车辆自主导航横向测距系统及方法
阅读说明：本技术 车辆自主导航横向测距系统及方法 (Vehicle autonomous navigation transverse distance measurement system and method ) 是由 罗清敏 李晓丹 张祥丽 杨少华 陈盈 王帆 肖克满 赵鸿坤 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车辆自主导航横向测距系统及方法,系统包括：车辆运行的专用车道；设置在专用车道上并沿着多个预定路径延伸的基准面；用于测量车辆和基准面之间行驶方向横向距离的距离传感器；以及车载控制器；车载控制器包括用于存储多个预定路径的存储器,和通过控制车辆转向系统响应来自距离传感器输出以校正车辆偏离预定路径的任何横向偏差的控制器。能够精确确定车辆距离基准面的距离,保证车辆的正常行驶,提高了导航的稳定性和可靠性。(The invention discloses a vehicle autonomous navigation transverse distance measurement system and a method, wherein the system comprises: a dedicated lane in which the vehicle is traveling; a reference surface provided on the exclusive lane and extending along a plurality of predetermined paths; a distance sensor for measuring a distance in a direction transverse to a driving direction between the vehicle and a reference surface; and an onboard controller; the on-board controller includes a memory for storing a plurality of predetermined paths, and a controller responsive to outputs from the distance sensor for correcting any lateral deviation of the vehicle from the predetermined paths by controlling the vehicle steering system. The distance between the vehicle and the reference surface can be accurately determined, the normal running of the vehicle is guaranteed, and the stability and reliability of navigation are improved.)
技术领域
本发明涉及自动导航技术领域，更具体的说是涉及用于测量沿预定路径行驶的车辆横向距离的系统及方法。
背景技术
一般来说，个人快速运输系统(PRT)包括一条在车站之间行驶的专用轨道。每辆车只载一名乘客或一组乘客，并且车辆在起点和终点之间连续行驶，中间站不停车。因此，PRT系统在传统的公共交通系统(如公共汽车、火车和地铁系统)和单独的客车之间提供了一种折衷方案。
PRT借助高轨高架于日常交通之上的方式，例如一种适合在轨道上行驶的无人驾驶车辆，为了保证无人驾驶个人快速交通车辆平稳高效运行，提供一种自主车辆导航横向测距系统势在必行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车辆自主导航横向测距系统及方法，能够自主实现导航，保证车辆的正常行驶，提高了导航的稳定性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
车辆自主导航横向测距系统，包括：
车辆运行的专用车道；
设置在所述专用车道上并沿着多个预定路径延伸的基准面；
用于测量车辆和所述基准面之间行驶方向横向距离的距离传感器；以及
车载控制器；
所述车载控制器包括用于存储多个预定路径的存储器，和通过控制车辆转向系统响应来自所述距离传感器输出以校正车辆偏离预定路径的任何横向偏差的控制器。
