一种自动驾驶车辆车路协同的管控系统的制作方法

1.本实用新型属于自动驾驶车辆管控技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆车路协同的管控系统。


背景技术：

2.目前的载人自动驾驶技术主要关注人车协同和定速巡航、自动泊车等操作，是一种还离不开驾驶员介入的辅助驾驶方式，对道路信息的获取一般基于车载的摄像头、激光雷达等，以及他们之间的多传感器融合等方式。这些方式都是以车辆为源头来对道路进行检测，道路与车辆不能通信。因此，这种方式下既存在很多车载传感器无法探测到的道路信息，又受车载控制器算力和传感器传输的影响，在驾驶决策的响应上存在很大的滞后，对危险情况无法做到及时有效的处理。
3.目前在货运行业的无人驾驶车辆如agv、rgv等，车辆的定位和速度控制依靠条码带、磁钉、认址片、rfid标签、二维码等方式来实现电子路标的功能，这些方式存在动态扫描效果差、扫描时的识别解析速度慢等状况，导致车辆在＞5m/s的运动过程中对这些电子路标的识别率很低，严重制约了车辆的运动速度，因此只能用于车辆运行速度要求低的场合。所以如何克服现有技术的不足是目前自动驾驶车辆管控技术领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种自动驾驶车辆车路协同的管控系统。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种自动驾驶车辆车路协同的管控系统，包括车辆管理系统；还包括车载控制器、地面导线线圈、信号处理装置、调制解调器、地面通讯设备和车载天线；
7.车载控制器与车载天线相连；车载控制器安装在车辆中或车辆表面；车载天线安装在车辆底表面上；
8.地面导线线圈与信号处理装置相连；
9.信号处理装置与调制解调器相连；
10.调制解调器通过地面通讯设备与车辆管理系统相连；
11.地面导线线圈平铺于车辆行驶路面下面；
12.车载控制器用于控制车辆，还用于将车辆信息通过车载天线发送至所在区域的地面导线线圈；
13.地面导线线圈用于接收在地面导线线圈中的车辆的从车载控制器经车载天线发出的车辆信息；还用于接收信号处理装置处理后的控制信息，并通过车载天线发送至车载控制器；
14.信号处理装置用于对地面导线线圈接收到的车辆信息或调制解调器转换后的控制信息进行放大和滤波处理；
15.调制解调器用于对经信号处理装置处理后的信号进行模数转换，然后经由地面通讯设备，将信号发送至车辆管理系统；还用于对车辆管理系统通过地面通讯设备发来的控制信息进行数模转换。
16.进一步，优选的是，车辆信息包括车速、车牌号、健康状况和油电存量。
17.进一步，优选的是，控制信息包括速度信息和跟车间距信息。
18.进一步，优选的是，地面为直线路段时，地面导线线圈为矩形；地面为转弯路段时，地面导线线圈为扇形带状；地面为路线分叉、汇合处路段时，地面导线线圈为平行四边形、菱形或者带弧度的梯形；
19.进一步，优选的是，地面导线线圈其沿车行进方向的长边长为5 m～300m，其与车行进方向垂直的短边宽度为1m～2m。
20.进一步，优选的是，车载天线的有效覆盖半径控制在0.2m～0.5m范围内。
21.进一步，优选的是，车载天线与地面导线线圈在垂直方向上的距离不超过100mm。
22.进一步，优选的是，地面导线线圈下面200mm的范围内不能有金属导磁体；地面导线线圈为截面积≥1.0mm2的铜芯导线。
23.一种自动驾驶车辆车路协同的管控方法，采用上述自动驾驶车辆车路协同的管控系统，包括如下步骤：
24.自动驾驶车辆v1驶入车道1的地面导线线圈中，该地面导线线圈中设为区域a1，因车载控制器通过车载天线一直在按既定的频率以广播的方式发送车辆信息，当地面导线线圈接收到这些信息后对其进行放大、滤波处理和解析，再编码后发送给车辆管理系统；车辆管理系统获取车辆v1的位置是在a1区域，同时根据其当前速度信息判断是否需要通过调整其速度来控制与前后车辆的间距，或者切换到相邻的车道区域，从而实现对车辆进行调度和管理，并将控制信息通过地面导线线圈以一定的特征数据发给该车辆v1及与v1有关的车辆。
25.进一步，优选的是，每个地面导线线圈的区域只能被一辆车占用。
26.本实用新型基于电磁耦合技术、无线通讯技术、信号调制技术和网络通讯技术，实现对自动驾驶车辆定位、速度校正、多车跟车预警以及区间占用、区域监控等功能。
27.本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：
28.通过本实用新型系统及方法，能够及时充分地获取车况和路况的信息，并在驾驶功能上实现有效的配合和协同，从而保证交通安全，提高通行效率。而车路协同的前提是让道路具有感知车辆并与车辆实时交互的能力，并对行驶在其上面的车辆实现如：跟车超速、换道、交叉口避让、车速引导、紧急车辆优先通行等管理功能，最终达到车路协同的目标。通过这种车路协同弥补视觉等有传感器无法及时判断的场景，就能在行车速度和效率上有显著的提升，使车辆能够安全、可靠地在既定道路上行驶。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.图1是本实用新型一个实例的结构示意图；
