CN110293870B - 一种车辆空间定位系统及其有效性的判断方法 - Google Patents

一种车辆空间定位系统及其有效性的判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车辆空间定位系统有效性的判断方法，车辆上配置有受电端，所述方法包括：获取探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，所述探测信号由至少一个发生器在第一时间点发出；基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标；基于所述至少一个发生器的至少一个历史坐标、所述车辆的速度、所述车辆的加速度、至少一个外部特征，确定所述至少一个发生器的第一坐标和/或第二坐标的有效性；本发明通过对空间定位得出的信号数据进行多次判断，剔除因各种因素造成的无效数据，提高最终数据的可靠性，以及通过数据的拟合，提高最终数据的精度。

Description

一种车辆空间定位系统及其有效性的判断方法
技术领域
本发明属于电动汽车充电桩技术领域，具体涉及一种车辆空间定位系统及其有效性判断方法。
背景技术
位于车辆上的充电设备，需要在车辆停靠时停靠到充电设备的可充电区域内，其在水平的前后左右方向上都有需求，目前主要是通过减速带完成前后定位，左右则依靠司机的感觉，但是停好后没有检测能力，只能靠充电设备连接后是否能完成电气连接来确认，这里有不小的隐患，同时充电设备没有检测车辆相对高度的功能，需要在垂直高度上增加不少的检测与冗余。
发明内容
本发明主要解决空间定位问题中的末端定位问题，帮助司机精确的停靠到充电区域，同时也用于系统检测是否在可充电区域，减少意外的发生。同时对已收集的数据进行判断和拟合，剔除因串扰造成的无效数据，确保最终定位的精确程度。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种车辆空间定位系统有效性的判断方法，车辆上配置有受电端，所述方法包括：
获取探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由至少一个发生器在第一时间点发出；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标；其中，所述第二坐标是基于系统时钟同步法确定的；
基于所述至少一个发生器的至少一个历史坐标、所述车辆的速度、所述车辆的加速度、至少一个外部特征中的至少一个，确定所述至少一个发生器的第一坐标和/或第二坐标的有效性。
较佳的，响应于确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标均有效，基于所述第一坐标和第二坐标，生成所述至少一个发生器的第三坐标；
基于所述至少一个发生器的第三坐标以及所述至少一个发生器和所述充电端的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标A1；
基于受电端的第一坐标A2和所述充电端的第一坐标A1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
较佳的，响应于确定所述至少一个发生器仅第一坐标有效，基于所述至少一个发生器的第一坐标以及所述至少一个发生器和所述充电端的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标B1；
基于受电端的第一坐标B2和所述充电端的第一坐标B1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端进入充电工作状态。
较佳的，响应于确定所述至少一个发生器仅第二坐标有效，
基于所述至少一个发生器的第二坐标以及所述至少一个发生器和所述充电端1的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标C1；
基于受电端的第一坐标C2和所述充电端的第一坐标C1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端进入充电工作状态。
较佳的，响应于确定所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标均无效，清除所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标；
获取探测信号到达所述接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器的第四坐标指定为所述至少一个发生器的第一坐标，并将所述至少一个发生器的第五坐标指定为所述至少一个发生器的第二坐标。
较佳的，响应于确定所述受电端未到达所述充电端的工作范围，获取探测信号到达所述接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器的第四坐标指定为所述至少一个发生器的第一坐标，并将所述至少一个发生器的第五坐标指定为所述至少一个发生器的第二坐标。
较佳的， A.通过统计所述历史坐标与当前坐标，计算得到车辆的速度与加速度，确定计算结果符合车辆行驶规律，则认为所述当前坐标有效，否则无效；B.通过传感器测量车辆的速度和/或加速度，并通过其数据与所述历史坐标推导出参考坐标，当两者误差在允许范围内，则认为所述当前坐标有效，否则无效。
