CN115802488A - 一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，包括：利用路侧定位模块测量自身定位点的位置信息；根据位置信息确定通信线路上每一点的绝对坐标；获取车路连接信息系统和通信线路接触时的接触信号，并根据接触信号和绝对坐标确定接触点的位置信息；基于换算算法，根据接触点的位置信息和车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息。本发明在车辆动态位置信息实时获取过程中，完全不依赖卫星定位系统，基于电气化公路有线车路连接，实时性、可靠性更强。

Description

一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法
技术领域
本发明涉及智能汽车电子及安全技术领域，特别是涉及一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法。
背景技术
如图1所示，电气化公路的运输系统主要由电气化运输装备、供电基础设施等组成。供电基础设施布置在路侧，以直流电作为能源为电气化运输装备提供动力。电气化运输装备属于一种“电网+电池”或者“电网+内燃机”混合动力车辆，它在原有车辆的基础上，加装了一套受电弓及电机驱动系统。当电气化运输装备在电气化公路上行驶时，可通过受电弓与路侧电网连接，同时电网电力也可为车辆搭载的小型动力电池充电。该系统可做到重型货运车辆道路运输应用场景全覆盖，尤其适合固定线路、高频次、重载货物的运输工况。
电气化公路运输系统中较多的用到了自动驾驶系统等汽车智能化系统，其是以了解车辆当前行驶状态作为控制的前提，通过对车辆当前行驶状态与目标状态的对比，判断是否需要采取相应措施，对车辆进行控制，保证车辆的稳定性，提升行驶安全性。车辆行驶过程中车辆各个方向的位置信息和车辆速度、加速度信息可以描述车辆的行驶状态，是表征行驶状态的重要信息，是车辆驾驶辅助系统、自动驾驶系统的重要信息来源。
目前，GNSS（全球卫星导航定位系统）是车辆常用的定位系统，GNSS可以为车辆提供廉价且易于访问的全球绝对定位解决方案。车辆自身定位的精准性直接影响车辆的路径规划和决策控制，车辆智能化技术发展对车辆自身定位要求也逐渐提高，市场上出现差分GNSS定位技术，能够为汽车提供车道级的定位精度。但其具有如下缺点：
1）GNSS定位技术对车辆行驶环境要求较高，在建筑物密集、有遮挡、通过隧道等情况利用GNSS定位技术获取车辆位置误差非常大。
2）目前差分GNSS的定位精度可以到达2cm，由于受通信影响，实时性、稳定性差。
现有技术中还提供有基于激光雷达的车辆定位的技术方案，其中LiDAR一般由激光光源发射机、光学接收设备、信息处理系统等部分组成。电脉冲通过激光光源发射器转变为光脉冲发射，光学接收设备将目标反射来的光波信息转变为电脉量。通过从接收到反射的时间差来测量距离目标的距离，在结合激光发射的角度推导出位置信息。但其缺点为需要搭载激光雷达设备，满足定位精度的激光雷达成本高昂，增加了单车成本。
随着V2X和5G技术发展，基于车路协同多点测距的定位方法逐渐用于智能车辆。通过自车搭载的车载终端与路侧不同基站进行通信测距，基于不同的通信方式和算法可以确定车辆的位置坐标。但不同车辆搭载的车载单元不同，目前车载单元与路侧基站的通信协议尚未统一。此外，车路协同的定位精度与通信质量直接相关。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，应用于一种电气化公路车路协同定位系统，所述电气化公路车路协同定位系统包括路侧支架、路侧定位模块、通信线路和车路连接信息系统；所述路侧支架布置、所述路侧定位模块和所述通信线路均在电气化公路上，所述路侧定位模块固定在所述路侧支架上，所述路侧定位模块通过所述通信线路与所述车路连接信息系统连接；
所述方法包括：
利用所述路侧定位模块测量自身定位点的位置信息；
根据所述位置信息确定所述通信线路上每一点的绝对坐标；
获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息；
基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息。
优选地，所述车路连接信息系统包括：受电弓、姿态角传感器、通信线束和车载单元；所述受电弓包括相互连接的上臂杆和下臂杆；在车辆行驶过程中所述上臂杆与所述通信线路半刚性连接；
所述车载单元通过所述通信线束并借助所述受电弓与所述通信线路连接；所述姿态角传感器设置在所述受电弓上；所述姿态角传感器用于实时测量所述上臂杆和所述下臂杆的姿态角。
