CN113799749A

CN113799749A - 一种进站控制方法及系统

Info

Publication number: CN113799749A
Application number: CN202010555800.5A
Authority: CN
Inventors: 兑志魁; 刘振楠; 董海涛; 何昊阳
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: CN113799749B

Abstract

本发明涉及一种进站控制方法及系统，属于智能驾驶控制技术领域。其中方法包括：获取车辆的当前车速、以及车辆与站台的当前距离；确定分段制动过程中两个制动阶段对应的加速度；符合进站条件后，根据当前车速、当前距离以及每个制动阶段对应的加速度得到两个制动阶段切换时的拐点速度、以及各制动阶段的行驶距离；根据当前车速、各制动阶段的行驶距离以及各制动阶段的加速度得到车辆制动的分段速度曲线；以拐点速度为目标速度，平滑分段速度曲线，按照平滑后的速度曲线进行进站控制。本发明通过两个制动阶段进行减速进站提高了进站效率，降低了实际运营成本，并且对分段速度曲线的平滑提高了乘客的体验效果。

Description

一种进站控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种进站控制方法及系统，属于智能驾驶控制技术领域。

背景技术

现如今，关于进站精准停靠的典型应用场景是高铁、地铁等领域，然而由于其有专用的行驶轨道、出现障碍物的机会较小，精准停靠技术无法适用于环境较为复杂的公交车进站停靠技术中。

而自动驾驶领域中，其安全驾驶的一个重要研究方向：在行驶过程中出现障碍物如何实现精准的停车，为公交车精准停靠提供了技术基础。将站台作为虚拟障碍物，实现了公交车的精准停靠。

现有技术中，自动驾驶过程中遇到障碍物时对车辆速度的规划一般采用梯形速度规划方法，例如：期刊为《计算机工程》、期刊号为1000-3428(201)01-00-0、名称为“基于中间速度的智能车辆梯形速度规划方法”的期刊文章，其中梯形速度规划的基本原理为，设定车辆前方S距离处有一障碍物，因此智能车需要在S距离处将车速降为0。当S较长时，车辆会以初始速度V_i开始，经过加速段、匀速段、减速段，最终以零速度停在S点。车辆设定的最高速度为V_max，在加速行驶段，如果加速度过大，则会造成轮胎滑移或影响乘坐舒适度，故将最大允许加速度进行限制；在减速行驶段，同样设置最大加速度，以保证乘坐的舒适。

上述文章中，虽然实现了车辆遇到障碍物的精确停车，但是对于公交车进站速度比较低离站点比较远的情况下采用梯形速度规划的匀减速模型会带来进站时间长的问题，严重影响进站效率，带来较差的用户体验。

发明内容

本申请的目的在于提供一种进站控制方法，用以解决现有进站控制体验差的问题；同时还提出一种进站控制系统，用以解决现有进站控制体验差的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种进站控制方法的技术方案，包括以下步骤：

1)获取车辆的当前车速、以及车辆与站台的当前距离；确定分段制动过程中每个制动阶段对应的加速度；所述分段制动过程包括第一制动阶段和第二制动阶段；

2)符合进站条件后，根据当前车速、当前距离以及每个制动阶段对应的加速度得到两个制动阶段切换时的拐点速度、以及各制动阶段的行驶距离；

3)根据当前车速、各制动阶段的行驶距离以及各制动阶段的加速度得到车辆制动的分段速度曲线；

4)以拐点速度为目标速度，平滑所述分段速度曲线，按照平滑后的速度曲线进行进站控制。

本发明的进站控制方法的技术方案的有益效果是：本发明在符合进站条件后，首先将制动过程分为两个制动阶段，在每个制动阶段采用不同的加速度进行减速，在得到符合进站条件的车速、距离以及每个制动阶段的加速度后，可以绘制出分段速度曲线，此时的速度曲线中有一个明显的斜率变化点，也即第一制动阶段的加速度突变为第二制动阶段的加速度的点，进而根据该点的速度平滑分段速度曲线，将突变的点进行平滑，进而根据平滑后的速度曲线进行控制。本发明通过两个制动阶段进行减速进站提高了进站效率，降低了实际运营成本，并且对分段速度曲线的平滑提高了乘客的体验效果。

