CN109353339A - 一种车辆导航方法以及系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆导航方法及系统，该方法包括：步骤一、测距装置以车辆头部中点为原点，分别获取沿各个测量方向线原点与隧道壁之间的距离数据；步骤二、弯道识别装置根据中心线左侧的距离数据和右侧的距离数据判断车辆前方是否存在弯道，其中，如果存在弯道，则执行步骤三；步骤三、转向控制信号生成装置根据距离数据确定弯道转角，并根据弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制车辆进行转向。该方法并不是像现有技术那样通过检测车辆是否偏离车道线或是车辆是否偏离预定轨迹来对车辆进行转向控制，而是可以提前确定车辆是否需要进行转向控制以及进行转向的转向角度，因此该系统以及方法也就可以使得车辆不会出现偏离预定轨迹的情况。

Description

一种车辆导航方法以及系统

技术领域

本发明涉及智能驾驶技术领域，具体地说，涉及一种车辆导航方法以及系统。

背景技术

在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构以及企业正在研发智能车辆，智能驾驶关键技术已经成为研究热点。现有的智能驾驶技术通常应用于乘用车，这样也就使得乘用车成为一种智能化的交通工具。

现有的自动驾驶汽车通常由激光雷达、前置红外摄像头、车道导引装置、车辆速度控制装置、GPS以及主控电脑组成，通过检测车辆是否偏离车道线或是车辆是否偏离预定轨迹来对车辆进行转向控制。其中，激光雷达检测到物体就会报警，其作用类似于倒车雷达。前置红外摄像头可以感知周围环境，并将信号以图片的形式显示在屏幕上。车道导引装置可以防止车辆行驶出车道线，车辆速度控制装置则能够自动地调节车辆的行驶速度。

发明内容

不同于现有技术通过检测车辆是否偏离车道线或是车辆是否偏离预定轨迹来对车辆进行转向控制，本发明提供了一种车辆导航方法，所述方法包括：步骤一、以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地向该中心线两侧构建多条测量方向线，分别获取沿各个测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离数据；

步骤二、根据所述中心线左侧的距离数据和右侧的距离数据判断所述车辆前方是否存在弯道，其中，如果存在弯道，则执行步骤三；

步骤三、根据所述距离数据确定弯道转角，并根据所述弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制车辆进行转向。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，

计算所述中心线左侧的距离数据的和值，得到第一距离和值数据；

计算所述中心线右侧的距离数据的和值，得到第二距离和值数据；

计算所述第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值，并判断该差值是否处于预设距离差值阈值范围内，其中，如果是，则判定此时所述车辆前方不存在弯道，否则判定此时车辆前方存在弯道。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，当所述车辆前方存在弯道时，判断所述第一距离和值数据是否小于第二距离和值数据，其中，如果小于，则判定所述车辆前方弯道为右转弯道，否则判定所述车辆前方弯道为左转弯道。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，

分别根据各个相邻两条测量方向线的距离数据确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，得到多个切线角度；

根据所述多个切线角度确定所述隧道壁的弯道转角。

根据本发明的一个实施例，根据如下表达式确定两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度：

其中，θ_i,i+1表示第i条测量方向线与第i+1条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，θ_i和θ_i+1分别表示第i条测量方向线和第i+1条测量方向线与中心线之间的夹角，L_i和L_i+1分别表示沿第i条测量方向线和沿第i+1条测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，计算所述多个切线角度的平均值，得到所述隧道壁的弯道转角。

本发明还提供了一种车辆导航系统，所述系统包括：

测距装置，其设置在车辆头部位置，用于以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地向所述中心线两侧构建多条测量方向线，分别获取沿各个测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离数据；

弯道识别装置，其与所述测距装置连接，用于根据中心线左侧的距离数据和右侧的距离数据判断所述车辆前方是否存在弯道，如果存在弯道，则生成弯道指示信号；

转向控制信号生成装置，其与所述弯道识别装置和测距装置连接，用于响应所述弯道指示信号来根据所述距离数据确定弯道转角，并根据所述弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制所述车辆进行转向。

根据本发明的一个实施例，所述测距装置包括激光测距仪，所述激光测距仪以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地以不同角度向所述中心线两侧发射测距激光。

根据本发明的一个实施例，所述弯道识别装置配置为计算所述中心线左侧的距离数据的和值，得到第一距离和值数据，并计算所述中心线右侧的距离数据的和值，得到第二距离和值数据，随后计算所述第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值，并判断该差值是否处于预设距离差值阈值范围内，其中，如果是，则判定此时所述车辆前方不存在弯道，否则判断此时车辆前方存在弯道。