优选地，所述路侧定位模块与所述通信线路采用物理接口的方式有线连接；所述通信线路用于进行电力和信息传输。
优选地，获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息，包括：
当所述受电弓与所述通信线路接触时，获取接触点处的接触信号，并分别传输至与所述接触点距离最近的两个所述路侧定位模块；
利用最先接受到所述接触点信号的所述路侧定位模块，根据所述路侧定位模块接受所述接触信号的时间计算出所述接触点距离所述路侧定位模块的距离；所述距离包括纵向偏移量和横向偏移量；
根据所述纵向偏移量、所述横向偏移量和所述路侧定位模块的所述自身定位点的位置信息确定所述接触点的位置信息。
优选地，所述基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息，包括：
根据所述受电弓的结构参数信息、所述姿态角和所述接触点的位置信息确定所述下臂杆的两个端点的位置信息；
基于接触点与车辆质心位置的换算算法，根据所述两个端点的位置信息确定所述当前车辆质心位置坐标信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，应用于一种电气化公路车路协同定位系统，所述电气化公路车路协同定位系统包括路侧支架、路侧定位模块、通信线路和车路连接信息系统；所述路侧支架布置、所述路侧定位模块和所述通信线路均在电气化公路上，所述路侧定位模块固定在所述路侧支架上，所述路侧定位模块通过所述通信线路与所述车路连接信息系统连接；所述方法包括：利用所述路侧定位模块测量自身定位点的位置信息；根据所述位置信息确定所述通信线路上每一点的绝对坐标；获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息；基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息。本发明在车辆动态位置信息实时获取过程中，完全不依赖卫星定位系统，基于电气化公路有线车路连接，实时性、可靠性更强。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中提供的电气化公路示意图；
图2为本发明实施例提供的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的基于电气化公路车路协同定位系统示意图；
图4为本发明实施例提供的有线连接示意图；
图5为本发明实施例提供的偏移量计算示意图；
图6为本发明实施例提供的受电弓计算示意图。
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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图2为本发明实施例提供的方法流程图，如图2所示，本发明提供了一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，应用于一种电气化公路车路协同定位系统，所述电气化公路车路协同定位系统包括路侧支架、路侧定位模块、通信线路和车路连接信息系统；所述路侧支架布置、所述路侧定位模块和所述通信线路均在电气化公路上，所述路侧定位模块固定在所述路侧支架上，所述路侧定位模块通过所述通信线路与所述车路连接信息系统连接；
所述方法包括：
步骤100：利用所述路侧定位模块测量自身定位点的位置信息；
步骤200：根据所述位置信息确定所述通信线路上每一点的绝对坐标；
步骤300：获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息；
步骤400：基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息。
优选地，所述车路连接信息系统包括：受电弓、姿态角传感器、通信线束和车载单元；所述受电弓包括相互连接的上臂杆和下臂杆；在车辆行驶过程中所述上臂杆与所述通信线路半刚性连接；所述车载单元通过所述通信线束并借助所述受电弓与所述通信线路连接；所述姿态角传感器设置在所述受电弓上；所述姿态角传感器用于实时测量所述上臂杆和所述下臂杆的姿态角。所述路侧定位模块与所述通信线路采用物理接口的方式有线连接；所述通信线路用于进行电力和信息传输。
具体的，电气化公路车路协同定位系统由路侧支架、路侧定位模块、通信线路、车路连接信息系统构成。如图3所示，路侧支架、通信线路随电气化公路路网布置。在现有电气化公路电网系统上增加布置有线通信线路，电气化道路运输装备（车辆）在接入电网的同时通过在原有受电系统的基础上增加通信连接装置，确保与路网通信线路有线连接。
