CN103096247A - 利用移动基站控制车辆间的相对位置的方法和系统 - Google Patents

利用移动基站控制车辆间的相对位置的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用移动基站控制车辆间的相对位置的方法和系统。在移动基站和目标车辆处接收来自卫星的GPS信息。基于所接收的GPS信息，参考移动速度和方向，计算移动基站的当前位置信息。然后，通过预设算法，对所计算的位置信息和所接收的GPS信息进行计算以产生DGPS修正数据，并将所产生的DGPS修正数据传送至一个或多个目标车辆。在控制目标车辆中，传送的DGPS修正数据被接收，来自卫星的GPS信息被接收，基于所接收的GPS信息和所接收的DGPS修正数据计算位置信息，从而执行位置修正，并且根据所计算的位置信息，调整控制目标车辆的速度和方向。

Description

利用移动基站控制车辆间的相对位置的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆间的相对位置的技术，更具体涉及一种利用移动基站来控制车辆间的相对位置的方法和系统，其提高了车辆间的相对位置的准确度并执行位置控制，同时通过车辆对车辆(V2X)的通信，与用作差分全球定位系统(DGPS)的移动基站的车辆通信。
背景技术
全球定位系统(GPS)为位于地球上或附近任何地方的远程设备提供位置和时间信息的空-基卫星导航系统。然而，为了使多数GPS设备正常工作，通常必须存在用于四个或更多GPS卫星的无阻的视线(unobstructed line of sight)。借助GPS接收机，任何人可自由地获取这些系统。
多数GPS在定位时具有典型的公里误差(kilometric error)，其误差范围大约为5至15米，在某些情况下高达30米。因此，这些系统的准确度达不到多数汽车制造商所预期的能够提供车辆当前位置的高准确度的专业程度。
为了弥补通过GPS卫星接收数据的已知错误，人们已广泛利用差分全球定位系统实时动态(differential global positioning system realtime kinematics)(DGPSRTK)(以下称作“DGPS”)。DGPS使用固定的、地-基参考站的网络，以传播通过卫星系统标注的位置与已知固定位置之间的差别。这些站传播测量的卫星“伪距”(pseudorange)和实际的(内部计算的)“伪距”之间的差别。因此，通过标注的数量，接收站可使用该信息以修正其伪距。
已经研发出自动车辆队列(Autonomous vehicle platooning)，其中多个移动物体(汽车)在保持以最小安全距离分开的同时一起移动，从而同时利用多辆车输送大量商品或允许多辆车参与沿直排移动的情况。由于车辆空气阻力的减小而提高自动车辆队列的燃料效率、减小事故的风险，并提高每辆车中驾驶者的便利度。然而，因为需要利用DGPS来准确控制车辆间相对位置的复杂技术等等，因此需要相当大的成本，从而必须在每辆车中安装必要的传感器和设备。
在某些情况下，不能准确地发现车辆的确切位置，因此需要提高车辆间相对位置准确度的技术。然而，如上所述的DGPS受限于固定的基站位置。因而，在使用商用DGPS修正数据并且车辆位于远离基站的地方时，即使使用了DGPS，也无法提高位置的准确度。
发明内容
鉴于上述问题，已提出本发明的不同方面，并提供一种利用移动基站控制车辆间的相对位置的方法和系统，其提高了车辆间的相对位置的准确度并执行位置控制，同时通过车辆与车辆(V2X)的通信，与用作差分全球定位系统(DGPS)的移动基站的车辆进行通信。
