CN107092249A - 一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，包括车体、运动控制系统、车辆定位系统、车辆导航系统、磁钉轨迹和调度系统。其中，运动控制系统保证车辆可根据上位机的命令转向和加减速；车辆定位系统提供在不装高精度GPS和惯导的情况下，实现车辆高精度的定位；车辆导航系统实现在磁导航这类没有前瞻的导航方式下，可以获取前方道路信息；磁钉轨迹标示磁导航无人车运行的参考轨迹；调度系统包括车载端软件、服务器端软件和移动用户端软件，为单车或多车在何种场景下提供运行调度、优化支持，保证系统运行的安全、可靠和经济。和现有技术相比，本发明具有在实施上简单，运行上可靠，成本上低廉等优点。实际投入运行的实施例也证明了本发明的可行性、可靠性和安全性。

Description

一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统

技术领域

本发明涉及一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，具体地，涉及一种沿着磁钉轨迹自动驾驶的无人车和一种按需求响应的调度系统。

背景技术

磁导航能够克服视觉、雷达、GPS等导航方式可靠性差的缺点，具有不受雨、雪、雾等恶略天气影响的优点。现有的城市公交系统，机场、码头、园区内的人工驾驶摆渡车等都不能做到按需运行，而且实际运营中人力投入较大且从驾驶员角度讲，这类劳动也是非常枯燥无味。

发明内容

针对现有这类应用，本发明的目的是提供按需调度的无轨道磁导航无人车系统。这种系统一方面可以把驾驶员从枯燥无味的劳动中解放出来；另一方面，车辆的使用是按需求调度，从而使得运营更加经济环保。

为实现以上目的，所发明的按需调度磁导航无人车采用以下技术方案。

提出一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，包括车体、运动控制系统、车辆定位系统、车辆导航系统、磁钉轨迹和调度系统。

所述运动控制系统，包括转向控制器系统，速度控制系统。

所述车辆定位系统，通过磁传感器检测和定位路面铺设的磁钉，并通过对编码磁钉序列的识别来实现车辆在整个运行环境中的定位。

所述车辆导航系统，根据当前车辆的定位信息和预先建立的曲率地图来为车辆导航，生成转向控制命令和速度控制命令，并输出给运动控制系统。

所述磁钉轨迹其特征在于沿设定的轨迹间隔铺设，铺设的每个磁钉具有唯一的编号，并在关键的定位点处利用磁钉的NS极进行编码标记，以使得车辆在识别到编码序列时可以知道所处的磁钉编号。

所述调度系统，接受用户有效的输入，生成系统调度命令，并调度车辆自动完成用户的请求任务。

所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统仅依赖于铺设在路面上的磁钉路线，无人车可以和常规驾驶车辆共享道路，避免了常规有轨道车辆轨道对路面的占用。

所述路面铺设的磁钉是按序编号的，如果已知当前磁钉的编号，即可知道车辆在整个磁钉轨迹上的纵向位置。

所述的车辆定位系统，定位算法融合了磁传感器的数据以及车载里程计和惯性导航元件的数据，以达到车辆在磁钉轨迹上的实时定位。

所述的车辆导航系统中所用的曲率地图是预先通过手动驾驶车辆沿轨迹线行驶得到，并按照磁钉编号有序存储为地图文件供自动驾驶时使用。

根据所述的曲率地图，在已知车辆定位信息的情况下，可以得到车辆前方道路上的轨迹信息，从而在磁导航无人车这类感知传感器无法获得前方道路信息的系统中实现预瞄控制。

所述的磁钉轨迹，在轨迹的任何点处的曲率都是连续变化的。尤其在入弯道和出弯道时连续变化的曲率可以保证乘客乘坐的舒适性。

所述的调度系统，调度系统包括车载端人机交互界面、移动端（手机）的交互界面和调度服务器三部分。

所述的车载端人机交互界面，支持车辆状态信息、位置信息、地图信息、站点信息等的显示，以及支持用户手动启动车辆、停止车辆和选择目的站点等功能。

所述的移动端交互界面，远程用户可以使用移动端软件提供的界面查看车辆状态信息、位置信息、地图信息、站点信息等，还可以通过移动端软件提供的交互功能远程发起用车需求，选择站点等。

