CN115092148A - 一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法 - Google Patents

一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，基于磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***实现精确停车，在精确停车模式下，横向精确停车仍依靠基本的磁钉横向定位和转向控制模块，在低速停车过程中，能够控制横向误差不高于8cm；通过离散的引导车速曲线中三个阶段的纵向控制，可使车辆可靠地精准纵向停车，纵向误差不超过10cm。本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，不依赖专门信标，仅依靠既有的磁钉轨道，既可实现在全线任意位置处的精确停车，有利于降低工程成本，并提高精确停车功能的灵活性。

Description

一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法
技术领域
本发明涉及一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法。
背景技术
近年来自动驾驶技术迅速发展。
汽车领域：惯导、摄像头、毫米波雷达、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)，它们的广泛应用为自动驾驶发展提供了技术便利。由于实际驾驶环境极其复杂，高级别自动驾驶技术不够成熟，相关的交通法规也尚未完善，无人驾驶车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，所以不仅要考虑自动驾驶***的研制成本，其安全性、可靠性更是重中之重。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。
轨道交通领域：地铁、有轨电车等制式，等依托实际钢轨，有物理约束，从而保证车辆横向运行精度。自动驾驶***仅需实现纵向控制功能，通过在正线上(通常间隔数百米)和站台设置专门的信标(应答器)，能够间断获取车辆的纵向位置。由于应答器***成本过高，不能够高密度的布置，导致只能够实现在特定位置的精确定位和精准停车。
数字轨道技术可应用于汽车领域和轨道交通领域。采用了磁钉导航方案，不受这些环境因素的影响，安全性高，成本低，在一些特定场景交通环境中不断得到应用，如BRT快速公交、仓储物流、机场接驳等。在线路上埋设磁钉，但是由于电子轨道运输***中的磁钉为离散铺设，无法实现在离散磁钉定位基础上的精准停车功能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，不依赖专门信标，仅依靠既有的磁钉轨道，既可实现在全线任意位置处的精确停车，有利于降低工程成本，并提高精确停车功能的灵活性。
实现上述目的的技术方案是：一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，基于磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***实现精确停车，包括以下步骤：
S1，磁钉定位及横向循迹控制步骤：车辆按设定线路行驶在磁钉轨道上，磁钉轨道由间隔等距的磁钉组成，以磁极加以区分；车辆前端安装有前磁传感器，车辆中后端安装有后磁传感器，前、后磁传感器用于检测磁钉轨道上的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向，并将检测到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号发送给控制器；控制器根据接收到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号，发送相应的模拟信号给车辆上装载的转向***；转向***将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现控制器对车辆的横向循迹控制；
S2，判断是否进入精确停车模式步骤：当前磁传感器经过任意磁钉正上方时，识别磁钉的编号并准确定位车辆的物理位置，将磁钉编号发送给控制器；控制器根据设定线路号和磁钉编号，索引磁钉轨道电子地图，读取预制在磁钉轨道电子地图中的当前位置对应的参数，包括场景参数、引导车速和停车点位置参数；当控制器检测当前线路前方100m内有站台时，车辆自动驾驶***进入精确停车模式；
S3，精确停车步骤：横向精确停车依靠磁钉横向定位和转向***，转向***将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现对车辆的横向精确停车控制，在低速停车过程中，横向停车误差不高于8cm；
对车辆的纵向精确停车控制，具体包括以下流程：先设计离散的引导车速曲线，横坐标为磁钉轨道距离，纵坐标为引导车速，离散的引导车速曲线分为三段，阶段一为匀减速，减加速度为固定值，减加速度不超过1.0m/s2，目的是将车速从当前值引导至较低车速，该较低车速不高于1m/s；阶段二为低速保持段，引导车速不变，目的是使实际车速能够逐渐稳定；阶段三为减速停车，最终引导车辆的车速降为0，并停在目标位置，减加速度的计算公式如下：
acc_adv＝-v2/2S (1)
式(1)中，acc_adv为减加速度；v为车辆当前车速；S为车辆距离目标停车点的距离，当磁传感器检测到磁钉时，S为该磁钉距离目标停车点的距离；当磁传感器未更新检测磁钉时，S由车辆当前车速v积分计算得到，计算公式如下：
S＝S磁钉-∫vdt (2)
式(2)中，S磁钉为磁钉距离目标停车点的距离，在磁钉轨道线路中，具有若干个停车点，不同停车点的S磁钉信息通过磁钉轨道电子地图中读取；
当S低于10cm或车速低于0.10m/s时，指定acc_adv＝-1.0m/s2，使得车辆最终刹停；通过离散的引导车速曲线中三个阶段的纵向控制，使车辆精准停车，纵向误差不超过10cm。