根据本发明的一个方面，提供一种利用移动基站控制车辆间的相对位置的系统。该系统可包括：移动基站，其被配置成传送DGPS修正数据；和控制目标车辆，其被配置成接收来自移动基站的DGPS修正数据，并执行位置控制。移动基站可包括：第一GPS接收单元，其被配置成接收来自卫星的GPS信息；位置计算单元，其被配置成基于所接收的GPS信息和由内部传感器检测的数值，计算当前位置信息；DGPS修正数据产生单元，其被配置成基于所计算的位置信息和从第一GPS接收单元接收的GPS信息，产生DGPS修正数据；和第一V2X通信单元，其被配置成将从DGPS修正数据产生单元产生的DGPS修正数据传送至控制目标车辆。控制目标车辆可包括：第二V2X通信单元，其被配置成接收从移动基站的第一V2X通信单元传送的DGPS修正数据；第二GPS接收单元，其被配置成接收来自卫星的GPS信息；基于DGPS的位置信息修正单元，其被配置成基于从第二V2X通信单元接收的DGPS修正数据和从第二GPS接收单元接收的GPS信息来计算其自身位置信息并执行位置修正；和行驶控制单元，其被配置成基于从该基于DGPS的位置信息修正单元输出的位置信息，控制车辆的速度和方向。
本系统可被实施为使得移动基站被设置成前导车辆，并且至少一个控制目标车辆被配置成前导车辆的跟踪车辆。
位置计算单元可包括惯性测量单元(IMU)和惯性导航系统(INS)。IMU可被配置成通过把基于在内置振动体的三维空间中的自由运动来测量转动惯量的陀螺仪和加速度计，以及用来测量方位角的地磁场计用作各轴，来测量所述车辆的运动。INS可被配置成对从IMU的陀螺仪得到的加速度求积分以得到速度，并对速度求积分以得到位置和角度。
根据本发明的另一方面，用于在车辆位置控制系统中利用移动基站控制相对位置的方法，该车辆位置控制系统包括：移动基站，其被配置成传送差分全球定位系统(DGPS)修正数据；和控制目标车辆，其被配置成接收来自移动基站的DGPS修正数据并执行位置控制，该方法包括：第一次接收来自卫星的GPS信息；基于所接收的GPS信息，参考移动速度和方向，计算当前位置信息；通过预设算法对所计算的位置信息和从第一次接收GPS信息中接收的GPS信息进行计算，以产生DGPS修正数据；传送所产生的DGPS修正数据。在控制目标车辆中执行的方法可包括：接收在传送DGPS修正数据中传送的DGPS修正数据；第二次接收来自卫星的GPS信息；基于第二次接收的GPS信息和接收的DGPS修正数据计算位置信息以执行位置修正；并根据在计算位置信息时所计算的位置信息，对所控制的目标车辆的速度和方向进行控制。
本方法还可包括在第一次接收GPS信息之前输入第一参考点，其中第一参考点为位置转换的标准。更具体地，计算位置信息可包括基于输入的第一参考点，计算移动基站的绝对位置。
移动基站可被设置成前导车辆，并且至少一个控制目标车辆被配置成前导车辆的跟踪车辆，使得前导车辆控制跟踪车辆的相对位置。
计算位置信息包括通过把陀螺仪和加速度计以及地磁场计用作各轴来测量所述车辆的运动，其中陀螺仪和加速度计基于在内置振动体的三维空间中的自由运动来测量转动惯量，而地磁场计用来测量方位角。
计算位置信息可以包括对从陀螺仪得到的加速度求积分而得到速度，并对速度求积分以得到位置和角度。
根据具有上述配置的本发明的示例性实施例，因为使用了作为DGPS移动基站的车辆，所以其能够不受固定DGPS服务区的限制，利用位置计算单元识别车辆之间以及沿着移动路径上的所有点之间的相对位置，同时因为能够在位置计算单元中直接设定初始值，因此可以提供比一般DGPS基站更快捷的服务。
当车辆列队行驶时，由于无需安装单独的传感器和设备来跟踪前导车辆，因此本发明的示例性实施例降低了成本并且为自动行驶的车辆组以及周围车辆提供了位置服务。也就是说，即使在尝试了基于用作移动基站的前导车辆的非自动车辆列队时，通过基于DGPS移动基站接收的位置信息，识别与相邻车辆的相对位置，以及基于识别的相对位置，控制车辆的行驶，示例性实施例仍可选地被用于安全指导非自动车辆的行驶方向和位置。
本发明的系统和方法具有的其他特征和优点，其将从这里包含的附图和下面的具体实施例中显然看出或在其中详细阐明，附图和具体实施例一起用来解释本发明的原理。
附图说明
图1示出根据本发明的示例性实施例的利用移动基站控制车辆间的相对位置的系统的功能框图；
图2A示出根据本发明的示例性实施例，在被用作移动基站的前导车辆中产生和传送差分全球定位系统(DGPS)修正数据的过程；
图2B示出根据本发明的示例性实施例，在接收DGPS修正数据的跟踪车辆中执行位置控制的过程；
图3是概念图，示出根据本发明的示例性实施例利用移动基站控制车辆间的相对位置的技术；
