CN107102570A - 运输载具串接系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种运输载具串接系统，该系统包含轨迹模块、操控模块与控制模块。该轨迹模块根据前级载具的行车状态，自该行车状态撷取与记录第一数据以建立运行轨迹。该操控模块撷取第二数据与接收该第一数据，让后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行且执行该前级载具的行车状态。该控制模块测量该前级载具与该后级载具之间的间隔距离，以调整该前级载具与该后级载具中至少一者的速度，让该间隔距离维持在预定范围。本发明另提出运输载具串接方法。

Description

运输载具串接系统及其方法

技术领域

本发明是关于智能行车的技术领域，特别是一种提供可弹性与高安全性地串接复数运输载具的运输载具串接系统及其方法。

背景技术

传统中，大众运输载具提供运输容量用于运输人员与货品，例如大众运输载具可为电联车、大客车与汽车等。

以大客车为例说明，大客车提供固定的运输容量，且大客车需要配备一名驾驶员。由于该运输容量是固定的，故在尖峰时段容易产生运输容量不足的现象。因此，传统上可通过增加大客车的车辆数、车班数与驾驶员的数量以解决前述的问题。然而，虽然解决运输容量不足的问题，但却增加投资成本与人事成本。特别是在离峰时段，闲置的车辆与冗余的车班更加地凸显出运输成本的浪费。

由于环保意识高涨，大客车从柴油驱动改成环保的电力驱动(以下称电动车辆)。虽然电动车辆可以符合环保的标准，但却产生出其他的问题。举例而言，由于电动车辆的动力来自锂电池，电动车辆为了配置锂电池，使得电动车辆将会增加重量，导致电动车辆的载重量相较于柴油的大客车大幅缩减。再者，由于电动车辆无法适用离峰时段的需求变化，进而增加经营风险。传统中，为能够解决大客车或电动车辆的运输容量问题，除了加大大客车或电动车辆以改善运输容量之外，也研发出托挂式车辆与自动车辆等方式增加运输容量的弹性。

然而，前述方式各自存在许多缺点，例如托挂式车辆随着连结车厢的数量增加，这些车厢同时也会增加内轮差(即车辆转弯时，内前轮转弯半径与内后轮转弯半径之差)的差异范围，导致提高行车的危险；此外，自动车辆的运行，大致上有二种主要的技术，第一种技术必须先投资基础设施，例如在道路预先埋设磁铁或是架设全球定位系统定位发报点，以确定自动车辆的位置进而能够提高定位准确度；第二种技术必须使用高价的精密传感器(例如激光雷达等)与精确的地图，其中该地图还必须频繁地更新。总而言之，上述的技术在实际应用中不论是成本或是技术本身都存在许多的问题，而这些问题都是大众运输载具应用在商业运转时需要解决的问题。

有鉴于此，本发明提出一种运输载具串接系统及其方法，以解决现有技术的缺失。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种运输载具串接系统，通过轨迹模块、操控模块与控制模块，在引导车(文后称“前级载具”)与跟随车(文后称“后级载具”)之间执行虚拟的串接，以利用最少的驾驶员运送人员与货品。

本发明的第二目的是根据前述的运输载具串接系统，该前级载具可按照实际的运输容量，弹性地串接一个或多个后级载具，以降低运送的成本。

本发明的第三目的是根据前述的运输载具串接系统，该后级载具能够在运行轨迹上重现该前级载具的行车状态(例如电门开度、转角、行进方向)，让这些载具能够达到安全运行的目的。

本发明的第四目的是根据前述的运输载具串接系统，通过改变该前级载具、该后级载具或两者的速度，让该前级载具与该后级载具彼此之间维持在预定范围，使得在该等载具运行过程中能够有高度的稳定性与安全性。

本发明的第五目的是根据前述的运输载具串接系统，在该后级载具重现该前级载具的第一行车状态的过程中，该后级载具能够基于该第一行车状态而做进一步的调整，让该后级载具以实际的第二行车状态行进。