较佳的，根据所述当前坐标的有效性判断，还包括所述当前坐标的置信度；判断所述历史坐标与所述当前坐标有效数量越多，所述置信度升高；判断所述历史坐标与所述当前坐标无效时，所述置信度下降。
较佳的，所述外部特征包含所述历史坐标、所述当前坐标、所述参考坐标及经过数学算法得到的拟合值。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、系统结构简单，仅需要接收阵列就能感知所有范围内的发射端空间坐标。
2、高精度，在近距离范围内精度可以达到毫米级，远距离达到厘米级。
3、定位无需通讯，此方案中地面单元与车载单元之间不需要进行通讯，可以直接进行定位。
4、可以进行任意的定位配对，一个地面单元的信号可以同时被数个车载单元收到并定位，一个车载单元也可以同时收到数个地面单元的信号并完成相对定位。
5、一套硬件系统，进行两种定位，通过冗余提高系统可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明有效性判断流程图；
图2为本发明信号接收器时间方波图；
图3为本发明场景一示意图；
图4为本发明场景二示意图；
图5为本发明场景三示意图；
图中：1充电端、2受电端、3发生器、4接收器、5 车载单元、6充电接口、7可充电区域、8地面单元、81侧方单元、82充电弓单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
获取探测信号到达接收器4阵列中每一个接收器4的时间，其中，所述探测信号由至少一个发生器3在第一时间点发出；基于所述探测信号到达接收器4阵列中每一个接收器4的时间，确定所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标；其中，所述第二坐标是基于系统时钟同步法确定的；基于所述至少一个发生器3的至少一个历史坐标、所述车辆的速度、所述车辆的加速度、至少一个外部特征中的至少一个，确定所述至少一个发生器3的第一坐标和/或第二坐标的有效性。
当发生器3设置在充电端1时：
响应于确定所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标均有效，基于所述第一坐标和第二坐标，生成所述至少一个发生器3的第三坐标；基于所述至少一个发生器3的第三坐标以及所述至少一个发生器3和所述充电端1的相对位置关系，确定所述充电端1的第一坐标A1；基于受电端2的第一坐标A2和所述充电端1的第一坐标A1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；（此处受电端2第一坐标A2可直接获取，已在上一步中预存为第一坐标）响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
响应于确定所述至少一个发生器3仅第一坐标有效，基于所述至少一个发生器3的第一坐标以及所述至少一个发生器3和所述充电端1的相对位置关系，确定所述充电端1的第一坐标B1；基于受电端2的第一坐标B2和所述充电端1的第一坐标B1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；（此处受电端2第一坐标B2可直接获取，与所述受电端2第一坐标A2为同一坐标）响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
响应于确定所述至少一个发生器3仅第二坐标有效，基于所述至少一个发生器3的第二坐标以及所述至少一个发生器3和所述充电端1的相对位置关系，确定所述充电端1的第一坐标C1；基于受电端2的第一坐标C2和所述充电端1的第一坐标C1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；（此处受电端2第一坐标C2可直接获取，与所述受电端2第一坐标A2为同一坐标）响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
当发生器3设置在受电端2时：
响应于确定所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标均有效，基于所述第一坐标和第二坐标，生成所述至少一个发生器3的第三坐标；基于所述至少一个发生器3的第三坐标以及所述至少一个发生器3和所述受电端2的相对位置关系，确定所述受电端2的第一坐标D1；基于充电端1的第一坐标D2和所述受电端2的第一坐标D1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；（此处充电端1第一坐标D2已在上一步预存，可直接获取），响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
响应于确定所述至少一个发生器3仅第一坐标有效，基于所述至少一个发生器3的第一坐标以及所述至少一个发生器3和所述受电端2的相对位置关系，确定所述受电端2的第一坐标E1；基于充电端1的第一坐标E2和所述受电端2的第一坐标E1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；(此处充电端1第一坐标E2可直接获取，与所述充电端1第一坐标D2为同一坐标)；响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
