CN105015521A - 一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，包括车载传感器、执行器、控制器以及磁钉车道，车载传感器包括磁尺、惯性导航模块、里程计。当车辆进站时，车辆行驶在磁钉车道上，控制器通过磁尺测量磁钉车道上的磁钉相对车身的位置判断车辆横向误差，通过检测磁钉磁极变化判断停车位置；利用惯性导航模块与里程计，结合磁钉信息进行数据融合，控制器计算出车辆的纵向行驶距离与横向误差，通过控制转向系统、制动系统实现对车辆的导航控制，达到高精度进站停靠的目的。本发明适用于BRT快速公交、工业厂房、码头等各种大型车辆需要高精度停靠的场景，可有效减少人为误操作，提高成功率与效率，具有成本低、可靠性高等优点。

Description

一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置

技术领域

本发明涉及无人驾驶公共交通技术领域，具体地，涉及一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置。

背景技术

近年来无人驾驶技术迅速发展。GPS、雷达、激光雷达、摄像头等各种传感器技术的发展为无人车的环境感知提供了众多途径。而各种电控执行器(如，助力转向系统、EPS系统等)早已在汽车上得到广泛应用，这些电控执行系统为未来无人车代替人类驾驶提供强大支持。由于实际驾驶环境的复杂性，以及交通法规的完善性，真正意义上的无人车短期内还不能应用和普及。但无人车技术却可以先应用于环境简单的局部交通场景内。

大型车辆的精准靠站停车是许多交通环境中特定场景的需求。如BRT快速公交车需要在公交车站快速准确停车；仓储物流，码头货运等工业场景中的大型车辆也往往有精准停靠的需要。对于有人驾驶的大型车辆，实现准确度为厘米等级的站点停靠往往需要丰富经验的熟练司机，而精准停车对于无人驾驶而言往往容易得多，且重复性高，可以大大提高停车效率与稳定性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，该装置具有高精度、低成本、适用性广且稳定性高的特点。

为实现以上目的，本发明提供一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，包括：车载传感器、执行器、控制器，以及与车载传感器配套的磁钉车道，其中：车载传感器包括磁尺、惯性导航模块、里程计，执行器包括转向系统和制动系统；

所述车载传感器的磁尺、惯性导航模块、里程计和执行器的转向系统、制动系统均与控制器相连接；所述控制器通过磁尺测量磁钉车道上的磁钉相对车身的位置以判断车辆的横向误差，通过检测磁钉磁极的变化来判断停车位置，利用惯性导航模块与里程计并结合磁钉信息进行数据融合，精确、连续地计算出车辆的纵向行驶距离与横向误差，通过控制转向系统、制动系统以及向车辆发送油门信号实现对车辆的导航控制，达到高精度进站停靠的目的。

优选地，所述车载传感器中：

所述磁尺用于测量磁钉车道竖直方向的磁场强度，并反馈给控制器；

所述惯性导航模块用于测量车辆垂直于地面的角速度，并反馈给控制器；

所述里程计用于测量车辆的速度与里程，并反馈给控制器。

更优选地，所述磁尺由多个直线排列的磁场传感芯片组成，磁尺经过磁钉车道上方时，磁钉会被磁尺识别，磁尺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，即精确判断磁钉于相对磁尺的横向位置，以及磁极方向。

更优选地，所述磁尺安装于车辆前端并与车辆中轴线对称。

优选地，所述磁钉车道由间隔等距的磁钉组成，分为引导区域和停靠区域，并通过不同磁极以区分。

更优选地，所述磁钉车道分布于每一个车辆需要停靠的站点，且每个站点的磁极跳变点与停车点纵向距离固定。

优选地，所述执行器的转向系统与制动系统将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度与制动力，从而实现控制器对车辆的方向控制与制动控制；控制器输出模拟信号模拟油门信号，通过继电器与驾驶员的油门踏板信号进行切换，实现控制器控制车辆输出的动力。