本发明的第六目的是根据前述的运输载具串接系统，在该前级载具与该后级载具之间通过连接模块建立传输路径，以传送数据、电力或两者。

本发明的第七目的是根据前述的运输载具串接系统，进一步分析该前级载具的影像特征(例如影像尺寸等)，以判断该前级载具与该后级载具之间的相对位置，即本系统可依据该影像特征建立一套视觉定位的判断机制，而无须依赖精确的定位系统(例如差分全球定位系统(Differential Global Positioning System，DGPS))，即可有效地解决因该定位系统无法收到卫星讯号所造成无法定位的问题，以及为获得精确的定位而需要进行复杂运算的问题。

本发明的第八目的是根据前述的运输载具串接系统，同时执行多个载具(即引导车串接多个跟随车)的串接运行，除了引导车与跟随车之间可以达到前述目的之外，跟随车之间也可以达到如同前述中的各目的。

本发明的第九目的是提供一种运输载具串接方法，让该后级载具安全地追随该前级载具，且让该后级载具执行该前级载具的行车状态。

为达到上述目的或其他目的，本发明提供一种运输载具串接系统，该系统包含轨迹模块、操控模块与控制模块。轨迹模块设置在前级载具。根据该前级载具的行车状态，轨迹模块自该行车状态撷取与记录多个第一位置数据与行车数据。该轨迹模块根据所述第一位置数据建立运行轨迹。其中，所述第一位置数据及所述行车数据组成第一数据。操控模块设置在后级载具。操控模块撷取第二数据与接收第一数据。操控模块通过该第二数据驱动该后级载具，让该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行。再者，操控模块根据该第一数据操作该后级载具，让该后级载具执行该前级载具在该运行轨迹的行车状态。其中，该第二数据相关于该前级载具与该后级载具之间的方向与距离。控制模块设置在该前级载具与该后级载具中至少一者。控制模块测量该前级载具与该后级载具之间的间隔距离。控制模块调整该前级载具与该后级载具中至少一者的速度，让该间隔距离维持在预定范围。

为达到上述目的或其他目的，本发明提供一种运输载具串接方法，该方法包含：步骤(a)根据前级载具的行车状态，撷取前级载具的多个第一位置数据及行车数据，以形成第一数据，并根据所述第一位置数据建立运行轨迹。步骤(b)撷取后级载具的第二数据，其中该第二数据相关于该前级载具与该后级载具之间的相对位置。步骤(c)计算该第一数据与该第二数据，以驱动该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行。步骤(d)该后级载具根据该第一数据执行该前级载具在该运行轨迹的行车状态。步骤(e)判断该前级载具与该后级载具之间的间隔距离，以基于该第一数据调整该后级载具的速度，而让该间隔距离维持在预定范围。

相较于现有技术，本发明的运输载具串接系统与方法能够在预定范围内安全地串接前级载具与后级载具。本发明撷取与记录前级载具在运行轨迹上的行车状态(例如位置数据与行车数据等)，以供后级载具能够在该运行轨迹执行前级载具的所述行车状态，例如该后级载具在特定位置上执行该前级载具在该特定位置上的行车状态。