术语“转向系统”旨在包括任何类型的机构、装置或控制装置，其能够响应于来自控制器的输出或控制信号而沿着路径操纵或引导车辆，所述车辆为轮式车辆，所述转向系统包括可转向轮和控制所述可转向轮的转向方向的转向机构。
优选的，所述距离传感器为非接触式距离传感器，包括超声波距离传感器、激光距离传感器或雷达距离传感器。所述距离传感器设置为至少两组，每组中两个所述距离传感器对称设置在车辆左右两侧且居中放置，多组所述距离传感器分别对应设置在车辆的前后端中部或其附近。
例如，可以提供两组即四个距离传感器，每个距离传感器都位于车辆拐角处或附近，并朝向车辆纵轴的侧面。在车辆的每侧提供两个距离传感器，其间隔足够大以检测车辆中心轴相对于基准面的角度位置。
优选的，在专用车道两侧包围路缘石。路缘石可提供由距离传感器感测的基准面。路缘石可在交叉口中断，使车辆能够在专用车道之间移动。
术语“专用车道”旨在包括车辆可能在其上运行的任何轨道、道路或路面，专用的或其他的。该系统包括一条专用车道，该专用车道具有车辆通常平坦的运行表面，横向由路缘石或其他高架结构限定。
根据车辆的预期运行速度和交叉口的布局，车辆可在专用车道转弯处倾斜或超高。距离传感器优选地检测传感器与路缘或专用车道边缘之间车辆行驶方向的横向距离。
或每个距离传感器可连续工作以感测从距离传感器到路边的距离，从而使控制器能够连续校正与预定路径的任何横向偏差。
由距离传感器检测到的车辆实际位置与由预定路径确定的车辆理想位置之间的差异或误差可用于校正车辆偏离预定路径的横向偏差以及车辆与预定路径的对准。
优选的，在预定路径中已知位置设置有至少一个参考标记，参考标记可沿预定路径间隔定位，用于确定车辆在预定路径上的实际位置。参考标记可以是路缘石侧提供的突起或底切的反射率变化。控制器可将车辆在预定路径上的实际位置(通过参考标记确定)与行驶距离测量装置(例如里程表)从存储的预定路径导出的估计位置进行比较，并可相应地重置车辆沿预定路径的位置。
优选的，还可以提供远离车辆的进一步远程控制装置，该装置可以与车辆的车载控制器进行无线通信。具体为遥控装置，可控制或部分控制车载控制器，从而实现对车辆的远程控制。
优选的，远程控制装置可以超越车载控制器的控制来启动或停止车辆，例如在紧急情况下由监督车辆网络的系统操作员使用。
用于车辆自主导航系统横向测距的方法，包括以下步骤：
步骤1：选择存储在存储器中的多个预定路径中的其中一个；
步骤2：位于车辆左右对称两侧的每组距离传感器感知车辆与基准面之间的横向距离；
步骤3：控制器根据车辆对应两侧每组所述距离传感器感应到的横向距离计算当前估计位置处的专用车道宽度，可比较计算出的专用车道宽度与存储的专用车道宽度来检查由距离传感器提供的到路边距离值的完整性。如果感应到的专用车道宽度和存储的专用车道宽度之间的误差在给定的第一公差范围内，则认为该组距离传感器测量是有效的。
如果误差超出给定第一公差，则控制器可将该组每个传感器的感应距离与存储的估计距离值进行比较。如果给定传感器的误差在给定第二公差范围内，则该传感器测量值视为有效。如果超出，则该传感器的测量值将被视为无效。控制器可忽略任何识别出的无效测量值，并根据获得的有效测量值控制车辆。
上述步骤优点为：忽略了由垃圾或其他材料堆积在专用车道上而导致的异常传感器输出，保证了车辆导航系统的操作不受影响。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种车辆自主导航横向测距系统及方法，能够精确确定车辆距离基准面的距离，保证车辆的正常行驶，提高了导航的稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的车辆自主导航横向测距系统结构框图。
图2附图为本发明提供的具体实施例结构示意图。
图3附图为本发明提供的用于车辆自主导航系统横向测距的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种车辆自主导航横向测距系统，如图2，显示了沿着专用车道11行驶的无人个人快速交通(PRT)车辆10。尽管仅示出了一部份长度的直线专用车道，但它形成了PRT网络的一部分，包括多个车辆和通过该专用车道连接的多个站。
车辆10上有四个距离传感器。距离传感器5、6、7、8位于车辆10的前后端中部处或其附近。距离传感器5,6为一组，分别设置在车辆左右对称两侧，距离传感器5、7位于车辆10的一侧，另外两个距离传感器6、8位于车辆10的另一侧。车辆10每侧上的距离传感器用于检测车辆相对于基准面的角度位置。位于车辆一侧的距离传感器5和7或6和8之间的距离越远，车辆10相对于基准面角位置的确定就越精确。