31.图2是图1实例的汽车立面结构示意图；
32.图3是单个地面天线的形状示意图；
33.图4是多车道正常行驶路面地面天线依次排布的示意图；
34.图5是弯道处地面天线依次排布的示意图；
35.图6是交叉路口地面天线排布示意图；
36.图7是本实用新型一个实例的电路原理图；
37.图中：1：车载控制器；2：地面导线线圈；3：信号处理装置；4：调制解调器；5：地面通讯设备；6：车辆管理系统；7：车载天线。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
39.本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
40.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
41.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
44.如图1-7所示，一种自动驾驶车辆车路协同的管控系统，包括车辆管理系统6；还包括车载控制器1、地面导线线圈2、信号处理装置3、调制解调器4、地面通讯设备5和车载天线7；
45.车载控制器1与车载天线7相连；车载控制器1安装在车辆中或车辆表面；车载天线7安装在车辆底表面上；
46.地面导线线圈2与信号处理装置3相连；
47.信号处理装置3与调制解调器4相连；
48.调制解调器4通过地面通讯设备5与车辆管理系统6相连；
49.地面导线线圈2平铺于车辆行驶路面下面；
50.车载控制器1用于控制车辆，还用于将车辆信息通过车载天线7发送至所在区域的地面导线线圈2；
51.地面导线线圈2用于接收在地面导线线圈2中的车辆的从车载控制器1经车载天线7发出的车辆信息；还用于接收信号处理装置3处理后的控制信息，并通过车载天线7发送至车载控制器1；
52.信号处理装置3用于对地面导线线圈2接收到的车辆信息或调制解调器4转换后的控制信息进行放大和滤波处理；
53.调制解调器4用于对经信号处理装置3处理后的信号进行模数转换，然后经由地面通讯设备5，将信号发送至车辆管理系统6；还用于对车辆管理系统6通过地面通讯设备5发来的控制信息进行数模转换。
54.优选，车辆信息包括车速、车牌号、健康状况和油电存量。
55.优选，控制信息包括速度信息和跟车间距信息。
56.优选，地面为直线路段时，地面导线线圈2为矩形；地面为转弯路段时，地面导线线圈2为扇形带状；地面为路线分叉、汇合处路段时，地面导线线圈2为平行四边形、菱形或者带弧度的梯形；
57.优选，地面导线线圈2其沿车行进方向的长边长为5 m～300m，其与车行进方向垂直的短边宽度为1m～2m。
58.优选，车载天线的有效覆盖半径控制在0.2m～0.5m范围内。
59.优选，车载天线与地面导线线圈2在垂直方向上的距离不超过100mm。
60.优选，地面导线线圈2下面200mm的范围内不能有金属导磁体；地面导线线圈2为截面积≥1.0mm2的铜芯导线。
61.一种自动驾驶车辆车路协同的管控方法，采用上述自动驾驶车辆车路协同的管控系统，包括如下步骤：
62.自动驾驶车辆v1驶入车道1的地面导线线圈中，该地面导线线圈中设为区域a1，因车载控制器通过车载天线一直在按既定的频率以广播的方式发送车辆信息，当地面导线线圈接收到这些信息后对其进行放大、滤波处理和解析，再编码后发送给车辆管理系统；车辆管理系统获取车辆v1的位置是在a1区域，同时根据其当前速度信息判断是否需要通过调整其速度来控制与前后车辆的间距，或者切换到相邻的车道区域，从而实现对车辆进行调度和管理，并将控制信息通过地面导线线圈发给该车辆v1及与v1有关的车辆。
63.优选，每个地面导线线圈2的区域只能被一辆车占用。
64.地面通讯设备5优选采用配备有以太网通讯网卡的工控机或配置有以太网通讯模块的plc。
65.信号处理装置3采用普通的滤波、放大电路搭建，放大器采用ncs6550和ncs6551芯
片搭建，如图7，但不限于此，只要能实现本实用新型目的即可；调制解调器4优选采用amis
−
49587或ncn-49597芯片搭建电路，如图7，但不限于此，只要能实现本实用新型目的即可。
66.本实用新型的关键技术在于以敷设于地面导线线圈2作为天线，该天线与信号处理装置3（包含无线接收与发射电路、信号放大电路和滤波传输电路）、调制解调器4等依次联接，将车辆经过长条形导线区域时地面和车辆的信息进行放大解码并发送到车辆管理系统6，同时车辆管理系统6也通过该地面导线线圈2将当前区域的速度信息和跟车间距信息发送给车辆。同时为不影响旁边相邻的车道，车载天线7和地面导线线圈2的有效覆盖半径控制在0.2m～0.5m。