响应于确定所述至少一个发生器3仅第二坐标有效，基于所述至少一个发生器3的第一坐标以及所述至少一个发生器3和所述受电端2的相对位置关系，确定所述受电端2的第一坐标F1；基于充电端1的第一坐标F2和所述受电端2的第一坐标F1，确定所述受电端2是否到达所述充电端1的工作范围；(此处充电端1第一坐标F2可直接获取，与所述充电端1第一坐标D2为同一坐标)，响应于确定所述受电端2到达所述充电端1的工作范围，向所述充电端1发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端1进入充电工作状态。
以上为所述发生器3分别处于所述充电端1与所述受电端2的不同判断情况，且至少其中一项为有效坐标。
响应于确定所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标均无效，清除所述至少一个发生器3的第一坐标和第二坐标；获取探测信号到达所述接收器4阵列中每一个接收器4的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器3在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；基于所述探测信号到达接收器4阵列中每一个接收器4的时间，确定所述至少一个发生器3的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器3的第四坐标指定为所述至少一个发生器3的第一坐标，并将所述至少一个发生器3的第五坐标指定为所述至少一个发生器3的第二坐标。
响应于确定所述受电端2未到达所述充电端1的工作范围，获取探测信号到达所述接收器4阵列中每一个接收器4的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器3在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；基于所述探测信号到达接收器4阵列中每一个接收器4的时间，确定所述至少一个发生器3的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器3的第四坐标指定为所述至少一个发生器3的第一坐标，并将所述至少一个发生器3的第五坐标指定为所述至少一个发生器3的第二坐标。
以上方法中具体判断方式为：A.通过统计所述历史坐标与当前坐标，计算得到车辆的速度与加速度，确定计算结果符合车辆行驶规律，则认为所述当前坐标有效，否则无效。B.通过传感器测量车辆的速度和/或加速度，并通过其数据与所述历史坐标推导出参考坐标，当两者误差在允许范围内，则认为所述当前坐标有效，否则无效。
根据所述当前坐标的有效性判断，还包括所述当前坐标的置信度；判断所述历史坐标与所述当前坐标有效数量越多，所述置信度升高；判断所述历史坐标与所述当前坐标无效时，所述置信度下降。其中，置信度可通过坐标可能性，即充电端1周围环境已知且确定时，所获取到的坐标存在的有效范围，坐标所在有效范围内、外时置信度赋值不同，有效范围内部置信度远高于外部；还可通过算法自身特性判断，当遇到计算理论上不可能得出空间坐标，或者得到的空间坐标误差变大的区域，此时置信度赋值低于算法可达到的置信度区域。
此时方法中所述外部特征包含所述历史坐标、所述当前坐标、所述参考坐标及经过数学算法得到的拟合值。其具体拟合算法包括：当两个数据都有效时，直接进行平均。当两个数据有置信度或其他评判依据时，通过数学方法拟合推算坐标与测量坐标，数学方法包括且不限于：线性拟合（平均值，加权平均值，动态加权平均值），非线性（二次曲线，三次曲线，椭球面）。
针对上述方法中的坐标定位方式，可采用无同步的相对定位技术，其原理主要是得到接收端阵列接收到发生器3信号的时间差信息，通过到达时间t0,t1,t2和t3，以及实时声速，可得到发生器3的相对空间坐标；也可利用GPS授时信号同步时钟， GPS授时信号为1PPS或100PPS的脉冲信号，通过采集其上升沿，可以进行本地时钟同步，同步精度为1个本地时钟周期（例如100MHz本地时钟时钟，则精度可以达到10ns）；具体方式可以采用本地定时在某个秒脉冲后广播下一秒时钟同步信号，本地局域网中能在10ms内完成通讯，下一次秒脉冲时，所有收发模块的时钟完成同步；在完成时钟同步后，车上信号发射器按照顺序轮流发射信号，接收器4通过预定义序列，轮流通过TODA方式计算两者间距离；最后通过已知的三点定位法，计算得到所述发生器3的空间坐标。
基于上述判断方法，可应用于以下场景：
场景一：底盘充电，所述受电端2设置于所述车辆底盘处，即车载单元5的充电接口6设置于所述车辆底盘处，所述车载单元5内设置有至少4个接收器4，所述地面单元8至少有1个发生器3，以保证上述无同步法与时间同步法都可正常运行，此时地面单元8设置的所述发生器3向所述接收器4阵列发送信号，经过上述坐标定位以及判断方式检测阵列，得到各个发生器3在坐标系中的位置，然后配合已知数据检测所述受电端2的位置，通过对比所述充电接口6位置和可充电区域7位置，得到车辆是否在所述可充电区域7以及两者相对关系的数据，并持续检测两者相对位置；同时所述车载单元5（包括且不限于人工驾驶和自动驾驶）停靠车辆时，保证所述充电接口6位于可充电区域7中，最终达成车辆充电。
场景二：侧方充电，所述受电端2设置于所述车辆侧边处，即车载单元5的充电接口6设置于所述车辆侧边处，所述车载单元5内设置有至少4个接收器4，所述侧方单元81至少有1个发生器3，以保证上述无同步法与时间同步法都可正常运行，此时侧方单元81设置的所述发生器3向所述接收器4阵列发送信号，经过上述坐标定位以及判断方式检测阵列，得到各个发生器3在坐标系中的位置，然后配合已知数据检测所述受电端2的位置，通过对比充电接口6位置和可充电区域7位置，得到车辆是否在可充电区域7以及两者相对关系的数据，并持续检测两者相对位置；同时所述车载单元5（包括且不限于人工驾驶和自动驾驶）停靠车辆时，保证所述充电接口6位于可充电区域7中，最终达成车辆充电。