根据本发明的一个实施例，当所述车辆前方存在弯道时，所述弯道识别装置配置为进一步判断所述第一距离和值数据是否小于第二距离和值数据，其中，如果小于，则判定所述车辆前方弯道为右转弯道，否则判定所述车辆前方弯道为左转弯道。

根据本发明的一个实施例，所述转向控制信号生成装置配置为首先分别根据各个相邻两条测量方向线的距离数据确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，得到多个切线角度，随后根据所述多个切线角度确定所述隧道壁的弯道转角。

根据本发明的一个实施例，所述转向控制信号生成装置配置为根据如下表达式确定两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度：

其中，θ_i,i+1表示第i条测量方向线与第i+1条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，θ_i和θ_i+1分别表示第i条测量方向线和第i+1条测量方向线与中心线之间的夹角，L_i和L_i+1分别表示沿第i条测量方向线和沿第i+1条测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离。

本发明所提供的车辆导航系统以及车辆导航方法的应用场景为隧道内导航，其能够对在隧道内行驶的车辆进行自动控制，以使得隧道内的车辆能够随着隧道转向而自动地进行转向。

本车辆导航系统以及车辆导航方法通过持续地对原点与隧道壁之间的距离数据进行检测，也就可以持续、实时地计算得到不同时刻所对应的隧道壁的弯道转角，进而能够生成不同时刻车辆所需要的转向角度。该系统以及方法并不是像现有技术那样通过检测车辆是否偏离车道线或是车辆是否偏离预定轨迹来对车辆进行转向控制，而是可以提前确定车辆是否需要进行转向控制以及进行转向的转向角度，因此该系统以及方法也就可以使得车辆不会出现偏离预定轨迹的情况，这样也就提高了车辆行驶轨迹的准确性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的车辆导航系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的车辆导航方法的实现流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的弯道识别装置测距的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的确定是否存在弯道的实现流程示意图；

图5是根据本发明一个实施例的确定弯道转角的实现流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明提供了一种新的车辆导航方法以及车辆导航系统，该车辆导航方法以及车辆导航系统应用于对隧道内的车辆(特别是工程台车)的行驶进行导航，从而使得隧道内的车辆能够沿着特定轨道进行行驶。

以下结合图1和图2来对本发明所提供的车辆导航系统以及车辆导航方法实现在隧道内对车辆进行导航的原理、过程以及优点进行阐述。其中，图1示出了本实施例所提供的车辆导航系统的结构示意图，图2示出了本实施例所提供的车辆导航方法的实现流程示意图。

如图1所示，本实施例所提供的车辆导航系统优选地包括：测距装置101、弯道识别装置102以及转向控制信号生成装置103。其中，测距装置101优选地设置在车辆头部位置，其能够在步骤S201中以车辆头部中点(即距离车辆左侧与右侧距离相等)为原点，以车辆前进方向为中心线，对称地向该中心线两侧构建多条测量方向线。本实施例中，由于车辆优选地是期望行驶在隧道中心线上的，因此上述中心线也即隧道中心线。这样车辆装置101也就能够在步骤S201中分别获取沿各个测量方向线上述原点与隧道壁之间的距离数据。

具体地，如图3所示，本实施例中，车辆头部终点为O点，这样O点也就是测量原点。车辆前进方向为线段OA₀所指代的方向线，以线段OA₀为中心线，对称地向该中心线两侧构建多条测量方向线(包括位于中心线左侧的测量方向线OA₁、OA₂、…、OA_n以及位于中心线右侧的与左侧的测量方向线相对应的测量方向线OA₀₁、OA₀₂、…、OA_0n)。即，测量方向线OA₁与方向线OA₀₁关于中心线OA₀对称，测量方向线OA₂与方向线OA₀₂关于中心线OA₀对称，测量方向线OA_n与方向线OA_0n关于中心线OA₀对称。

测距装置101能够分别测量沿各个测量方向线上述原点O与隧道壁之间的距离，即测量得到测量方向线OA₁、OA₂、…、OA_n以及测量方向线OA₀₁、OA₀₂、…、OA_0n的长度，对应得到长度数据L₁、L₂、…、L_n以及L₀₁、L₀₂、…、L_0n。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，测距装置101所构建的测量方向线的数量以及各个测量方向线的角度可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对测量方向线的数量以及各个测量方向线的角度的具体取值进行限定。

本实施例中，测距装置101优选地采用激光测距仪来实现。激光测距仪能够以车辆头部中点为原点，以车辆前进方向为中心线对称地以不同角度向中心线两测发射测距激光。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，测距装置101还可以采用其他合理设备以及仪器来实现对原点至隧道壁上不同点之间距离的测量。