所述的调度服务器，作为媒介连接车载端控制器和移动端的通信，响应移动端的请求，并将请求发送给车载端，或者响应车载端并将车辆信息发送给移动端。

优选地，所述的调度服务器，在多车应用环境中，调度服务器端调度软件在全局分配用户请求，给无人车分配运输任务，全局优化保证系统运行的有效性和经济性。

所述的调度软件，其特征在于其能够解决多车多用户在复杂场景应用中的运行死锁问题，为系统的可靠运行提供保障。

更优选地，所述的调度服务器能够监控和记录车辆运行状态和用户的用车需求信息等。

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为本发明的较佳实施例示意图；

图中：1为车体，2为转向控制系统，3为方向盘角度传感器，4为速度控制系统，5为磁尺，6为磁钉轨迹，7为上位机控制器，8为网络通信设备，9为后台服务器，10为移动端用户设备，11为里程计。

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，为本发明所提出的一种按需调度的磁导航无人车的实施例，该系统由车载端，服务器，移动端三大部分组成。车载硬件配置上，包括车体1，由转向控制系统2、方向盘角度传感器3、速度控制系统4组成的运动控制系统，由磁尺5、里程计组成的车辆定位系统，上位机控制器7，网络通信设备8，后台服务器9，移动端用户设备10和里程计11。本发明核心的部分是车辆定位系统和车辆导航系统，这两部分的核心思想都通过软件实现在上位机中。

车辆运动系统保证车辆可以由上位机的控制命令控制，保证车辆具有良好的机动性，是实现无人驾驶的基础。对运动控制系统主要的指标要求是转向响应速度要快，速度控制要平顺。

车辆定位系统为无人车提供定位服务。由于高精度的GPS和惯导价格昂贵，且GPS信号容易受周围建筑物和天气的影响，所以在磁导航这类无人车上，一般没有安装高精度的GPS和惯导。这就要求利用磁尺，里程计，方向盘编码器等传感器来实现车辆的定位。本实施例利用磁尺来检测磁钉，并计算磁钉相对于车辆的位置。结合磁钉计数策略和基于里程计和方向盘角度的航位推算，可以实时得到车辆在局部坐标系下的位置。

车辆导航系统为车辆提供前方道路的信息。在已知车辆的定位信息后，本实施例利用曲率地图来计算前方道路信息。曲率地图是预先手动驾驶时建立的。曲率地图信息表征了局部道路上各点的曲率信息，在实现了车辆的局部定位后，由曲率地图信息可以得到前方道路的信息。曲率地图的建立过程非常简单，只需要手动驾驶车辆沿着轨迹线行驶一遍即可。曲率地图信息在建图过程中融合了磁尺数据、里程计数据、方向盘编码信息以及磁钉计数结果。

网络通信设备8用于上位机控制器与服务器9间的通信。上位机与服务器件交换的信息主要是车辆的运行状态信息，用户的请求信息等。在本发明中，服务器9是必须的，这是因为上位机和移动端用户设备由于浮动的IP地址等原因，不能直接通信。所以需要服务器9上运行服务器软件来连接两者的通信。其次，服务器具有根据用户请求规划、调度车辆的运行。在复杂场景，客流量较大应用中，服务器的全局优化与调度可以显著提高整个系统的运行效率。此外，服务器还具有监控车辆运行情况、记录整个无人车系统运行数据和统计用户请求等功能。

移动端用户设备是远程用户请求用车的唯一手段。设备包括但不限于手机，ipad，平板电脑等。这类用户设备一般支持第三方的应用软件开发。为了能够请求使用无人车，这类用户设备上一般要运行基于桌面或web的应用软件。应用软件包括但不限于手机APP，ipad app，web网页应用，或其它客户端应用程序。

本实例整个系统的运行逻辑可以概括为以下六点：

1） 没有远程用户请求且车内无人，亦即没有用车需求时，所有无人车都停在等待区处于待机状态；

2）当有人上车并通过车内的人机交互界面输入用车请求后，该无人车启动，并按照用户请求规划路线，完成运输任务；

3）当远程用户发起请求后，服务器做出仲裁并按照设定的逻辑调度一辆无人车启动，同时给发起请求用户反馈。响应请求的无人车按照规划的路线行驶至用户上车点，等待用户上车确认后行驶，此后逻辑同2）；