路侧定位模块固定在路侧支架上，内置该点的绝对位置信息。路侧定位模块与线路采用物理接口的方式有线连接。运输装备通过通信线路与路侧定位模块连接，路侧定位模块通过感知运输装备在电网连接点位置，以路侧定位模块自身绝对位置坐标为基准，确定连接点坐标信息，并传送给车辆。
路侧输电系统包括：路侧支架、路侧定位模块、通信线路（输电线路）；
车路连接信息系统包括：受电弓、姿态角传感器、通信线束、车载单元。
在车端，如图4所示，车载单元通过通信线束借助受电弓与路侧输电线路相连接，最终实现与布置在各个横杆支架上的路侧定位模块的路侧定位模块实现有线通信。路侧定位模块将自身位置信息通过通信线路发送至车载单元，车载单元通过感知受电接触点，并结合受电弓姿态角传感器的传输的受电弓姿态信息、内置的受电弓尺寸参数和安装参数，计算车辆位置信息。
优选地，获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息，包括：
当所述受电弓与所述通信线路接触时，获取接触点处的接触信号，并分别传输至与所述接触点距离最近的两个所述路侧定位模块；
利用最先接受到所述接触点信号的所述路侧定位模块，根据所述路侧定位模块接受所述接触信号的时间计算出所述接触点距离所述路侧定位模块的距离；所述距离包括纵向偏移量和横向偏移量；
根据所述纵向偏移量、所述横向偏移量和所述路侧定位模块的所述自身定位点的位置信息确定所述接触点的位置信息。
优选地，所述基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息，包括：
根据所述受电弓的结构参数信息、所述姿态角和所述接触点的位置信息确定所述下臂杆的两个端点的位置信息；
基于接触点与车辆质心位置的换算算法，根据所述两个端点的位置信息确定所述当前车辆质心位置坐标信息。
进一步地，本实施例中基于电气化公路系统的车路协同高精度定位包括如下步骤：
1）参考坐标
在电气化公路电网布置过程中，路侧支持挂线的杆柱位置固定，路侧定位模块相对于横杆的安装位置确定，在线路建造和设备布置过程中，其相对于大地坐标系的绝对经纬度坐标可以测量，作为已知参考经纬高坐标S(xs, ys, hs)。
2）线路各滑板接触点坐标
在电气化公路布置过程中，零线和火线既是电力传输线也作为信息传输的信号 线。信号线借助受电系统与运输装备连接，实现通信。由于线路上每一点Ai相对于支架横杆 参考点S的位置是固定的，由参考点S到Ai可以通过一个平移向量
Figure SMS_1
表示，即每一点相对 于最近的杆柱相对位置坐标已知，进而可以计算出线路每一点的绝对坐标Ai(xb，yb，hb)。
具体的，如图5所示，当受电弓滑板与输电线路某一点Ai，立即会生产一个接触信号分别传输至与其接触点最近的两个路侧定位单元S1、S2，由最先接受到接触点信号的路侧定位单元进行计算，通过路侧定位模块接受接触信号的时间可以计算出接触点距离路侧定位模块S的距离f。而距离包括两个部分，一部分可以看作横向偏移m，在工程布设过程中，在电路线张紧的前提下是已知量。进而，可以得到接触点相对于相对点S的纵向偏移量n。其中，n=f-m。
由此：
xa=xs1+m；
ya=ys1-n;
ha=hs；
3）车辆与受电弓连接点坐标
如图6所示，车辆通过受电弓与电气化公路输电线进行连接。车辆在电器化公路行驶过程中，为保证有效输电，现将车辆受电弓简化如图所示。车辆受电弓在车辆行驶过程中与输电线路半刚性连接，通过受电弓加装的姿态传感器可以实时测量受电弓在车辆行驶过程中上臂杆AB和下臂杆BC的四个姿态角，分别是纵向平面上，下臂杆与水平面夹角α、上臂杆与水平面夹角β；横向平面上，下臂杆与垂直线夹角、上臂杆与垂线夹角。
由于受电弓的上臂杆、下臂杆长度已知，计作Lab、Lbc。
由此B点坐标（xb,yb,hb）
xb=xa+Lab
Figure SMS_2
sin
Figure SMS_3
；
yb=ya+Lab
Figure SMS_4
cosβ；
h=ha-Lab
Figure SMS_5
sinβ。
同理可以计算C点坐标
xc=xb+Lbc
Figure SMS_6
sin
Figure SMS_7
= xa+Lab*sinθ+Lbc*sinε；
yc=yb-Lbc
Figure SMS_8
cosα= ya+Lab
Figure SMS_9
cosβ- Lbc
Figure SMS_10
cosα；
h= hb-Lbc
Figure SMS_11
sinα= ha-Lab
Figure SMS_12
sinβ-Lbc
Figure SMS_13
sinα。
4）车辆坐标
车辆搭载的受电弓系统是机械连接结构，通过获取接触点坐标信息，利用接触点与车辆质心位置的换算算法可以精准当前车辆质心位置坐标信息Q(xQ,yQ,hQ)。