再次如图1所示，本实施例中，弯道识别装置102与测距装置101连接，其能够在步骤S202中根据测距装置101所传输来的距离数据判断车辆前方是否存在弯道。本实施例中，弯道识别装置102优选地会将中心线左侧的距离数据与中心线右侧的距离数据进行对比，以此来判断车辆前方是否存在弯道。

具体地，如图4所示，本实施例中，弯道识别装置102优选地会在步骤S401中计算中心线左侧的距离数据的和值，从而得到第一距离和值数据。弯道识别装置102还会在步骤S402中计算中心线右侧的距离数据的和值，从而得到第二距离和值数据。

对于图3所示的车辆导航系统来说，弯道识别装置102可以根据如下表达式来确定第一距离和值数据：

其中，L表示第一距离和值数据，L_i表示中心线左侧第i条测量方向线的长度(即沿第i条测量方向线原点O与隧道壁上的点A_i之间的距离)，n表示中心线左侧测量方向线的总数。

同样地，弯道识别装置102还可以根据如下表达式来确定第二距离和值数据：

其中，R表示第二距离和值数据，L_0i表示中心线右侧第i条测量方向线的长度(即沿第i条测量方向线原点O与隧道壁上的点A_0i之间的距离)，n表示中心线右侧测量方向线的总数。

需要指出的是，本发明并不对计算第一距离和值数据和计算第二距离和值数据的具体顺序进行限定。即在本发明的不同实施例中，弯道识别装置102既可以先计算第一距离和值和值数据再计算第二距离和值数据，也可以先计算第二距离和值数据再计算第一距离和值数据，还可以同时计算第一距离和值数据和第二距离和值数据。

如图4所示，本实施例中，在得到第一距离和值数据和第二距离和值数据后，弯道识别装置102优选地会在步骤S403中计算第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值，并在步骤S404中判断该差值是否处于预设距离差值阈值范围内。

其中，如果步骤S403所得到的差值处于预设距离差值阈值范围内，那么则表示第一距离和值数据与第二距离和值数据基本相等或是偏差较小，那么此时弯道识别装置102则会在步骤S405中判定此时车辆前方并不存在弯道。

而如果步骤S403所得到的差值不处于预设距离差值阈值范围内，那么则表示第一距离和值数据与第二距离和值数据之间的偏差较大，那么此时弯道识别装置102则会在步骤S406中判定此时车辆前方存在弯道。

本实施例中，当车辆前方存在弯道时，弯道识别装置102还会进一步判断第一距离和值数据是否小于第二距离和值数据。其中，如果第一距离和值数据小于第二距离和值数据，那么弯道识别装置102则会判定此时车辆前方的弯道为右转弯道。而如果第一距离和值数据大于第二距离和值数据，那么弯道识别装置102则会判定此时车辆前方的弯道为左转弯道。

当然，在本发明的其他实施例中，弯道识别装置102还可以采用其他合理方式来判断车辆前方弯道为左转弯道还是右转弯道，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，弯道识别装置102还可以通过判断第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值为正值还是负值来判定车辆前方的弯道是左转弯道还是右转弯道。

本实施例中，当确定出车辆前方存在弯道时，弯道识别装置102会生成弯道指示信号，并将该弯道指示信号传输至与之连接的转向控制信号生成装置103。转向控制信号生成装置103同时还与测距装置101连接，在接收到弯道识别装置102所传输来的弯道指示信号后，转向控制信号生成装置103会响应该弯道指示信号，来在步骤S203中根据测距装置所传输来的距离数据确定该弯道的弯道转角，并在步骤S204中根据该弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制车辆进行转向。

具体地，如图5所示，本实施例中，转向控制信号生成装置103在确定弯道转角时，优选地首先会在步骤S501中分别根据各个相邻的测量方向线的距离数据来确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，这样也就可以得到多个切线角度。

本实施例中，转向控制信号生成装置103优选地根据如下表达式来确定两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度：

其中，θ_i,i+1表示第i条测量方向线与第i+1条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，θ_i和θ_i+1分别表示第i条测量方向线和第i+1条测量方向线与中心线之间的夹角，L_i和L_i+1分别表示沿第i条测量方向线和沿第i+1条测量方向线原点与隧道壁之间的距离。

参考图3，对于相邻的测量方向线OA₁和OA₂，其包络的隧道壁为一弧形壁面A₁A₂，该弧形壁面A₁A₂的切线角度优选的为弧形壁面A₁A₂的切线与车辆前进方向之间的夹角θ_1,2

在得到上述各个相邻的测量方向线的距离数据来确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度后，转向控制信号生成装置103会在步骤S502中根据这些切线角度来确定出整个隧道壁的弯道转角。

