每组磁传感器包括6-12套磁传感器单元，用以检测当前车辆下方路面磁钉的磁场强度，测量数据通过CAN总线输出至控制器，控制器解算出车辆当前在道路上的位置和姿态信息，用于自动驾驶的控制算法。陀螺仪用于测量车辆垂直于地面的角速度，通过RS-232串口输出至控制器。环境感知传感器包括车载摄像头和雷达传感器，用于车道线检测和车辆偏角估计，以及障碍物检测和碰撞告警，上述信息通过CAN总线或以太网输出至控制器。
车辆内配置有两套控制器1，构成双余度***。控制器1通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线接收磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器的数据进行结算处理，并通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线输出控制指令至控制执行器3，从而控制车辆自动按照预定轨迹行驶。
转向执行器是实现自动转向控制和自动侧向控制的执行机构，安装于车辆的车载方向盘系***并与方向盘轴通过机械结构耦合，通过CAN总线或RS-232与控制器通信，实现闭环转向控制；驱动执行器是实现自动车速控制的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的驱动控制指令；制动执行器是实现车辆自动制动的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的制动指令。
人机界面4安装于车辆内驾驶员前方面板，为一组信号灯显示、触控式图形显示屏、音频提示单元和控制开关，人机界面用于显示接收来自控制器的状态信息，并在紧急情况下向驾驶员告警，同时驾驶员可选择路线及切换人工/自动驾驶模式，输出至控制器。
本发明采用的磁钉轨道***由一系列埋设于车道中央的、相互间隔在1米左右的磁钉组成，磁钉的南北极构成二进制码元0或1，一组磁钉可通过极性的不同排列传递特定的信息码，车辆在经过包含编码的磁钉道路时，通过安装于车底的磁传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过控制器解码，获得车辆定位信息和道路信息。
车路通信***由交通控制中心、路口信号***、站台设施组成，车辆与车路通信***实时通信连接，用于实现路口信号优先、红灯防护等功能。
中央交通控制***通过网络与车辆实时通信，实现对自动驾驶车辆的运营调度。
本发明的车辆，在自动行驶时主要通过路面的经过编码的磁钉轨道***进行信息获取和传输，保证车辆的运行速度和姿态全程得到控制，同时反馈给车辆道路位置信息。在运行时，自动驾驶车辆同时与车路通信***6和中央交通控制***7进行交互，前者用于实现路口信号优先、红灯防护、停战靠站等功能，后者用于控制后台对全部自动行驶车辆进行全局掌控，实现对自动驾驶车辆的运营调度。本发明适用于有既定运行路线的公共服务车辆，无需复杂的人工智能控制技术即可实现对于车辆的自动驾驶控制，并能够形成对于全体车辆的运输组织和管理，提升运营效率。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，包括车辆，以及设置在车辆内的控制器、传感器、控制执行器和人机界面，其特征在于，还包括磁钉轨道***、车路通信***和中央交通控制***；
所述传感器包括磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器，所述控制器通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线接收磁传感器、陀螺仪和环境感知传感器的数据进行结算处理，并通过CAN总线/RS-232串口/J-1939总线输出控制指令至控制执行器，从而控制车辆自动按照预定轨迹行驶，同时通过人机界面接受驾驶员的输入指令，并输出信息供驾驶员使用；
所述磁钉轨道***由一系列埋设于车道中央的、相互间隔在1米左右的磁钉组成，磁钉的南北极构成二进制码元0或1，一组磁钉可通过极性的不同排列传递特定的信息码，车辆在经过包含编码的磁钉道路时，通过安装于车底的磁传感器检测路面磁钉的极性编码序列，并经过控制器解码，获得车辆定位信息和道路信息；
所述车路通信***由交通控制中心、路口信号***、站台设施组成，车辆与车路通信***实时通信连接；
所述中央交通控制***通过网络与车辆实时通信，实现对自动驾驶车辆的运营调度。
2.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，所述控制执行器包括转向执行器、驱动执行器和制动***。
3.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，每台所述车辆上安装有两台所述控制器，构成双余度***。
4.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，在所述车辆的车身底盘的前端和后端分别安装有两组所述磁传感器，每组所述磁传感器包括6-12套磁传感器单元，用以检测当前车辆下方路面磁钉的磁场强度，测量数据通过CAN总线输出至控制器，控制器解算出车辆当前在道路上的位置和姿态信息，用于自动驾驶的控制算法。
5.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，所述陀螺仪用于测量车辆垂直于地面的角速度，通过RS-232串口输出至控制器。
6.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，所述环境感知传感器包括车载摄像头和雷达传感器，用于车道线检测和车辆偏角估计，以及障碍物检测和碰撞告警，上述信息通过CAN总线或以太网输出至控制器。
7.根据权利要求2所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，所述转向执行器是实现自动转向控制和自动侧向控制的执行机构，安装于车辆的车载方向盘系***并与方向盘轴通过机械结构耦合，通过CAN总线或RS-232与控制器通信，实现闭环转向控制；所述驱动执行器是实现自动车速控制的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的驱动控制指令；所述制动执行器是实现车辆自动制动的执行机构，通过J-1939总线接收控制器2发送的制动指令。
8.根据权利要求1所述的一种磁钉导航技术为基础的电子轨道运输***，其特征在于，所述人机界面安装于车辆内驾驶员前方面板，为一组信号灯显示、触控式图形显示屏、音频提示单元和控制开关，人机界面用于显示接收来自控制器的状态信息，并在紧急情况下向驾驶员告警，同时驾驶员可选择路线及切换人工/自动驾驶模式，输出至控制器。
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