附图说明

图1是本发明第一实施例的运输载具串接系统的方块示意图。

图2是说明本发明图1的运输载具串接系统的状态列表示意图。

图3是说明本发明图1的运输载具串接系统的运行轨迹示意图。

图4是说明本发明图1的操控模块形成第二数据的流程示意图。

图5是说明本发明图1的控制模块的车间距控制图。

图6是说明本发明图1的轨迹模块的详细方块示意图。

图7是说明本发明图1的操控模块的详细方块示意图。

图8是说明本发明图1的运输载具串接系统的后级载具与运行轨迹的关系示意图。

图9是说明本发明图7的操控模块的控制流程图。

图10是说明本发明图1的控制模块的详细方块示意图。

图11是本发明第二实施例的运输载具串接系统的方块示意图。

图12是本发明一实施例的运输载具串接方法的流程示意图。

附图标记

2 前级载具

4 后级载具

6、6' 运行轨迹

10、10' 运输载具串接系统

12 轨迹模块

122 第一处理单元

124 第一方向单元

126 第一测距单元

128 第一行车单元

14 操控模块

142 第二处理单元

144 第二方向单元

146 第二测距单元

16 控制模块

162 第三处理单元

164 第三距离侦测单元

166 第三速度控制单元

18 连接模块

IMG 影像

FDA 第一数据

SDA 第二数据

IDA 影像数据

RDA 参考数据

d、d'、d” 间隔距离

PR 预定范围

RP 参考点

TRP 轨迹参考点

S41-S44 方法步骤

S121-S125 方法步骤

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如下。

参考图1，是本发明第一实施例运输载具串接系统的方块示意图。运输载具串接系统10供前级载具2与后级载具4串接运行，前级载具2与后级载具4可以是电联车、大客车与汽车等。在本实施例中，前级载具2与后级载具4是以大客车为例说明，且该大客车是以电力作为驱动的动力。

运输载具串接系统10包含轨迹模块12、操控模块14与控制模块16。

轨迹模块12设置在前级载具2。轨迹模块12处理前级载具2的行车状态。其中，行车状态可为例如前级载具2的坐标位置(例如经度、纬度、高度等)、行车里程、行车距离、车速、车行方向(或称车行姿态、车行航向)、操舵角度等。为便于说明，此处将前述行车里程、行车距离、车速、车行方向与操舵角度统称为行车数据。在本实施例中，轨迹模块12自行车状态撷取与记录第一位置数据、车行方向与操舵角度。其中，第一位置数据及行车数据组成第一数据FDA。

一并参照图2，是以状态列表呈现该行车状态。在状态列表提供4个字段，以表示第一位置数据与行车数据。所述字段分别为X坐标、Y坐标、车行方向θ与操舵角度φ。在前级载具2运行过程中，该行车状态持续地被记录在状态列表中。在本实施例中，行车状态启动纪录的时机是采用实时记录的方式，但在其他实施例中，轨迹模块12可以在满足其他条件之下启动对该行车状态的撷取与记录，例如轨迹模块12可先判断前级载具2的车速，只要该车速不等于0公里/小时，则轨迹模块12就会将该行车状态记录在该状态列表。再者，轨迹模块12通过图2中该状态列表的该X坐标与该Y坐标可以建立运行轨迹6，该运行轨迹6可一并参考图3所示。在图3中，运行轨迹6表示前级载具2的行进轨迹，而运行轨迹6'表示后级载具4的行进轨迹。

回到图1，操控模块14设置在后级载具4，以撷取第二数据SDA与接收第一数据FDA。在撷取与接收该等数据FDA、SDA之后，操控模块14主要的功能有二部分。第一部分是操控模块14通过第二数据SDA驱动后级载具4，让后级载具4沿着运行轨迹6或在运行轨迹6运行。其中，第二数据SDA相关于前级载具2与后级载具4之间的方向与距离；而第二部分是操控模块14根据第一数据FDA操作后级载具4，让后级载具4执行前级载具2在运行轨迹6的行车状态。

前述中，第二数据SDA的形成步骤，可例如为预先定义前级载具2的参考影像(例如车体外观、车尾形状、图样、文字、车牌等影像，于本实施例中是以车体外观为例说明)，该参考影像以数据的型态储存在轨迹模块12、操控模块14或两者中。因此，在轨迹模块12、操控模块14或两者中储存对应该参考影像的参考数据RDA。于本实施例中，是以参考数据RDA储存在操控模块14为例说明；接着，操控模块14通过撷取前级载具2的影像IMG，并分析该影像IMG以形成影像数据IDA。操控模块14比较该影像数据IDA与该参考数据RDA，以形成第二数据SDA。