图4示出根据本发明的示例性实施例，将前导车辆和跟踪车辆的相对位置修正到任意参考点的过程。
图中的附图标记：
11：第一GPS接收单元
12：位置计算单元
13：DGPS修正信号产生单元
14：第一V2X通信单元
21：第二V2X通信单元
22：第二GPS接收单元
23：基于DGPS的位置信息修正单元
24：行驶控制单元
具体实施方式
下面详细参考本发明的不同实施例，结合下列附图和描述说明例子。图中相同的标识号指代相同的部件。当确定相关发明中的配置或功能的详细描述干扰了对在本发明实施例描述中的实施例的理解，将省略该详细描述。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车，包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
图1是示出根据本发明一个示例性实施例，利用移动基站来控制车辆间的相对位置的系统配置的功能框图。
在图1中，前导车辆10包括控制器，其被配置成基于全球定位系统(GPS)数据来计算当前位置，并作为移动基站。跟踪车辆被配置成通过车辆对车辆(V2X)通信而接收来自前导车辆10的差分GPS(DGPS)修正数据，并执行位置控制。
前导车辆10包括第一GPS接收单元11，其被配置成接收来自卫星的GPS信息；和位置计算单元12，其具有惯性测量单元(IMU)和惯性导航系统(INS)，以使用于计算车辆绝对位置信息的程序指令被安装在前导车辆10中。
前导车辆10还可包括DGPS修正数据产生单元13，其被配置成基于由位置计算单元12计算的车辆的位置信息和由第一GPS接收单元11接收的GPS信息，来修正DGPS修正数据。另外，第一V2X通信单元14被配置成将在DGPS修正数据产生单元13中产生的DGPS修正数据传送至通信服务区中的另一车辆，也就是跟踪车辆(trackingvehicle)20。
跟踪车辆20包括第二V2X通信单元21，其被配置成接收来自前导车辆10的第一V2X通信单元14传送的DGPS控制数据；第二GPS接收单元22，其被配置成接收来自卫星的GPS数据；基于DGPS的位置信息修正单元23，其被配置成基于从第二V2X通信单元21接收的DGPS修正数据和从第二GPS接收单元22接收的GPS信息，计算其自身位置信息并进行位置修正；以及行驶控制单元24，其被配置成基于从基于DGPS的位置信息修正单元23输出的位置信息，控制车辆的速度和方向。
接下来参照程序图2A和2B描述具有上述配置的系统的操作。
图2A示出在被用作移动基站的前导车辆10中的DGPS修正数据的产生和传送过程，图2B示出接收DGPS数据修正数据的跟踪车辆20中的位置控制操作。
首先，如图2A所示，当驾驶者输入第一参考点时，第一参考点作为执行移动基站功能的前导车辆10中的位置转换的标准(ST10)，DGPS修正数据产生单元13通过第一GPS接收单元11接收来自卫星的GPS信息(ST11)，位置计算单元12基于接收到的GPS信息并参考车辆的移动速度和方向等计算当前位置信息(ST12)。
在位置计算单元12中计算当前位置信息的过程由测量车辆运动的方法来完成，其中该方法通过IMU，通过把陀螺仪和加速度计以及地磁场计(earth’s magnetic field)用作各轴，其中陀螺仪和加速度计基于在内置振动体的三维空间中的自由运动来测量转动惯量，而地磁场计用来测量方位角，通过INS，通过对从IMU的陀螺仪得到的加速度求积分以得到速度，并对速度求积分以得到位置和方向。
将在步骤ST12中计算的位置信息输入DGPS修正数据产生单元13。DGPS修正数据产生单元13通过预设算法，计算输入位置信息和由第一GPS接收单元11接收的GPS信息，以产生DGPS修正数据(ST13)，并将DGPS修正数据传送到第一V2X通信单元14(ST14)。
通过上述过程传送的DGPS修正数据由位于通信服务区内的跟踪车辆20接收。现将参考图2B的程序图描述接收的DGPS修正数据的处理过程。
