CN106414205A - 路径控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于第一车辆的路径来控制第二车辆沿着补偿路径前进的系统，所述系统包括：第一车辆子系统，其具有：用于第一车辆的路径的时间和(X,Y)位置坐标的存储器；用于确定第一车辆的时间和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；用于比较第一车辆的实际位置与在确定的时间的路径位置作为测试路径误差的装置；以及用于传输测试路径误差的装置；以及第二车辆子系统，其具有：用于第二车辆的路径的时间和(X,Y)位置坐标的存储器；用于确定第二车辆的时间和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；用于接收测试路径误差的装置；用于通过考虑测试路径误差来计算第二车辆的修改的路径的装置；以及用于控制第二车辆沿着修改的路径前进的装置，由此，第一车辆和第二车辆沿着彼此补偿的实际路径以与被存储的路径相似的方式行进。

Description

路径控制系统
技术领域
本发明涉及用于基于第一车辆的路径来控制第二车辆沿着补偿路径前进的系统。
背景技术
车辆(特别是汽车)的测试可涉及控制它们沿着可接近彼此和/或交叉的补偿路径前进。能够以比对它们的手动控制可能的更大的准确度执行测试是合乎需要的。
我们通过自动控制车辆来独立地沿着规定路径前进，其使用路径对控制器预先编程，该路径独立于彼此被遵循。此外，在超车测试中，我们也沿着平行路径控制第二车辆在第一车辆前方以设定的距离前进。
使第二车辆能够考虑在由第一车辆采用的实际路径中的偏差是合乎需要的，该实际路径与所编程的路径不同。这实际上是超车测试被操作的方式，通过传输第一车辆的位置坐标到第二车辆，第二车辆被控制为保持在第一车辆前方一段固定的距离。
发明内容
本发明的目的是提供用于控制第二车辆沿着对第一车辆的路径进行补偿的路径前进的改进的系统。
根据本发明，提供了用于基于第一车辆的路径来控制第二车辆沿着补偿路径前进的系统，该系统包括：
第一车辆子系统，其具有：
用于第一车辆的路径的时间和(X,Y)位置坐标的存储器；
用于确定第一车辆的时间和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；
用于比较第一车辆的实际位置与在确定的时间的路径位置作为测试路径误差的装置；以及
用于传输测试路径误差的装置；以及
第二车辆子系统，其具有：
用于第二车辆的路径的时间和(X,Y)位置坐标的存储器；
用于确定第二车辆的时间和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；
用于接收测试路径误差的装置；
用于通过考虑测试路径误差来计算第二车辆的修改的路径的装置；以及
用于控制第二车辆沿着修改的路径前进的装置，由此，第一车辆和第二车辆沿着彼此补偿的实际路径以与被存储的路径相似的方式行进。
通常，路径被表示为路线点，每个路线点具有(X,Y,T)坐标，即路线点的位置和第一车辆或第二车辆应该在那个路线点处的时间。在路线点之间的预期速度可被计算到第一近似，其是由在连续路线点之间的矢量的长度除以在它们处的预期时间之间的差异，且矢量的角度给出路径的方向。我们偏爱穿过路线点插入平滑的路径并基于插入的路径计算预期速度和方向。
可设想，可按照在X和Y方向上的误差(即在时间T的(x,y))来表示测试路径误差。
然而，在第一车辆借助于道路表面标记被自动或手动地驾驶的场合，可能以合理的横向准确度(即以相对小的横向偏差和稍微更大的纵向偏差)沿着所编程的路径前进；将误差作为时间误差和横向误差进行传输很方便。时间误差是第一车辆在路线点处提前(或落后)的时间的长度。横向误差是实际路径离所编程的路径的横向移位。
优选地，我们计算并传输作为矢量的横向误差，其具有作为它的幅值的横向偏差和作为它的角度的正交于预期路径的角度。这使第二车辆的路径的校正能够按照第一车辆的时间误差被应用，作为对第二车辆沿着它的预期路径的预期速度的改变，加上在路径的方向上的矢量的分解元素连同横向于路径的矢量的分解元素。在涉及并行驾驶(例如超车或接近)的测试中，矢量的全幅值用作横向元素。两个路径横向移动相同的数量。这在人和/或巡航控制第一车辆的这样的测试中实现车辆的紧密操纵中有特别的优点。