具体地，本实施例中，转向控制信号生成装置103优选地会计算步骤S501所得到的多个切线角度的平均值，这样也就可以得到整个隧道壁的弯道转角。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，转向控制信号生成装置103还可以采用其他合理方式来确定上述各个切线角度和/或弯道转角，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的车辆导航系统以及车辆导航方法的应用场景为隧道内导航，其能够对在隧道内行驶的车辆进行自动控制，以使得隧道内的车辆能够随着隧道转向而自动地进行转向。

本车辆导航系统以及车辆导航方法通过持续地对原点与隧道壁之间的距离数据进行检测，也就可以持续、实时地计算得到不同时刻所对应的隧道壁的弯道转角，进而能够生成不同时刻车辆所需要的转向角度。该系统以及方法并不是像现有技术那样通过检测车辆是否偏离车道线或是车辆是否偏离预定轨迹来对车辆进行转向控制，而是可以提前确定车辆是否需要进行转向控制以及进行转向的转向角度，因此该系统以及方法也就可以使得车辆不会出现偏离预定轨迹的情况，这样也就提高了车辆行驶轨迹的准确性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (12)

1.一种车辆导航方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地向该中心线两侧构建多条测量方向线，分别获取沿各个测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离数据；

步骤二、根据所述中心线左侧的距离数据和右侧的距离数据判断所述车辆前方是否存在弯道，其中，如果存在弯道，则执行步骤三；

步骤三、根据所述距离数据确定弯道转角，并根据所述弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制车辆进行转向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，

计算所述中心线左侧的距离数据的和值，得到第一距离和值数据；

计算所述中心线右侧的距离数据的和值，得到第二距离和值数据；

计算所述第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值，并判断该差值是否处于预设距离差值阈值范围内，其中，如果是，则判定此时所述车辆前方不存在弯道，否则判定此时车辆前方存在弯道。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，当所述车辆前方存在弯道时，判断所述第一距离和值数据是否小于第二距离和值数据，其中，如果小于，则判定所述车辆前方弯道为右转弯道，否则判定所述车辆前方弯道为左转弯道。

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，

分别根据各个相邻两条测量方向线的距离数据确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，得到多个切线角度；

根据所述多个切线角度确定所述隧道壁的弯道转角。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度：

其中，θ_i,i+1表示第i条测量方向线与第i+1条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，θ_i和θ_i+1分别表示第i条测量方向线和第i+1条测量方向线与中心线之间的夹角，L_i和L_i+1分别表示沿第i条测量方向线和沿第i+1条测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，计算所述多个切线角度的平均值，得到所述隧道壁的弯道转角。

7.一种车辆导航系统，其特征在于，所述系统包括：

测距装置，其设置在车辆头部位置，用于以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地向该中心线两侧构建多条测量方向线，分别获取沿各个测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离数据；

弯道识别装置，其与所述测距装置连接，用于根据中心线左侧的距离数据和右侧的距离数据判断所述车辆前方是否存在弯道，如果存在弯道，则生成弯道指示信号；

转向控制信号生成装置，其与所述弯道识别装置和测距装置连接，用于响应所述弯道指示信号来根据所述距离数据确定弯道转角，并根据所述弯道转角生成相应的转向控制信号，以控制车辆进行转向。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述测距装置包括激光测距仪，所述激光测距仪以车辆头部中点为原点，以隧道中心线对称地以不同角度向所述中心线两侧发射测距激光。

9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述弯道识别装置配置为计算所述中心线左侧的距离数据的和值，得到第一距离和值数据，并计算所述中心线右侧的距离数据的和值，得到第二距离和值数据，随后计算所述第一距离和值数据与第二距离和值数据的差值，并判断该差值是否处于预设距离差值阈值范围内，其中，如果是，则判定此时所述车辆前方不存在弯道，否则判定此时车辆前方存在弯道。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，当所述车辆前方存在弯道时，所述弯道识别装置配置为进一步判断所述第一距离和值数据是否小于第二距离和值数据，其中，如果小于，则判定所述车辆前方弯道为右转弯道，否则判定所述车辆前方弯道为左转弯道。

11.如权利要求7～10中任一项所述的系统，其特征在于，所述转向控制信号生成装置配置为首先分别根据各个相邻两条测量方向线的距离数据确定这两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，得到多个切线角度，随后根据所述多个切线角度确定所述隧道壁的弯道转角。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述转向控制信号生成装置配置为根据如下表达式确定两条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度：

其中，θ_i,i+1表示第i条测量方向线与第i+1条测量方向线所包络的隧道壁的切线角度，θ_i和θ_i+1分别表示第i条测量方向线和第i+1条测量方向线与中心线之间的夹角，L_i和L_i+1分别表示沿第i条测量方向线和沿第i+1条测量方向线所述原点与隧道壁之间的距离。