如图2B所示，当DGPS修正数据由第二V2X通信单元21接收时(ST21)，跟踪车辆20的基于DGPS的位置信息修正单元23通过第二GPS接收单元22接收来自卫星的GPS信息(ST22)，基于接收到的GPS信息和接收到的DGPS修正数据来计算位置信息并执行位置修正(ST23)。
接着，基于DGPS的位置信息修正单元23，根据利用上述过程计算的位置信息，控制行驶控制单元24，以调整跟踪车辆20的速度和方向(ST24)。
因此，如图3所示，当多辆车基于前导车辆10进行自动队列控制时，跟踪车辆可以基于前导车辆传送的DGPS修正数据，修正其自身的位置信息、识别相对位置关系，并准确地控制速度和方向，从而执行车辆的自动队列控制，而不增加较大的成本负担。
也就是说，根据示例性实施例，可以利用执行DGPS移动基站功能的车辆来修正位置信息，并因此可以不受DGPS服务区的限制而利用位置计算单元来识别车辆和移动路径之间的相对位置，并在位置计算单元中直接设定初始值。因此，如图4所示，即使利用任意参考点，也可以修正前导车辆与跟踪车辆之间相对的实际位置差异，并且与利用一般DGPS基站相比，提供更快捷的服务。
当车辆队列行驶时，可以降低成本并为自动队列行驶车辆以及周围车辆提供位置服务，且无需在每辆车中安装用于跟踪前导车辆的额外传感器或设备。
本发明并不局限于示例性实施例，在不偏离本发明精神和范围下还可以修改上述示例性实施例。示例性实施例已经说明了基于用作移动基站的前导车辆的自动车辆列队行驶，然而，也可以通过基于从DGPS移动基站接收的位置信息来识别与相邻车辆的相关位置并且基于相对位置来控制车辆行驶，而广泛地应用到指导安全驾车的服务。
在上述示例性实施例中，控制单元可被实施为被配置成执行上述步骤的控制器或处理器。此外，本发明的控制器或处理器中的控制逻辑可被实施为计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质，包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括，但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录媒体还可被分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质以散布方式(distributedfashion)被存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
上面已经出于说明和描述的目的，对本发明具体示例性实施例进行了描述。这些实施例并不是试图穷举或将本发明限制在所公开的精准形式中，很显然，基于上述教导还可做出许多修改和变更。选择并描述这些示例性实施例是为了说明本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够做出和利用本发明的不同示例性实施例以及其不同替代和变型。本发明的范围由权利要求及其等价物限定。

Claims (12)

1.一种利用移动基站控制车辆间的相对位置的系统，所述系统包括：
移动基站，其被配置成传送差分全球定位系统(DGPS)修正数据，所述移动基站包括：
第一全球定位系统(GPS)接收单元，其被配置成接收来自卫星的GPS信息；
位置计算单元，其被配置成基于所接收的GPS信息和由内部传感器检测的数值来计算当前位置信息；
DGPS修正数据产生单元，其被配置成基于所计算的位置信息和从所述第一GPS接收单元接收的所述GPS信息，产生DGPS修正数据；和
第一V2X通信单元，其被配置成将从所述DGPS修正数据产生单元产生的所述DGPS修正数据传送至控制目标车辆；和
控制目标车辆，其被配置成接收来自所述移动基站的所述DGPS修正数据，并执行位置控制，
所述控制目标车辆包括：
第二V2X通信单元，其被配置成接收从所述移动基站的所述第一V2X通信单元传送的所述DGPS修正数据；
第二GPS接收单元，其被配置成接收来自卫星的GPS信息；
基于DGPS的位置信息修正单元，其被配置成基于从所述第二V2X通信单元接收的所述DGPS修正数据和从所述第二GPS接收单元接收的所述GPS信息来计算其自身位置信息并执行位置修正；和