一并参考图4，是说明本发明图1的操控模块形成第二数据的流程示意图。在图4中，步骤S41是后级载具4利用例如摄影机(图未示)撷取前级载具2的影像IMG；接着步骤S42是从该影像IMG中取一个特征点(或多个特征点)；接着步骤S43是通过演算该一个或多个特征点，以选择对应前级载具2的特征点(或特征点群)；接着步骤S44是比对该特征点与该参考影像的特征点，以计算出转换矩阵(包含旋转、缩放、平移等)。因此，通过该转换矩阵可以计算出前级载具2与后级载具4之间的相对位置。

回到图1，控制模块16设置在前级载具2、后级载具4或两者中。控制模块16是控制前级载具2与后级载具4之间的间隔距离d。一并参考图5，是说明本发明图1的控制模块的车间距控制图。在图5中，是假定控制模块16设置在后级载具4，控制模块16根据预先设定的预定范围PR，让该前级载具2与该后级载具4之间的间隔距离d维持在预定范围PR内。从该控制图的左侧开始，控制模块16会演算该间隔距离d与该预定范围PR的差异，以判断前级载具2与后级载具4之间的间隔距离d是否落在该预定范围PR内。该差异被输出至比例-积分-微分控制器(proportional–integral–derivative controller，PID controller)，并进一步与前级载具2的电门开度进行演算，以调节后级载具4的电门开度，进而通过控制后级载具4的马达而改变该间隔距离d。最后，间隔距离d又回馈至左侧，并与该预定范围PR进行演算。

参考图6，是说明本发明图1的轨迹模块的详细方块示意图。在图6中，轨迹模块12包含第一处理单元122、第一方向单元124、第一测距单元126与第一行车单元128。

第一处理单元122连接第一方向单元124、第一测距单元126与第一行车单元128。第一处理单元122控制、分析、演算、储存来自于第一方向单元124、第一测距单元126与第一行车单元128所输出的数据。

第一方向单元124取得第一方向数据。其中，该第一方向数据是记录该前级载具2的行进方向(或称姿态)，该行进方向可以定义为该前级载具2的前端所朝向的方位等。

第一测距单元126取得第一距离数据。该第一距离数据是记录该前级载具2的行车距离，例如该第一测距单元126可为测距轮、全球定位系统、摄影机等。

第一处理单元122计算该第一方向数据与该第一距离数据可进一步获得图1的该第一位置数据。

第一行车单元128取得该行车数据。该行车数据可以撷取自该前级载具2的车用计算机，该车用计算机纪录例如行车里程、行车距离、车速、车行方向与操舵角度。其中，操舵角度是相关于前级载具2的方向盘操作。

参考图7，是说明本发明图1的操控模块的详细方块示意图。在图7中，操控模块14包含第二处理单元142、第二方向单元144与第二测距单元146。于本实施例中，操控模块14相较于轨迹模块12，不需要行车单元，但于其他实施例中，操控模块14可另外包含第二行车单元(图未示)。

第二处理单元142连接第二方向单元144与第二测距单元146。第二处理单元142控制、分析、演算、储存来自于第二方向单元144与第二测距单元146所输出的数据。

第二方向单元144取得第二方向数据。其中，第二方向数据是记录该后级载具4的行进方向(或称姿态)，该行进方向可以定义为该后级载具4的前端所朝向的方位等。

第二测距单元146取得第二距离数据。第二距离数据是记录该后级载具4的行车距离，例如该第二测距单元146可为测距轮、全球定位系统、摄影机等。

第二处理单元142计算第二方向数据、第二距离数据与第一数据FDA，让该后级载具4执行循迹动作与操作动作。

举例而言，在循迹动作中，一并参考图8，第二处理单元142自运行轨迹6的多个参考点RP中选择轨迹参考点TRP，例如该轨迹参考点TRP之外的其余参考点RP与该后级载具4之间的距离大于或等于该后级载具4与该轨迹参考点TRP之间的距离。第二处理单元142计算该后级载具4与该轨迹参考点TRP之间的距离，以取得该第二距离数据与该第二方向数据。根据该第二距离数据与该第二方向数据，后级载具4可沿着运行轨迹6或在运行轨迹6运行。