上述的一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，步骤S1中，所述前磁传感器和后磁传感器之间的距离为2m～8m，所述前磁传感器和后磁传感器的安装位置距离地面为10～30cm。
上述的一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，步骤S1中，前、后磁传感器均由多个直线排列的磁场传感芯片组成，各磁传感器经过磁钉上方时，磁传感器上的每个磁场传感芯片反馈出不同的磁场强度，磁场强度的大小反应出磁场传感芯片距离磁钉的远近，通过对多个磁场传感芯片测量的结果与磁钉磁场分布的物理模型进行拟合，精确判断磁钉相对于磁尺的横向位置以及磁极方向，得到磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向。
本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，不依赖专门信标，仅依靠既有的磁钉轨道，既可实现在全线任意位置处的精确停车，有利于降低工程成本，并提高精确停车功能的灵活性。。
附图说明
图1为实施例中磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***的结构示意图；
图2为本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法的流程图；
图3为离散的引导车速曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1，一种典型的基于磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***，车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，包括车辆1、控制器2、车载传感器、执行机构，以及磁钉轨道12、车道线13。车载传感器包括轮速传感器3、惯性导航模块4、前磁传感器5、后磁传感器6、摄像头7(可选)、毫米波雷达8(可选)，执行机构包括动力***9、制动***10、转向***11；
控制器2、车载传感器和执行机构相连接。磁钉轨道12由间隔等距的磁钉组成，以磁极加以区分；车辆1所装载的动力***9和制动***10可以将控制器2输出的模拟信号转化为相对应的驱动力矩和制动力矩，从而实现控制器2对车辆的纵向(车速)控制。转向***11可以将控制器2输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，从而实现控制器2对车辆的横向(转向)控制。
前磁传感器5安装在车辆前端，后磁传感器6安装在车辆中后端，与前传感器保持2m-8m的距离，磁传感器安装距离地面约10～30cm。两个磁传感器均由多个直线排列的磁场传感芯片组成，用于测量三维磁场。磁传感器可以检测到磁钉轨道12的磁钉相对于车辆1的横向位置。磁传感器经过磁钉上方时，磁传感器上的每个磁场传感芯片反馈出不同的磁场强度，磁场强度的大小反应出磁场传感器距离磁钉的远近。通过对多个磁场传感芯片测量的结果与磁钉磁场分布的物理模型进行拟合，就可以精确判断磁钉相对于磁尺的横向位置以及磁极方向。
控制器2中加载有磁钉轨道电子地图，每颗磁钉具有唯一编号，车辆沿磁钉循迹时，能够准确定位车辆的位置。
惯性导航模块4用于测量车辆垂直于地面的角速度；车速传感器3用于测量车辆的速度，通过积分可获得车辆的运行距离；摄像头7用于测量车辆前方的障碍物，以及车道线信息；毫米波雷达8用于测量车辆前方和侧面的障碍物。上述信息均反馈给控制器。
请参阅图2和图3，一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，基于磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***实现精确停车，包括以下步骤：
S1，磁钉定位及横向循迹控制步骤：车辆1按设定线路行驶在磁钉轨道12上，磁钉轨道由间隔等距的磁钉组成，以磁极加以区分；车辆1前端安装有前磁传感器5，车辆中后端安装有后磁传感器6，前、后磁传感器用于检测磁钉轨道上的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向，并将检测到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号发送给控制器；控制器根据接收到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号，发送相应的模拟信号给车辆上装载的转向***；转向***11将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现控制器对车辆的横向循迹控制；
S2，判断是否进入精确停车模式步骤：当前磁传感器5经过任意磁钉正上方时，识别磁钉的编号并准确定位车辆的物理位置，将磁钉编号发送给控制器2；控制器2根据设定线路号和磁钉编号，索引磁钉轨道电子地图，读取预制在磁钉轨道电子地图中的当前位置对应的参数，包括场景参数、引导车速和停车点位置参数；当控制器检测当前线路前方100m内有站台时，车辆自动驾驶***进入精确停车模式；
S3，精确停车步骤：横向精确停车依靠磁钉横向定位和转向***，参照步骤S1中，转向***将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现对车辆的横向精确停车控制，在低速停车过程中，横向停车误差不高于8cm；
根据当前实时的车辆车速，对比引导车速speed_adv，计算得到车辆的减加速度acc_adv，发送至车辆的控制器2，由车辆执行减加速度指令，由于不同车辆的减速能力差异巨大，同一车辆在不同载重、不同路面、不同坡度、弯道/直道等情况下的减速能力也不一样，从而使得车辆难以准确执行IERT***的减加速度指令acc_adv。