4）当一辆车收到多个用户请求时，该车按照这些用户所在站点做出路径规划，保证所有用户或者部分优先级较高的用车请求；

5）多车同时在环境运行的冲突解决由服务器端调度软件全局优化解决，调度软件要避免何种情形下的运行死锁，保证整个系统稳定安全运行；

6）当没有完成所有用户请求任务后，大部分无人车自动停泊于设定区域，等待用户请求，少数无人车可以按照设定轨迹继续运行。

从本实施例可以看出，本发明提出的一种按需调度的无轨道磁导航无人车克服了现有摆渡车系统大部分时间运行效率低下的缺点，解放了劳动力，运行经济环保，可优化空间大。所以具有很大的应用潜力。

Claims (19)

1.一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，包括车体、运动控制系统、车辆定位系统、车辆导航系统、磁钉轨迹和调度系统。

2.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，所述运动控制系统包括转向控制器系统，速度控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，所述车辆定位系统通过磁传感器检测和定位路面铺设的磁钉，并通过对编码磁钉序列的识别来实现车辆在整个运行环境中的定位。

4.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，所述车辆导航系统根据当前车辆的定位信息和预先建立的曲率地图来为车辆导航，生成转向控制命令和速度控制命令，并输出给运动控制系统。

5.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，所述磁钉轨迹是沿设定的轨迹间隔铺设，铺设的每个磁钉具有唯一的编号，并在关键的定位点处利用磁钉的NS极进行编码标记，以使得车辆在识别到编码序列时可以知道所处的磁钉编号。

6.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于，所述调度系统接受用户有效的输入，生成系统调度命令，并调度无人车自动完成用户的请求。

7.根据权利要求1所述的一种按需调度的无轨道磁导航无人车系统，其特征在于仅依赖于铺设在路面上的磁钉路线，无人车可以和常规驾驶车辆共享道路，避免了常规有轨道车辆轨道对路面的占用。

8.根据权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于所述路面铺设的磁钉是按序编号的，知道当前磁钉的编号，即可知道车辆在整个磁钉轨迹上的纵向位置。

9.根据权利要求1所述的车辆定位系统，其特征在于定位算法融合了磁传感器的数据以及车载里程计和惯性导航元件的数据，以达到车辆在磁钉轨迹上的实时定位。

10.根据权利要求1所述的车辆导航系统，其特征在于所用的曲率地图是预先通过手动驾驶车辆沿轨迹线行驶得到，并按照磁钉编号有序存储为地图文件供自动驾驶时使用。

11.根据权利要求10所述的曲率地图，其特征在于在已知车辆定位信息的情况下，根据曲率地图，可以得到车辆前方道路上的轨迹信息，从而在磁导航无人车这类感知传感器无法获得前方道路信息的系统中实现预瞄控制。

12.根据权利要求1所述的磁钉轨迹，其特征在于，在轨迹的任何点处的曲率都是连续变化的，尤其在入弯道和出弯道时连续变化的曲率可以保证乘客乘坐的舒适性。

13.根据权利要求1所述的调度系统，其特征在于，调度系统包括车载端人机交互界面、移动端（手机）的交互界面和调度服务器三部分。

14.根据权利要求13所述的车载端人机交互界面，其特征在于，支持车辆状态信息、位置信息、地图信息、站点信息等的显示，以及支持用户手动启动车辆、停止车辆和选择目的站点等功能。

15.根据权利要求13所述的移动端交互界面，其特征在于远程用户可以使用移动端软件提供的界面查看车辆状态信息、位置信息、地图信息、站点信息等，或可以通过移动端软件提供的交互功能远程发起用车需求，选择站点等。

16.根据权利要求13所述的调度服务器，其特征在于作为媒介连接车载端控制器和移动端的通信，响应移动端的请求，并将请求发送给车载端，或者响应车载端并将车辆信息发送给移动端。

17.根据权利要求16所述的调度服务器，其特征在于在多车应用环境中，调度服务器端调度软件在全局分配用户请求，给无人车分配运输任务，全局优化保证系统运行的有效性和经济性。

18.根据权利要求16所述的调度服务器，其特征在于其能够监控和记录车辆运行状态和用户的用车需求信息等。

19.根据权利要求17所述的调度软件，其特征在于其能够解决多车多用户在复杂场景应用中的运行死锁问题，为系统的可靠运行提供保障。