行驶控制单元，其被配置成基于从所述基于DGPS的位置信息修正单元输出的所述位置信息，来控制所述车辆的速度和方向。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述移动基站被设置成前导车辆，并且至少一个控制目标车辆被配置成所述前导车辆的跟踪车辆。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述位置计算单元包括惯性测量单元(IMU)和惯性导航系统(INS)。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述IMU被配置成通过把基于在内置振动体的三维空间中的自由运动来测量转动惯量的陀螺仪和加速度计，以及用来测量方位角的地磁场计用作各轴，来测量所述车辆的运动。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述INS被配置成对从所述IMU的所述陀螺仪得到的加速度求积分以得到速度，并对所述速度求积分以得到位置和角度。
6.一种用于在车辆位置控制系统中利用移动基站来控制相对位置的方法，所述车辆位置控制系统包括：移动基站，其被配置成传送差分全球定位系统(DGPS)修正数据；和控制目标车辆，其被配置成接收来自所述移动基站的所述DGPS修正数据并执行位置控制，所述方法包括：
在移动基站接收来自卫星的全球定位系统(GPS)信息；
在所述移动基站基于所接收的GPS信息，参考移动速度和方向，计算当前位置信息；
由所述移动基站通过预设算法对所计算的位置信息和所接收的GPS信息进行计算，以产生DGPS修正数据；
由所述移动基站传送所产生的DGPS修正数据；
由所述目标车辆中的控制器接收由所述移动基站传送的所述DGPS修正数据；
由所述目标车辆中的所述控制器接收来自卫星的GPS信息；
由所述目标车辆中的所述控制器，基于由所述目标车辆中的所述控制器接收的所述GPS信息和所述DGPS修正数据，计算位置信息，以执行位置修正；以及
由所述目标车辆中的所述控制器，根据由所述目标车辆中的所述控制器计算的所述位置信息，来控制目标车辆的速度和方向。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在第一次接收所述GPS信息之前输入作为位置转换标准的第一参考点，
其中所述计算位置信息的步骤包括基于在所述输入第一参考点的步骤中输入的所述第一参考点，来计算所述移动基站的绝对位置。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述移动基站被设置成前导车辆，并且至少一个控制目标车辆被配置成所述前导车辆的跟踪车辆，使得所述前导车辆控制所述跟踪车辆的相对位置。
9.如权利要求6所述的方法，其中计算位置信息包括通过把基于在内置振动体的三维空间中的自由运动来测量转动惯量的陀螺仪和加速度计，以及用来测量方位角的地磁场计用作各轴，来测量所述车辆的运动。
10.如权利要求9所述的方法，其中计算位置信息包括对从所述陀螺仪得到的加速度求积分而得到速度，并对所述速度求积分以得到位置和角度。
11.一种非短暂计算机可读介质，其包含由控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：
基于在移动基站接收的GPS信息并参考移动速度和方向来计算当前位置信息的程序指令；
通过预设算法对所计算的位置信息和在所述移动基站接收的GPS信息进行计算以产生DGPS修正数据的程序指令；以及
将所产生的DGPS修正数据传送至目标车辆上的控制器的程序指令。
12.一种非短暂计算机可读介质，其包含由控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：
被配置成基于从卫星接收的GPS信息和从移动基站接收的DGPS修正数据计算车辆队列中的目标车辆的位置信息以执行位置修正的程序指令；以及
根据所述位置信息来控制所述目标车辆的速度和方向的程序指令。
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