优选地，所述控制器根据磁尺测量的磁钉横向偏差信息，判断车身与车道中心的相对位置，并根据横向偏差控制转向系统进行修正使之运行在车道中心；当控制器检测到磁钉极性发生变化时，则车辆进入停车区域，控制器控制制动系统使车辆停在停车区域内。

优选地，所述控制器在没有收到磁尺给出的磁钉信息时，通过惯性导航模块给出的角速度与里程计给出的里程，结合车辆运动学模型进行车辆位姿的航位推算；当收到磁尺给出的磁钉信息时，结合航位推算的车辆位姿与根据磁钉信息提供的车辆位置测量值进行卡尔曼滤波，计算出准确的车辆位姿。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明属于磁导航方案，具有磁导航的优势，即相对于激光导航、视觉导航而言，本发明具有不容易受到环境干扰、稳定可靠、低成本的优点。

2.与现有的磁导航方案(磁带导航、电磁导航)相比，本发明具有众多优势；磁带在车间内容易磨损，且传感器必须距离地面较低。而本发明的磁尺可以达到25cm的安装高度，且可调整的范围较大。电磁导航线路铺设麻烦、维护成本高、线路改变困难。而本发明的磁钉铺设相对简单，且几乎不需要维护。

3.与现有的磁导航技术相比，磁钉导航具有能够提供更多信息的优点：磁钉导航可以通过磁钉极性的变化、相邻磁钉之间的距离变化来给车辆提供更多定位信息；还可以实时矫正车辆的绝对位置，为停靠站点、岔路等提供标定记号，而无需其他辅助的定位或标记措施。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的示意图；

图中：车体1，控制器2，里程计3，惯性导航模块4，转向系统5，控制系统6，磁尺7，磁钉车道8，停车区域9，站台10；

图2为本发明一实施例的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，包括车体1、车载传感器、执行器、控制器2，以及磁钉车道8，其中：所述车载传感器包括里程计3、惯性导航模块4、磁尺7，执行器包括转向系统5、制动系统6。控制器2、车载传感器和执行器相连接；磁钉车道8由间隔等距的磁钉组成，分为引导区域与停车区域9，以磁极加以区分；磁钉与停车区域9的相对坐标通过测量得知，并保存至控制器2内。

本实施例中，所述车体1所装载的转向系统5与制动系统6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与制动力，从而实现控制器2对车辆的方向控制与制动控制。控制器2输出模拟信号模拟油门信号，通过继电器与驾驶员的油门踏板信号进行切换，实现控制器2控制车辆输出的动力。

本实施例中，所述磁尺7由多个直线排列的磁场传感芯片组成，用于测量竖直方向的磁场。磁尺7安装于车辆前端，距离地面约20cm左右。磁尺7可以检测到磁钉车道8的磁钉相对于车体1的横向位置。磁尺7经过磁钉上方时，磁尺7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。

本实施例中，所述惯性导航模块4用于测量车辆垂直于地面的角速度，并反馈给控制器2。

本实施例中，所述里程计3用于测量车辆的速度与里程，并反馈给控制器2。

所述控制器2控制逻辑如图2所示：

车辆行驶在磁钉车道8上，当磁尺7经过磁钉正上方时，磁尺7测量到磁钉的磁极方向和横向位置，并向控制器2发送测量的磁钉信息；

当磁尺7第一次检测到磁钉从其下方经过时，控制器2对车辆的位姿进行初始化，并进入停靠模式；当没有收到磁尺7给出的磁钉信息时，控制器2通过惯性导航模块4给出的角速度与里程计3给出的里程，结合车辆运动学模型进行车辆位姿的航位推算；当收到磁尺7给出的磁钉信息时，由于磁钉间隔固定、方向固定，所以可以把磁钉信息作为车辆位置的测量值；控制器2结合航位推算的车辆位姿与根据磁钉信息提供的车辆位置测量值进行卡尔曼滤波，计算出更为准确的车辆位姿；由于磁钉位置是高精度的、固定不变的，所以控制器2对车辆位姿的计算不会随着各个传感器的误差而逐渐发散，并始终保持较高的精度，定位误差一般可以达到3cm以下；