进一步的，为了满足进站的舒适性要求，符合进站条件包括：当前预估加速度≥参考加速度；所述当前预估加速度根据当前车速和当前距离计算得到。

进一步的，为了更加准确的得到车辆与站台的距离，所述车辆与站台的当前距离通过GPS定位装置获取的车辆位置信息以及地图中标定的站台位置信息得到。

进一步的，所述步骤2)中拐点速度的计算过程为：

其中，S_总为符合进站条件时，车辆与站台的当前距离；v_车为符合进站条件时，车辆的当前车速；a₁为第一制动阶段的加速度；a₂为第二制动阶段的加速度；v_拐点为第一制动阶段切换为第二制动阶段时的拐点速度。

进一步的，为了提高制动过程的稳定性和体现效果，第一制动阶段的加速度小于第二制动阶段的加速度；平滑所述分段速度曲线包括：以拐点速度为目标速度，在拐点速度对应的位置前增加第一制动阶段的加速度，根据实际速度和目标速度的差异调整加速度增加的步长，直至加速度增加至第二制动阶段的加速度，完成分段速度曲线的平滑。

另外，本申请还提出一种进站控制系统的技术方案，包括车速检测装置、距离检测装置、以及制动装置，还包括控制器，控制器的信号输入端连接车速检测装置和距离检测装置，控制器的信号输出端控制连接制动装置，控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现以下步骤：

本发明的进站控制系统的技术方案的有益效果是：本发明在符合进站条件后，首先将制动过程分为两个制动阶段，在每个制动阶段采用不同的加速度进行减速，在通过车速检测装置得到符合进站条件的车速、通过距离检测装置得到距离、以及每个制动阶段的加速度后，控制器可以绘制出分段速度曲线，此时的速度曲线中有一个明显的斜率变化点，也即第一制动阶段的加速度突变为第二制动阶段的加速度的点，进而根据该点的速度平滑分段速度曲线，将突变的点进行平滑，进而控制器根据平滑后的速度曲线进行制动装置的控制。本发明通过两个制动阶段进行减速进站提高了进站效率，降低了实际运营成本，并且对分段速度曲线的平滑提高了乘客的体验效果。

进一步的，为了更加准确的得到车辆与站台的距离，所述距离检测装置包括GPS定位装置，所述车辆与站台的当前距离通过GPS定位装置获取的车辆位置信息以及地图中标定的站台位置信息得到。

进一步的，所述步骤2)中拐点速度的计算过程为：

附图说明

图1是本发明进站控制系统的示意图；

图2是本发明进站控制方法示意图；

图3是本发明车辆进站示意图；

图4是本发明分段制动的原理示意图；

图中：1为自动驾驶车辆、2为车道线、3为站台目标点、4为站台。

具体实施方式

关于系统：

进站控制系统如图1所示，包括车速传感器、GPS定位装置、加速度传感器、显示装置、制动装置、以及控制器；车速传感器、GPS定位装置、加速度传感器、显示装置、制动装置均与控制器连接。

车速传感器作为车速检测装置，用于检测自动驾驶车辆的车速；GPS定位装置，用于检测自动驾驶车辆的位置信息；加速度传感器，用于检测自动驾驶车辆的响应加速度；显示装置为仪表显示系统，用于显示进站标识和图标；制动装置用于执行制动程序；控制器包括处理器、存储器，存储器中存储有地图以及可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现进站控制方法。

存储器中存储的地图为高精地图，控制器在执行进站控制方法前需要在高精地图中完成站台站点的标注；并且需要标定三个加速度经验值，分别为：参考加速度a_参考、第一加速度a₁、以及第二加速度a₂。为了提高乘客的体验效果，第一加速度a₁＜第二加速度a₂。由于不同自动驾驶车辆参数的差异，使得标定的三个加速度会有差别，参考加速度a_参考为舒适性进站的要求，对于这三个加速度经验值的确定，需要采集驾驶员固定站点停靠的操作并结合车辆乘客的主观感受经过数据分析得到，使得本发明的进站控制方法达到拟人化、舒适进站的目的。