在操作动作中，第二处理单元142可以根据第二距离数据与第二方向数据，例如图2的该状态列表所列出的各字段的数据，进一步操作该后级载具4执行该前级载具2在该运行轨迹6的行车状态。详言之，当该后级载具4行进符合该状态列表中的X坐标与Y坐标时，第二处理单元142会根据X坐标与Y坐标所对应的车行方向与操舵角度操作该后级载具4，让该后级载具4在X坐标与Y坐标执行该前级载具2对应该X坐标与该Y坐标的车行方向与操舵角度。

值得注意的是，虽然第二处理单元142操作该后级载具4执行该前级载具2在该运行轨迹6的行车状态，但是第二处理单元142仍可基于该第一数据FDA，在调整范围内调整该后级载具4的行车状态。于另一实施例中，可一并参考图9，说明本发明图7的一实施例的操控模块的控制流程图。在图9中，是说明本发明图7的操控模块的控制流程图，由左侧开始，是在第二处理单元142选择该轨迹参考点TRP之后，第二处理单元142演算多种参数，以决定实际上如何操作该后级载具4的方向盘，前述参数包含模仿参考点(即在该状态列表的轨迹参考点TRP的车行方向与操舵角度)、轨迹修正(即前级载具2的运行轨迹6与后级载具4的相对位置)以及修正车行方向等。因此，在同一轨迹点上的该后级载具4的方向盘的操作可能不同于该前级载具2的方向盘的操作，亦即在同一轨迹点上，后级载具4主要模仿前级载具2的方向盘的操作，并根据其他参数，该第二处理单元142进一步对后级载具4的方向盘的操作进行修正。

参考图10，是说明本发明图1的控制模块的详细方块示意图。在图10中，控制模块16包含第三处理单元162、第三距离侦测单元164与第三速度控制单元166。

第三处理单元162连接第三距离侦测单元164与第三速度控制单元166。第三处理单元162控制、分析、演算、储存来自于第三距离侦测单元164与第三速度控制单元166所输出的数据。

第三距离侦测单元164测量图5中的间隔距离d，例如第三距离侦测单元164可为摄影机。第三距离侦测单元164可通过该参考影像与影像IMG之间的尺寸变化，计算出前级载具2与后级载具4之间的相对位置。

第三处理单元162驱动第三速度控制单元166，以调整后级载具4的速度。举例而言，第三速度控制单元166可以控制后级载具4的电机、引擎等的输出，以调整该速度。

参考图11，是本发明第二实施例的运输载具串接系统的方块示意图。于图11中，运输载具串接系统10’除包含第一实施例的轨迹模块12、操控模块14与控制模块16之外，更包含连接模块18。

连接模块18可设置在前级载具2、后级载具4或两者中。连接模块18在前级载具2与后级载具4之间建立传输路径，以传送数据、电力或两者。于本实施例中，连接模块18可以在前级载具2与后级载具4之间进行电力的传输，可由此进行电力的配送与管理，例如后级载具4可将自身的电力转移至前级载具2。

参考图12，是本发明一实施例的运输载具串接方法的流程示意图。在图12中，运输载具串接方法起始于步骤S121，是根据前级载具的行车状态撷取该前级载具的多个第一位置数据及行车数据，以形成第一数据，并根据前述第一位置数据建立一运行轨迹。

步骤S122，是撷取第二数据。其中，第二数据相关于该前级载具与该后级载具之间的相对位置。

步骤S123，是计算该第一数据与该第二数据，以驱动该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行。

步骤S124，是该后级载具根据该第一数据执行该前级载具在该运行轨迹的行车状态。于另一实施例中，该步骤更进一步包含基于该第一数据，在调整范围内调整该后级载具的行车状态。

步骤S125，是判断该前级载具与该后级载具之间的间隔距离，以基于该第一数据调整该后级载具的速度，而让该间隔距离维持在预定范围。

本发明在上文中已公开优选实施例，然本技术领域技术人员应理解的是，前述实施例仅用于描述本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应认为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种运输载具串接系统，该系统包含：