此外，因为速度是容易得到的且正速度误差给出需要增加第二车辆的速度的指示，反之亦然，因此速度误差也被传输。这可作为在速度大小中的实际误差或作为在速度中的百分比误差。
此外，虽然可针对每个路线点传输误差，但是它们可以以有规律的时间间隔被方便地传输，所述时间间隔比在经过的路线点之间的间隔更频繁。这个更频繁的传输由在路线点之间的预期路径的插入来实现的。路线点通常被规定在沿着预期路径的固定间隔处。在路线点之间的间隔不大可能小于2米，其通常小于整个车辆的长度。然而，对于慢速度测试，间隔可以更小。路线点不需要设置在固定间隔处，且可被设置为沿着预期路径的有规律的时间间隔。
附图说明
为了帮助理解本发明，其特定实施方式现在将作为例子并参考附图被描述，其中：
图1是在使用根据本发明的控制系统的测试期间第一和第二车辆的预期和实际路径的平面图；
图2是在测试期间这两个车辆的概略侧视图；以及
图3是示出在(i)处的第一车辆的子系统和在(i i)处的第二车辆的子系统的控制系统的方框图。
具体实施方式
参考附图，一般的事故避免装置测试涉及沿着由路线点31、32……3n规定的第一预期和预定路径2驾驶第一“测试”或“受验”车辆1。这个驾驶可例如由人控制、由机器人控制或是巡航控制。第二“目标”或“控制”车辆11要沿着由路线点131、132……13n规定的第二预定路径12被驾驶。路径被预期且在交叉点处交叉，在该交叉点处或接近该交叉点，事故避免装置从本发明的系统接管控制。接管控制和之后的事件不构成本发明的部分。
第一车辆通常是常规汽车。第二车辆可以是具有用于控制速度、转向和刹车的自动设备的常规汽车。可选地，它可以是软碰撞虚拟汽车的自动推进载体。再次，车辆的确切性质不构成本发明的部分。
第一车辆配备有本发明的控制系统的第一子系统4。在第一子系统内的是存储器41，能够用规定预期由在测试中的第一车辆行驶的第一路径2的路线点对该存储器41进行编程。典型地，路线点隔开2米。与存储器相关联的是处理器42，其用于穿过路线点插入平滑路径。这是与子系统一起工作的路径2。还包括GPS模块43。这能够将第一车辆的位置测量到10cm以内或更好。典型地，它在100Hz下完成此工作。GPS模块连接到处理器，且后者被编程为与GPS模块同步地比较实际位置与预期位置；即每秒进行在预期和实际位置之间的100次比较。
在测试使得车辆在比如45kph(28mph)的城市速度下行进、路线点沿着预期路径以2m间隔设置且比较在100Hz下被进行的场合，它们是0.125m的间隔，即其频率是路线点被经过频率的16倍。间隔随着速度而改变。
在测试从沿着路径(其可以是笔直的或弯曲的且与下面所述的第二车辆的路径成任何角度)行进的距离方面被方便地规划的限度内，路线点通常被确定为在固定距离/间隔处的沿着路径的X、Y、T坐标。比较比路线点更频繁，且预期路径可以是弯曲的，如所插入的。比较时间很少与在路线点处的预期时间重合。处理器被编程以在不存在累积的驾驶误差的情况下计算在比较时间应到达的沿着预期路径的位置。正是这些位置在计算路径误差时与实际GPS确定的位置一起被使用以被发送到第二车辆。
通常GPS速率比可被发送到第二车辆更快，且如下误差信号被传输的速率较慢，一般是50Hz。
离预期路径的横向偏差21的比较和误差信号可能在GPS分辨率的单位的低数量，即数十厘米的低数量处，因为驾驶员的转向操作或自动转向操作可能是准确的，参见驾驶员沿着交通车道前进的能力。然而，沿着预期路径的纵向偏差242的比较和误差信号可能是数十米，即比横向偏差大两个数量级。这是因为驾驶员在判断以城市速度沿着预期路径准确前进方面缺乏方便的参考项。换句话说，要遵循道路标记的驾驶员或具有自动转向的巡航控制可关于在路线点处的时间保持横向接近预期路径但不纵向接近。还假定驾驶员适当地通过显示器44知道预期速度，他/她可保持接近该预期速度。
在图1中示出由第一车辆沿着的实际路径102。
相应地，处理器被方便地编程以产生：
横向误差信号，作为离预期路径的横向偏差，以及
纵向误差信号，作为沿着预期路径的纵向偏差。
因为预期速度可能被驾驶员或巡航控制紧密地遵循，因此纵向误差信号方便地被产生为第一车辆沿着其预期路径提前的时间的长度(或其落后的负时间)。