场景三：充电弓，所述受电端2设置于所述车辆顶部，即车载单元5的充电接口6设置于所述车辆顶部，所述车载单元5内设置有至少4个接收器4，所述充电弓单元82至少有1个发生器3，以保证上述无同步法与时间同步法都可正常运行，此时充电弓单元82设置的所述发生器3向所述接收器4阵列发送信号，经过上述坐标定位以及判断方式检测阵列，得到各个发生器3在坐标系中的位置，然后配合已知数据检测所述受电端2的位置，通过对比充电接口6位置和可充电区域7位置，得到车辆是否在可充电区域7以及两者相对关系的数据，并持续检测两者相对位置；同时所述车载单元5（包括且不限于人工驾驶和自动驾驶）停靠车辆时，保证所述充电接口6位于可充电区域7中，最终达成车辆充电。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种车辆空间定位系统有效性的判断方法，车辆上配置有受电端，其特征在于，所述方法包括：
获取探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由至少一个发生器在第一时间点发出；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标；其中，所述第二坐标是基于系统时钟同步法确定的；
基于所述至少一个发生器的至少一个历史坐标、所述车辆的速度、所述车辆的加速度、至少一个外部特征，确定所述至少一个发生器的第一坐标和/或第二坐标的有效性；
A.通过统计所述历史坐标与当前坐标，计算得到车辆的速度与加速度，确定计算结果符合车辆行驶规律，则认为所述当前坐标有效，否则无效；B.通过传感器测量车辆的速度和/或加速度，并通过其数据与所述历史坐标推导出参考坐标，当两者误差在允许范围内，则认为所述当前坐标有效，否则无效；
根据所述当前坐标的有效性判断，还包括所述当前坐标的置信度；判断所述历史坐标与所述当前坐标有效数量越多，所述置信度升高；判断所述历史坐标与所述当前坐标无效时，所述置信度下降；
所述外部特征包含所述历史坐标、所述当前坐标、所述参考坐标及经过数学算法得到的拟合值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标均有效，基于所述第一坐标和第二坐标，生成所述至少一个发生器的第三坐标；
基于所述至少一个发生器的第三坐标以及所述至少一个发生器和充电端的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标A1；
基于受电端的第一坐标A2和所述充电端的第一坐标A1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端进入充电工作状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于确定所述至少一个发生器仅第一坐标有效，基于所述至少一个发生器的第一坐标以及所述至少一个发生器和所述充电端的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标B1；
基于受电端的第一坐标B2和所述充电端的第一坐标B1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端进入充电工作状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于确定所述至少一个发生器仅第二坐标有效，
基于所述至少一个发生器的第二坐标以及所述至少一个发生器和所述充电端的相对位置关系，确定所述充电端的第一坐标C1；
基于受电端的第一坐标C2和所述充电端的第一坐标C1，确定所述受电端是否到达所述充电端的工作范围；
响应于确定所述受电端到达所述充电端的工作范围，向所述充电端发送到达信号，所述到达信号用于指示所述充电端进入充电工作状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
响应于确定所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标均无效，清除所述至少一个发生器的第一坐标和第二坐标；
获取探测信号到达所述接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器的第四坐标指定为所述至少一个发生器的第一坐标，并将所述至少一个发生器的第五坐标指定为所述至少一个发生器的第二坐标。
6.根据权利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：响应于确定所述受电端未到达所述充电端的工作范围，获取探测信号到达所述接收器阵列中每一个接收器的时间，其中，所述探测信号由所述至少一个发生器在第二时间点发出，所述第二时间点晚于所述第一时间点；
基于所述探测信号到达接收器阵列中每一个接收器的时间，确定所述至少一个发生器的第四坐标和第五坐标；其中，所述第五坐标是基于系统时钟同步法确定的；将所述至少一个发生器的第四坐标指定为所述至少一个发生器的第一坐标，并将所述至少一个发生器的第五坐标指定为所述至少一个发生器的第二坐标。
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