关于方法：

具体的，进站控制方法的流程可由计算机程序指令实现，控制器中存储有实现进站控制方法而形成的计算机程序指令，进站控制方法如图2所示，包括以下步骤：

1)控制器通过车速传感器获取自动驾驶车辆(即车辆)的车速信息，以及通过GPS定位装置获取自动驾驶车辆的位置信息，将位置信息与高精地图上标定的站台位置进行比对，得到自动驾驶车辆与站台的距离信息。

2)根据步骤1)中的车速信息和距离信息判断自动驾驶车辆是否符合进站条件，符合进站条件后，规划自动驾驶车辆的进站轨迹。

本步骤中，符合进站条件为计算出的当前预估加速度a_t≥参考加速度a_参考(该处所指的加速度实际上是加速度的绝对值)，当前预估加速度a_t为自动驾驶车辆与站台的当前距离处，以当前车速为初始速度，停靠到站台的车速为末速度0时的加速度，具体计算公式如下：

其中，v_t为自动驾驶车辆当前车速；S_t为自动驾驶车辆与站台的当前距离。

也即，a_t≥a_参考时，符合舒适性进站的条件，如图3所示，规划进站轨迹并执行步骤3)，a_t＜a_参考时，按照设定的道路轨迹进行巡航、保持当前车速匀速行驶，不采取制动操作。图3中自动驾驶车辆1沿车道线2直线行驶减速至站台目标点3，完成站台4的停靠，实线框为自动驾驶车辆1启动进站条件时的位置，虚线框为自动驾驶车辆1停靠的位置。

3)进站轨迹规划后，根据步骤1)的车速信息和距离信息以及标定的加速度经验值，规划自动驾驶车辆1进站的分段速度曲线。

本步骤中，自动驾驶车辆1进站控制时为分段制动的方式，分为两个制动阶段，第一个制动阶段采用加速度较小的第一加速度a₁，也即第一制动阶段的加速度为a₁，第二个阶段采用加速度较大的第二加速度a₂，也即第二制动阶段的加速度为a₂，分段原理如图4所示，符合进站条件下，v_t＝v_车，S_t＝S_总＝S₁+S₂，根据物理学可知：

其中，S₁为第一加速度a₁下的制动距离(制动距离即行驶距离)；S₂为第二加速度a₂下的制动距离；S_总为符合进站条件时，自动驾驶车辆1与站台4的当前距离；v_车为符合进站条件时，自动驾驶车辆1的当前车速；v_拐点为第一加速度a₁和第二加速度a₂切换时的中间车速，也即第一制动阶段切换为第二制动阶段时的拐点速度。

进而得到：

根据得到的v_拐点可以计算出S₁和S₂的大小。

v_拐点、S₁、S₂、v_车、a₁、a₂均已知，在确定规划的距离精度步长下，根据以下公式：

其中，v_下一个点为规划的进站轨迹中下一个点的速度；v_当前点为规划的进站轨迹中当前点的速度；a_规划为不同阶段规划的加速度，这里第一阶段对应a₁，第二阶段对应a₂；S_精度步长为规划的距离精度步长。

进而可以得到自动驾驶车辆1在不同距离点下的速度，得到分段速度曲线，规划的车速是按照匀减速模型进行规划的，规划的速度曲线是折线的曲线段，斜率变化的突变点对应着拐点速度v_拐点，从规划的曲线中通过查找斜率变化的突变点来查找速度规划拐点。当然由于规划的车速没有负值，在计算出下一点的速度之前需要判断下开方下的值，若为负，则下一点的速度为0。

4)以拐点速度v_拐点为目标速度，对步骤3)规划的分段速度曲线进行平滑，减小减速过程中由于加速度突变造成的冲击。

对拐点对应的速度曲线进行平滑，其手段为对突变的加速度(a₁-a₂)进行平滑，具体包括：当接近拐点对应的位置时，开始增加加速度，加速度的步长为Δa，即增加后的当前加速度为a₁+Δa，然后判断实际速度，若实际速度与要求的拐点速度差异较大，则增大加速度步长，若差异较小，则适当减少加速度步长。其效果是，使加速度不会产生突变，而是逐渐增加加速度，使加速度达到a₂，拐点速度满足要求，从而实现平滑的加速度过渡。