按照与实际路径和预期路径成切线的矢量的幅值的差异容易计算速度误差。方便地，速度误差被产生为实际速度超过预期速度的百分比，在第一车辆太慢时是负百分比。
这三个误差——横向、纵向和速度——连同它们的比较时间经由发射机45使用天线46被传输。
第二车辆配备有本发明的控制系统的第二子系统5。如同第一子系统一样，在第二子系统内的是存储器51，能够用规定预期由在测试中的第二车辆行驶的第二路径12的路线点来编程该存储器51。同样，典型地，路线点隔开2米。同样，与存储器相关联的是处理器52，其用于穿过路线点插入平滑路径。这是与子系统一起工作的路径12。还包括GPS模块53。其能够将车辆的位置测量到10cm以内或更好。GPS模块连接到处理器。还包括具有天线56的接收机55。
经由GPS单元和处理器的编程，第二子系统识别第二车辆相对于它的预期路径的实际位置。经由接收机和表示第一车辆离它的路线的偏差的所接收的误差，处理器计算第二车辆应处于的位置和它在修改的路径112上应有的速度的矢量，以便与第一车辆会合，或至少以它们的预期路径所预期的方式使它们的路径在预期点6和实际点106处交叉，由此例如，在第一车辆中的事故避免设备可控制它避免与第二车辆碰撞。第二路径是预先确定的，使得接近会合/交叉点的车辆以适合于待执行的测试的方式被协调。
第二车辆被自动控制，也就是说，它的引擎和它的转向经由伺服电机56、57被控制以使它实时地在离在修改的路径上的它的预期路线的互补横向和纵向位移251、252处。
在纵向偏差一般比横向偏差大两个数量级的限度内，第二车辆在其沿着路径的定时方面沿着其修改的路径112的前进的校正(即作为实际时间间隔的定时误差的应用)将使车辆以对一些测试几乎足够好或事实上实际足够好的方式接近。然而在交叉测试中，第一车辆的横向偏差使它相对于预期路径纵向地在汽车的不同位置处接近第二车辆。为了校正此，第一车辆的横向偏差的矢量被加到第二车辆的速度/时间校正的纵向偏差。换句话说，如果没有横向偏差，则车辆将沿着它们的预期路径行进并一起或一个在另一个后面如所预期的以预期的方式但简单地在不同的时刻到达交叉点6。在第一车辆具有横向偏差的情况下，偏差的相同的矢量的量必须被加到第二车辆的实际位置。在预期路径不平行的情况下，这个矢量具有在第二车辆的预期路径的方向上和与它正交的分量。这些分量2521、2522被加到第二车辆的校正251，但它沿着它的路径以时间、以速度或以距离被表示。
在预期路径平行的情况下，矢量的幅值直接用于修改第二车辆的路径。这实现第二车辆的横向位置的准确和响应性控制，使通过测试(超车或接近)能够一致地和有把握地被执行。
当启动第一车辆时，开始测试。接着同步地启动第二车辆。对于一些测试，第二车辆可被编程为在第一车辆之后启动，如在车辆意外地拉到第一车辆的路径内的模拟中的。在第一车辆已经有沿着它的路径的时间误差的场合，这考虑第二车辆的启动时间。
虽然第一车辆的误差在它的整个路线中从测试的开始累积，但在传输之间的误差的增加和在从第二车辆的预期路径的位移的补偿增加很小，并可由与用于沿着预期路径前进的信号比较的伺服电机的伺服控制信号中的小变化来调节，至少在速度伺服电机方面。

Claims (19)

1.一种用于基于第一车辆的路径来控制第二车辆沿着补偿路径前进的系统，所述系统包括：
第一车辆子系统，其具有：
用于所述第一车辆的路径的时间(T)和(X,Y)位置坐标的存储器；
用于确定所述第一车辆的时间(T)和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；
用于比较所述第一车辆的实际位置与在确定的时间的路径位置以作为测试路径误差的装置；以及
用于传输所述测试路径误差的装置；以及
第二车辆子系统，其具有：
用于所述第二车辆的路径的时间(T)和(X,Y)位置坐标的存储器；
用于确定所述第二车辆的时间(T)和实际(X,Y)位置坐标的GPS接收器；
用于接收所述测试路径误差的装置；以及
用于通过考虑所述测试路径误差来计算所述第二车辆的修改的路径并产生用于控制所述第二车辆沿着所述修改的路径前进的控制信号的装置，由此，所述第一车辆和所述第二车辆沿着彼此补偿的实际路径以与被存储的路径相似的方式行进。
2.如权利要求1所述的系统，包括用于根据所述控制信号控制所述第二车辆沿着所述修改的路径前进的装置。