当控制器2接收到驾驶员的停车指令时，控制器2获得权限控制制动系统6、转向系统5及向车辆ECU发送油门信号，控制车辆；

当车辆驶入磁钉车道8的引导区域，控制器2开始利用制动系统6使车辆减速；控制器2结合高精度的定位信息计算出与磁钉车道8的横向误差，通过转向系统5进行修正，使车辆保持在磁钉车道8中心；当控制器2检测到磁尺7发送的磁极变化信息，则表示车辆进入停车区域9，控制器2控制制动系统6，使车辆停在停车区域9内。

本发明具有不容易受到环境干扰、稳定可靠、低成本的优点；磁尺可调整的范围较大；磁钉铺设相对简单，且几乎不需要维护；通过磁钉极性的变化、相邻磁钉之间的距离变化来给车辆提供更多定位信息；还可以实时矫正车辆的绝对位置，为停靠站点、岔路等提供标定记号，而无需其他辅助的定位或标记措施。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，包括：车载传感器、执行器、控制器，以及与车载传感器配套的磁钉车道，其中：车载传感器包括磁尺、惯性导航模块、里程计，执行器包括转向系统和制动系统；

所述车载传感器的磁尺、惯性导航模块、里程计和执行器的转向系统、制动系统均与控制器相连接；所述控制器通过磁尺测量磁钉车道上的磁钉相对车身的位置以判断车辆的横向误差，通过检测磁钉磁极的变化来判断停车位置，利用惯性导航模块与里程计并结合磁钉信息进行数据融合，精确、连续地计算出车辆的纵向行驶距离与横向误差，通过控制转向系统、制动系统以及向车辆发送油门信号实现对车辆的导航控制，达到高精度进站停靠的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述车载传感器中：

所述磁尺用于测量磁钉车道竖直方向的磁场强度，并反馈给控制器；

所述惯性导航模块用于测量车辆垂直于地面的角速度，并反馈给控制器；

所述里程计用于测量车辆的速度与里程，并反馈给控制器。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述磁尺由多个直线排列的磁场传感芯片组成，磁尺经过磁钉车道上方时，磁钉会被磁尺识别，磁尺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，即精确判断磁钉于相对磁尺的横向位置，以及磁极方向。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述磁尺安装于车辆前端并与车辆中轴线对称。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述磁钉车道由间隔等距的磁钉组成，分为引导区域和停靠区域，并通过不同磁极以区分；所述磁钉车道分布于每一个车辆需要停靠的站点，且每个站点的磁极跳变点与停车点纵向距离固定。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述执行器的转向系统与制动系统将控制器输出的模拟信号转化为相对应的方向盘角度与制动力，从而实现控制器对车辆的方向控制与制动控制；控制器输出模拟信号模拟油门信号，通过继电器与驾驶员的油门踏板信号进行切换，实现控制器控制车辆输出的动力。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述控制器根据磁尺测量的磁钉横向偏差信息，判断车身与车道中心的相对位置，并根据横向偏差控制转向系统进行修正使之运行在车道中心；当控制器检测到磁钉极性发生变化时，则车辆进入停车区域，控制器控制制动系统使车辆停在停车区域内。

8.根据权利要求7所述的一种基于磁钉的大型车辆自动停靠装置，其特征在于，所述控制器在没有收到磁尺给出的磁钉信息时，通过惯性导航模块给出的角速度与里程计给出的里程，结合车辆运动学模型进行车辆位姿的航位推算；当收到磁尺给出的磁钉信息时，结合航位推算的车辆位姿与根据磁钉信息提供的车辆位置测量值进行卡尔曼滤波，计算出准确的车辆位姿。