在精确停车模式下，为了实现车辆可靠并平稳地纵向精确停车，先设计离散的引导车速曲线，横坐标为磁钉轨道距离，纵坐标为引导车速，离散的引导车速曲线分为三段，阶段一为匀减速，减加速度为固定值，减加速度不超过1.0m/s2，目的是将车速从当前值引导至较低车速，该较低车速不高于1m/s；阶段二为低速保持段，引导车速不变，目的是使实际车速能够逐渐稳定；阶段三为减速停车，最终引导车辆的车速降为0，并停在目标位置，减加速度的计算公式如下：
acc_adv＝-v2/2S (1)
式(1)中，acc_adv为减加速度；v为车辆当前车速；S为车辆距离目标停车点的距离，当磁传感器检测到磁钉时，S为该磁钉距离目标停车点的距离；当磁传感器未更新检测磁钉时，S由车辆当前车速v积分计算得到，计算公式如下：
S＝S磁钉-∫vdt (2)
式(2)中，S磁钉为磁钉距离目标停车点的距离，在磁钉轨道线路中，具有若干个停车点，不同停车点的S磁钉信息通过磁钉轨道电子地图中读取；
当S低于10cm或车速低于0.10m/s时，指定acc_adv＝-1.0m/s2，使得车辆最终刹停；通过离散的引导车速曲线中三个阶段的纵向控制，使车辆精准停车，纵向误差不超过10cm。
本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，在精确停车模式下，横向精确停车仍依靠基本的磁钉横向定位和转向控制模块，在低速停车过程中，能够控制横向误差不高于8cm；通过离散的引导车速曲线中三个阶段的纵向控制，可使车辆可靠地精准纵向停车，纵向误差不超过10cm。
本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，具有虚拟轨道的特点，结合磁钉轨道电子地图和精简的算法，实现可靠平稳的精确停车功能；无需专门设置信标，即能够获得较为准确的横向和纵向定位，从而有利于实现车辆在全线的停车。可以确保在磁钉轨道上任意位置处的精确停车，使得车辆离目标停车点的纵向偏差不超过10cm。
综上所述，本发明的车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，不依赖专门信标，仅依靠既有的磁钉轨道，既可实现在全线任意位置处的精确停车，有利于降低工程成本，并提高精确停车功能的灵活性。。
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 (3)

1.一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，基于磁钉为主、融合导航的车辆自动驾驶***实现精确停车，其特征在于，包括以下步骤：
S1，磁钉定位及横向循迹控制步骤：车辆按设定线路行驶在磁钉轨道上，磁钉轨道由间隔等距的磁钉组成，以磁极加以区分；车辆前端安装有前磁传感器，车辆中后端安装有后磁传感器，前、后磁传感器用于检测磁钉轨道上的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向，并将检测到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号发送给控制器；控制器根据接收到的磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向信号，发送相应的模拟信号给车辆上装载的转向***；转向***将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现控制器对车辆的横向循迹控制；
S2，判断是否进入精确停车模式步骤：当前磁传感器经过任意磁钉正上方时，识别磁钉的编号并准确定位车辆的物理位置，将磁钉编号发送给控制器；控制器根据设定线路号和磁钉编号，索引磁钉轨道电子地图，读取预制在磁钉轨道电子地图中的当前位置对应的参数，包括场景参数、引导车速和停车点位置参数；当控制器检测当前线路前方100m内有站台时，车辆自动驾驶***进入精确停车模式；
S3，精确停车步骤：横向精确停车依靠磁钉横向定位和转向***，转向***将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度，实现对车辆的横向精确停车控制，在低速停车过程中，横向停车误差不高于8cm；
对车辆的纵向精确停车控制，具体包括以下流程：先设计离散的引导车速曲线，横坐标为磁钉轨道距离，纵坐标为引导车速，离散的引导车速曲线分为三段，阶段一为匀减速，减加速度为固定值，减加速度不超过1.0m/s2，目的是将车速从当前值引导至较低车速，该较低车速不高于1m/s；阶段二为低速保持段，引导车速不变，目的是使实际车速能够逐渐稳定；阶段三为减速停车，最终引导车辆的车速降为0，并停在目标位置，减加速度的计算公式如下：
acc_adv＝-v2/2S (1)
式(1)中，acc_adv为减加速度；v为车辆当前车速；S为车辆距离目标停车点的距离，当磁传感器检测到磁钉时，S为该磁钉距离目标停车点的距离；当磁传感器未更新检测磁钉时，S由车辆当前车速v积分计算得到，计算公式如下：
S＝S磁钉-∫vdt (2)
式(2)中，S磁钉为磁钉距离目标停车点的距离，在磁钉轨道线路中，具有若干个停车点，不同停车点的S磁钉信息通过磁钉轨道电子地图中读取；
当S低于10cm或车速低于0.10m/s时，指定acc_adv＝-1.0m/s2，使得车辆最终刹停；通过离散的引导车速曲线中三个阶段的纵向控制，使车辆精准停车，纵向误差不超过10cm。
2.根据权利要求1所述的一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，其特征在于，步骤S1中，所述前磁传感器和后磁传感器之间的距离为2m～8m，所述前磁传感器和后磁传感器的安装位置距离地面为10～30cm。
3.根据权利要求1所述的一种车辆磁钉循迹运行的精确停车方法，其特征在于，步骤S1中，前、后磁传感器均由多个直线排列的磁场传感芯片组成，各磁传感器经过磁钉上方时，磁传感器上的每个磁场传感芯片反馈出不同的磁场强度，磁场强度的大小反应出磁场传感芯片距离磁钉的远近，通过对多个磁场传感芯片测量的结果与磁钉磁场分布的物理模型进行拟合，精确判断磁钉相对于磁尺的横向位置以及磁极方向，得到磁钉相对于车辆的横向位置以及磁极方向。
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