其中，距离传感器可以是激光距离传感器或用于感测距离的任何其他合适的距离传感器。
箭头A指示的车辆行驶方向，距离传感器5、6、7、8连接车载控制器，车载控制器包括存储器4和控制器3，存储器4用于存储多个预定路径，其中一条可以由乘坐车辆的乘客选择，控制器3通过控制车辆转向系统响应来自距离传感器输出以校正车辆偏离预定路径的任何横向偏差。
专用车道11包括沿专用车道两侧运行的路缘石1、2包围，其内表面提供参考的基准面12、13。到基准面12、13的距离可由距离传感器5、6、7、8测量。
优选的，定位标识在路缘石1、2侧边上的突出部分，如图所示的参考标记14、15，沿专用车道11以已知间隔定位。参考标记14、15优选对称设置在专用车道11的两侧，也可以只在专用车道11的一侧设置一个参考标记即可。距离传感器5、6、7、8能够在到达参考标记14、15时进行检测，因为当距离传感器经过参考标记时，每个距离传感器和基准表面之间的感应距离发生变化，距离传感器可将其识别为其输出的距离信号中的阶跃不连续性。
在使用中，车辆10沿专用车道11的预定行驶路径存储在存储器4中。预定路径可以从原始专用车道设计参数中获得，或者通过手动引导车辆沿着专用车道11在期望的路径上行驶，同时感知所遵循的路径并记录行驶距离。在生成预定路径时，存储距离传感器5、6、7、8的参考距离传感器读数，对应于沿路径的不同位置。同时，确定并存储沿路径不同位置的道路宽度。
在车内或车外设有输入装置，例如触摸屏或键盘，以使乘客能够选择旅行目的地。当车辆10被指示行驶到目的地时，控制器3控制车辆沿着适当的预定路径或预定路径的组合到达目的地。距离传感器5、6、7、8测量距离传感器与参考面12、13之间车辆行驶方向A的横向距离。控制器3检测到通过横向距离计算出的专用车道宽度与存储的专用车道宽度有偏差时，控制车辆校正由距离传感器5、6、7、8检测到的与预定路径的任何横向偏差。理想情况下，车辆10沿专用车道11居中行驶，即预定路径在路缘1、2之间等距间隔。
当车辆在专用车道上遇到曲线时，控制器3将控制车辆通过曲线。如果车辆准确地遵循预定路径，则通过距离传感器5、6、7、8的输出对此进行确认，并且不需要进行纠正操作。但是，如果车辆偏离预先确定的路径，则通过距离传感器5、6、7、8的输出将检测到这一点，并生成校正转向输入。
当距离传感器5、6、7、8检测到参考标记14、15时，控制装置3将车辆10在预定路径中的实际位置与基于沿存储预定路径行驶的测量距离计算的位置进行比较。位置上的任何偏差或误差都由控制器3进行校正。
如图3，用于车辆自主导航系统横向测距的方法，包括：
步骤1：控制器3根据预先确定的路径估计车辆10在专用车道12上的位置。
步骤2：控制器3根据每组距离传感器的输出横向距离计算估计位置处的专用车道宽度，并与存储器4中存储的专用车道宽度进行比较；
如果感测到的专用车道宽度和存储的专用车道宽度之间的误差读数在给定的第一公差内，即道路宽度误差不大于公差，则该组距离传感器的距离传感器测量值被视为有效，用于计算车辆横向位置；
具体的，在本实施例中输出两组数据，即第一组距离传感器5、6测量的横向距离和第二组距离传感器7、8测量的横向距离，如果通过第一组距离传感器5、6计算出的车道宽度不大于第一公差，则距离传感器5、6的数据有效，而第二组距离传感器7、8大于第一公差则将每个传感器7、8进行单独对比。
如果误差超出给定第一公差，则控制器将每组中每个距离传感器的感应距离与估计距离进行单独比较，估计距离通过修正存储的预测器挖掘的参考距离读数计算的，这些读数来自参考路径的估计车辆横向和方向误差；
如果给定距离传感器的误差在给定第二公差内，即小于公差，则该距离传感器测量有效。否则，该距离传感器的测量值将被视为无效，控制器3忽略任何无效的测量值，并根据有效测量值确定车辆的横向位置。
如果距离传感器发生故障，或者垃圾或其他材料堆积在专用车道11上，任何错误的距离传感器读数都将被忽略，并且车辆导航系统的操作不受影响，保证了横向测距的准确性。
本发明适用于无人驾驶个人快速交通车辆的车辆引导系统横向测距，但对于应用场景并不作具体限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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