67.地面导线线圈2由折弯成长四边形的导线制作而成，平铺于行驶路面下方，其沿车行进方向的长边长5m～300m，短边宽度在1m～2m；信号处理装置3、调制解调器4可以放置在道路边。当高速行驶的车辆在经过路面上任意一个区域时，在经过的瞬间车载控制器1将车速、车牌号等信息从车载控制器器1经车载天线发出，为地面导线线圈2接收后经信号处理装置3处理、调制解调器4解调后的信息，使用tcp协议再通过以太网或光纤发送给中控系统控制室服务器的车辆管理系统6。同时，车辆在经过时接收从车辆管理系统6经地面通讯设备5通过地面导线线圈2传送过来的速度信息和跟车间距信息。
68.本实用新型地面信号处理装置3通过导线线圈2给所有在该区域通行的车辆发送区域id、区域速度要求等信息，以及给特定车辆的调度信息，如变道、紧急故障等，2个部分的信息以不同的特征码区分，供车辆解析后使用。
69.每个地面导线线圈2的区域只能被一辆车占用，例如，当线圈a1区域被车v1占用后，另一辆车v2就不能进入区域a1，就只能听车辆管理系统的安排，要么减速等待，要么换到旁边的车道上。
70.在交叉路口，通过信号处理装置3将某个道路分支的几个地面导线线圈2上发射的速度信息临时设定为1、1、1（或者其它约定的很小的速度值），让车辆减速甚至停止即可实现另外车道上的车辆的优先汇入。
71.在跟车控制时，通过信号处理装置3改变道路上地面导线线圈2上发射的速度信息，有意识地调整车距；设为0时，即表示在该导线区域小车速度为“0”，即小车需要紧急停车。
72.控制指令传输路径：车辆管理系统6
→
地面通讯设备5
→
调制解调器4
→
信号处理装置3
→
地面天线2
→
车载控制器和车载天线1，将控制指令发给该车及与该车有关的车辆，以保持车辆跟进间距。
73.车载天线7与地面导线线圈2在垂直方向上的距离不超过100mm，地面导线线圈2下面200mm的范围内不能有金属导磁体，以免对导线上的信号造成干扰，信号处理器3可安装于地面导线线圈2外部与行车限界不干涉的任意位置，可埋在路面下方，也可以统一放置在基站电控箱内，与交换机放置在一起。
74.本实用新型车载控制器1和车载天线7与地面导线线圈2之间没有物理连接；地面导线线圈2为截面积≥1.0mm2的铜芯导线，地面导线线圈2的两头分别接至信号处理装置3的电源端和输入端，调制解调器4的输出为以太网或者光纤。
75.图3是地面导线线圈2（地面天线）的一种布置形状，本例中地面导线线圈2两头接至信号处理装置3的出线方式为侧面出线，在实际应用中可以灵活采用中间出线或侧面出
线等多种方式，能连接到信号处理装置3即可。按车速为0～100km/h，考虑，地面导线线圈2沿车行进方向的长边长度为5m～300m，短边宽度与车载天线的有效覆盖半径有关，不能太窄但是也不能超出车道宽度，控制在1m～2m之间。
76.图4是多车道正常行驶路面依次排布的一种布置形状，每个地面天线管理一个地面区域，而且沿车行进方向的长边，其长度与车辆的允许速度的不同有关，因此可以设置不同的大小实现更为精细的区域管理，如图5和图6。
77.图7是本实用新型一个实例的电路原理图。在下面的描述中阐述了一些具体细节以便于充分理解本实用新型，但本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他实例来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实例的限制。
78.如图7所示，当小车经过路面时，在车载信号发生器的作用下，四边形线圈内因电磁耦合和电磁感应产生与车载信号发生器同频的载波信号，这些信号经放大、滤波除去噪声后送入调制解调器4。在调制解调器4中，信号经调制分析后将需要的信号如“本区域占用”、车辆当前时速、剩余电量（油料）等信号解析出来，并通过uart串口传给微处理器tms320f单片机。同时微处理器再将其所管理范围内的各个地面天线环路的信息连同区域编号一起传送给控制室的车辆管理系统6。车辆管理系统6根据这些信息决定后面的小车是减速、停止，还是与前车等速跟进等等，从而实现车辆序列的同步安全行驶。
79.以上所述仅为本实用新型的具体实施例，不能以此限定本实用新型的范围，车辆和信号处理装置3之间的通讯可采用频分双工（fdd）模式，也可以采用时分双工（tdd）模式；实际的放大器、调制解调器的配备可能和以上实例有所差异，微处理器（简称mcu）亦可用其它种类的单片机、dsp等替代，与控制室车辆管理系统的通讯也可以使用4g、5g等移动通讯网络，因此依本实用新型专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，均应包含在本实用新型的技术涵盖范围内。
80.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。