3.如权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统的存储器适合于将相应的路径存储为路线点，每个路线点具有(X,Y,Z)坐标。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统适合于计算：
在路线点之间的预期速度的第一近似，其是由在连续的路线点之间的矢量的长度除以在它们处的预期时间之间的差异；以及
预期路径方向，其是所述矢量的角度。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统还适合于穿过所述路线点插入平滑路径并基于所插入的路径来计算预期速度和方向。
6.如权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统适合于表示测试路径误差，并分别传输和接收测试路径误差，该测试路径误差是关于X和Y方向上的误差，也即在时间(T)时的(x,y)。
7.如权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统适合于将测试路径误差表示为时间误差和横向误差：
所述时间误差是所述第一车辆在路线点处提前(或落后)的时间的长度；以及
所述横向误差是所述实际路径离被存储的路线点路径的横向位移。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统还适合于计算并传输作为矢量的横向误差，所述矢量具有作为其幅值的横向偏差和作为其角度的与预期路径正交的角度。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统还适合于按照所述第一车辆的时间误差修改所述第二车辆的路径作为对所述第二车辆沿着它的预期路径的预期速度的改变，加上在路径的方向上的矢量的分解元素连同横向于路径的矢量的分解元素。
10.如权利要求3到9中的任一项所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统还适合于分别传输和接收在所述第一车辆的速度中的误差。
11.如权利要求3到9中的任一项所述的系统，其中所述第一车辆子系统和第二车辆子系统适合于以有规律的时间间隔传输和接收误差。
12.一种用于控制第二车辆沿着对第一车辆的路径进行补偿的路径前进的方法，所述车辆配备有如在权利要求1中所述的相应的第一车辆子系统和第二车辆子系统，所述方法包括下面的步骤：
存储所述第一车辆和第二车辆的预期路径；
确定所述第一车辆的实际位置并定期地将该实际位置与它的预期位置进行比较以产生测试路径误差；
将所述测试路径误差从所述第一车辆传输到所述第二车辆；以及
计算所述第二车辆的修改的路径；以及
控制所述第二车辆沿着所述修改的路径前进。
13.如权利要求12所述的方法，包括：
将所述路径存储为路线点，以及
计算：
在路线点之间的预期速度的第一近似，其是由在连续的路线点之间的矢量的长度除以在它们处的预期时间之间的差异；以及
预期路径方向，其是所述矢量的角度。
14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，包括表示测试路径误差，并分别传输和接收测试路径误差，该测试路径误差是关于X和Y方向上的误差，也即在时间(T)时的(x,y)。
15.如权利要求12或权利要求13所述的方法，包括将测试路径误差表示为时间误差和横向误差：
所述时间误差是所述第一车辆在路线点处提前(或落后)的时间的长度；以及
所述横向误差是所述实际路径离被存储的路线点路径的横向位移。
16.如权利要求15所述的方法，包括计算并传输作为矢量的横向误差，所述矢量具有作为其幅值的横向偏差和作为其角度的与预期路径正交的角度。
17.如权利要求16所述的方法，包括按照所述第一车辆的时间误差修改所述第二车辆的路径作为对所述第二车辆沿着它的预期路径的预期速度的改变，加上在路径的方向上的矢量的分解元素连同横向于路径的矢量的分解元素。
18.如权利要求12到17中的任一项所述的方法，还包括分别传输和接收在所述第一车辆的速度中的误差。
19.如权利要求12到18中的任一项所述的方法，包括以有规律的时间间隔传输和接收误差。
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