轨迹模块，设置在一前级载具，根据该前级载具的行车状态，该轨迹模块自该行车状态撷取与记录多个第一位置数据与一行车数据，该轨迹模块根据第一位置数据建立一运行轨迹，其中第一位置数据及行车数据组成一第一数据；

操控模块，设置在一后级载具，该操控模块撷取一第二数据与接收该第一数据，该操控模块通过该第二数据驱动该后级载具，让该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行，以及该操控模块根据该第一数据操作该后级载具，让该后级载具执行该前级载具在该运行轨迹的行车状态，其中该第二数据相关于该前级载具与该后级载具之间的方向与距离；以及

控制模块，设置在该前级载具与该后级载具中至少一者，该控制模块测量该前级载具与该后级载具之间的间隔距离，该控制模块调整该前级载具与该后级载具至少一者的速度，让该间隔距离维持在一预定范围。

2.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，其中该轨迹模块包含第一处理单元、第一方向单元、第一测距单元与第一行车单元，该第一处理单元连接该第一方向单元、该第一测距单元与该第一行车单元，该第一方向单元取得一第一方向数据、该第一测距单元取得一第一距离数据且该第一行车单元取得该行车数据，该第一处理单元计算该第一方向数据与该第一距离数据以形成所述第一位置数据。

3.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，其中该操控模块包含第二处理单元、第二方向单元与第二测距单元，该第二处理单元连接该第二方向单元与该第二测距单元，该第二方向单元取得一第二方向数据且该第二测距单元取得一第二距离数据，该第二处理单元计算该第二方向数据、该第二距离数据与该第一数据，以让该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行，并且该后级载具执行该前级载具在该运行轨迹的该行车状态。

4.根据权利要求3所述的运输载具串接系统，其中该第二处理单元自该运行轨迹的多个参考点中选择一轨迹参考点，并计算该后级载具与轨迹参考点之间的距离，以取得该第二距离数据与该第二方向数据。

5.根据权利要求4所述的运输载具串接系统，其中在该轨迹参考点之外的其余参考点与该后级载具之间的距离不小于该后级载具与该轨迹参考点之间的距离。

6.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，其中该操控模块进一步基于该第一数据，在一调整范围内调整该后级载具的行车状态。

7.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，其中该控制模块包含第三处理单元、第三距离侦测单元与第三速度控制单元，该第三处理单元连接该第三距离侦测单元与该第三速度控制单元，该第三距离侦测单元测量该间隔距离，该第三处理单元驱动该第三速度控制单元，以调整该后级载具的速度。

8.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，其中该操控模块撷取该前级载具的影像，该操控模块或该轨迹模块分析该影像以形成一影像数据，该操控模块或该轨迹模块比较该影像数据与一参考数据，以形成所述第二数据。

9.根据权利要求1所述的运输载具串接系统，更包含连接模块，设置在该前级载具与该后级载具，该连接模块在该前级载具与该后级载具之间建立一传输路径，以传送数据与电力的至少一者。

10.一种运输载具串接方法，该方法包含：

(a)根据一前级载具的行车状态撷取该前级载具的多个第一位置数据及一行车数据，以形成一第一数据，并根据所述第一位置数据建立一运行轨迹；

(b)撷取一第二数据，其中该第二数据相关于该前级载具与该后级载具之间的相对位置；

(c)计算该第一数据与该第二数据，以驱动该后级载具沿着该运行轨迹或在该运行轨迹运行；

(d)该后级载具根据该第一数据执行该前级载具在该运行轨迹的行车状态；以及

(e)判断该前级载具与该后级载具之间的间隔距离，以基于该第一数据调整该后级载具的速度，而让该间隔距离维持在一预定范围。

11.根据权利要求10所述的运输载具串接方法，其中在步骤(d)中，更包含基于该第一数据，在一调整范围内调整该后级载具的行车状态。