在增加加速度的过程中通过加速度传感器采集车辆实际响应的加速度，通过车辆实际响应的加速度判断加速度的是否增加到位。

5)控制器按照步骤4)平滑后的速度曲线进行制动装置(动力制动执行器)的控制，待自动驾驶车辆1进站停靠时，自动开门。

在进行制动的过程中，通过仪表显示系统显示进站标识、图标、车道线2等信息。

上述实施例中，对于是否符合进站条件的判断基础是当前预估加速度，这样可以使得进站过程具有舒适度，作为其他实施方式，是否符合进站条件的判断基础也可以为自动驾驶车辆1与站台4的距离，当自动驾驶车辆1与站台4的距离小于某个预设的距离时，符合进站条件，开始规划路径以及速度曲线。

上述实施例中，符合进站条件后，需要规划进站路径，作为其他实施方式，在自动驾驶车辆1路径固定、已经提前预设的情况下，也可以无需规划进站路径。

上述实施例中，关于自动驾驶车辆1与站台4的距离是通过GPS定位装置得到的自动驾驶车辆1的位置信息与高精地图中标定的站台位置进行比对得到，作为其他实施方式，该距离信息还可以通过激光雷达、红外传感器等设备得到，本发明不做限制。

上述实施例中，制动过程为先以较小的加速度对自动驾驶车辆1进行减速，之后平滑过渡到较大的加速度进行减速，直至自动驾驶车辆1停靠，作为其他实施方式，制动过程也可以首先采用较大的加速度进行减速，之后平滑过渡到较小的加速度进行减速，也即a₁＜a₂，通过减小加速度完成分段速度曲线的平滑，保证制动过程中的稳定性。

关于如何对分段速度曲线进行平滑的步骤，这里优选为以拐点速度为目标速度，调整加速度的步长，作为其他实施方式，也可以以拐点速度和当前车速得到目标加速度，通过实际加速度和目标加速度的差值，调整加速度增加的步长，或者直接设定a₁到a₂的变化过程。

本发明中关于加速度的经验值均是借鉴实际驾驶员的操作，并且结合乘客主观感受的数据进行分析得出，使得整个制动过程更加拟人化，达到拟人化舒适进站的目的，提高了用户的体验效果。而且整个过程分为两个制动阶段，在离站点较远、车速较低的情况下提高了制动效率，降低车辆运营成本。

Claims

1.一种进站控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的进站控制方法，其特征在于，符合进站条件包括：当前预估加速度≥参考加速度；所述当前预估加速度根据当前车速和当前距离计算得到。

3.根据权利要求1或2所述的进站控制方法，其特征在于，所述车辆与站台的当前距离通过GPS定位装置获取的车辆位置信息以及地图中标定的站台位置信息得到。

4.根据权利要求1所述的进站控制方法，其特征在于，所述步骤2)中拐点速度的计算过程为：

5.根据权利要求1所述的进站控制方法，其特征在于，第一制动阶段的加速度小于第二制动阶段的加速度；平滑所述分段速度曲线包括：以拐点速度为目标速度，在拐点速度对应的位置前增加第一制动阶段的加速度，根据实际速度和目标速度的差异调整加速度增加的步长，直至加速度增加至第二制动阶段的加速度，完成分段速度曲线的平滑。

6.一种进站控制系统，包括车速检测装置、距离检测装置、以及制动装置，其特征在于，还包括控制器，控制器的信号输入端连接车速检测装置和距离检测装置，控制器的信号输出端控制连接制动装置，控制器包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现以下步骤：

7.根据权利要求6所述的进站控制系统，其特征在于，符合进站条件包括：当前预估加速度≥参考加速度；所述当前预估加速度根据当前车速和当前距离计算得到。

8.根据权利要求6或7所述的进站控制系统，其特征在于，所述距离检测装置包括GPS定位装置，所述车辆与站台的当前距离通过GPS定位装置获取的车辆位置信息以及地图中标定的站台位置信息得到。

9.根据权利要求6所述的进站控制系统，其特征在于，所述步骤2)中拐点速度的计算过程为：

10.根据权利要求6所述的进站控制系统，其特征在于，第一制动阶段的加速度小于第二制动阶段的加速度；平滑所述分段速度曲线包括：以拐点速度为目标速度，在拐点速度对应的位置前增加第一制动阶段的加速度，根据实际速度和目标速度的差异调整加速度增加的步长，直至加速度增加至第二制动阶段的加速度，完成分段速度曲线的平滑。