本发明在具体实施过程中，包括如下步骤：
1.布设电气化公路，搭载电力线载波技术确保在向电气化运输装备输电的同时可以完成信息传输。
2.将路侧定位模块布置在电气化横杆公路支架，确定布置位置，测量路侧定位模块Si的坐标值输入至路侧定位单元中。
3.电气化道路运输装备配备车载单元和受电通信系统，将系统参数（受电弓连接点相对质心位置、受电弓几何参数，上臂杆长度、下臂杆长度等）内置于车载单元。
4.驾驶电气化道路运输装备进入电器化工路，确保受电系统物理连接，即路侧定位模块与车载单元有线通信系统畅通。
5.行驶过程中，受电弓姿态传感器实时将受电弓姿态信息传输至车载单元，车载单元通过向路侧通信单元发送信息，并接受路侧定位模块回传信息，获取当前车辆精确位置。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明通过车辆接入电网不仅实现车路能源连接还实现车路信息联通，将电气化公路建造过程中立柱、电网已知定位信息实时，向车辆实时换算，进而准确确定车辆实时位置信息，用于高速运输工况对智能车辆的控制决策。
（2）本发明在车辆动态位置信息实时获取过程中，完全不依赖卫星定位系统，基于电气化公路有线车路连接，实时性、可靠性更强。
（3）本发明定位方案核心基础设施是路网的已知定位信息，该信息在电气化公路建设过程中已精确获取。当车辆通过接触的方式物理连接入网，通过判断车辆入网位置，获取车辆位置信息，信息获取的实时性、准确性、不同车辆的兼容性更高。
（4）本发明所述定位方案在原来电气化公路运输系统通过增加通信线路实现，对车端的改造少，基于电气化公路运输装备额外增加的附加设施成本低。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，其特征在于，应用于一种电气化公路车路协同定位系统，所述电气化公路车路协同定位系统包括路侧支架、路侧定位模块、通信线路和车路连接信息系统；所述路侧支架布置、所述路侧定位模块和所述通信线路均在电气化公路上，所述路侧定位模块固定在所述路侧支架上，所述路侧定位模块通过所述通信线路与所述车路连接信息系统连接；
所述方法包括：
利用所述路侧定位模块测量自身定位点的位置信息；
根据所述位置信息确定所述通信线路上每一点的绝对坐标；
获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息；
基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息。
2.根据权利要求1所述的基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，其特征在于，所述车路连接信息系统包括：受电弓、姿态角传感器、通信线束和车载单元；所述受电弓包括相互连接的上臂杆和下臂杆；在车辆行驶过程中所述上臂杆与所述通信线路半刚性连接；
所述车载单元通过所述通信线束并借助所述受电弓与所述通信线路连接；所述姿态角传感器设置在所述受电弓上；所述姿态角传感器用于实时测量所述上臂杆和所述下臂杆的姿态角。
3.根据权利要求1所述的基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，其特征在于，所述路侧定位模块与所述通信线路采用物理接口的方式有线连接；所述通信线路用于进行电力和信息传输。
4.根据权利要求2所述的基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，其特征在于，获取所述车路连接信息系统和所述通信线路接触时的接触信号，并根据所述接触信号和所述绝对坐标确定接触点的位置信息，包括：
当所述受电弓与所述通信线路接触时，获取接触点处的接触信号，并分别传输至与所述接触点距离最近的两个所述路侧定位模块；
利用最先接受到所述接触点信号的所述路侧定位模块，根据所述路侧定位模块接受所述接触信号的时间计算出所述接触点距离所述路侧定位模块的距离；所述距离包括纵向偏移量和横向偏移量；
根据所述纵向偏移量、所述横向偏移量和所述路侧定位模块的所述自身定位点的位置信息确定所述接触点的位置信息。
5.根据权利要求4所述的基于电气化公路的车辆车路协同精准定位方法，其特征在于，所述基于换算算法，根据所述接触点的位置信息和所述车路连接信息系统的参数信息确定当前车辆质心位置坐标信息，包括：
根据所述受电弓的结构参数信息、所述姿态角和所述接触点的位置信息确定所述下臂杆的两个端点的位置信息；
基于接触点与车辆质心位置的换算算法，根据所述两个端点的位置信息确定所述当前车辆质心位置坐标信息。
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