基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统技术方案

本发明专利技术专利涉及一种基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，该系统由路面子系统、车载子系统和服务中心子系统组成。路面子系统由写入路钮、标签路钮组成；车载子系统由阅读器、显示器、前轮偏角检测器、数据处理模块和转向电机组成；服务中心子系统由服务器和手持终端组成。当安装车载系统的车辆接近写入路钮时激活虚拟轨道系统，阅读器读取标签路钮的位置坐标和该处道路线形信息，同时数据处理模块读取线形参数并处理得到道路切线与车身角度α，读取前轮偏角β，读取相邻2个标签路钮之间的距离L，读取车辆速度V，利用公式ω＝3.6V(β‑α)]γmax/(Lnβmax)，得到车辆在相邻2个标签路钮之间行驶时方向盘的转动角速度ω，并将这些控制参数发送给转向电机。

【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉及一种高速公路虚拟轨道系统，该系统可以使汽车沿智能路钮系统形成的虚拟轨道高速行驶。
技术介绍
目前我国高速铁路运营车速普遍在200km/h-300km/h，并且已经完全掌握了检测时速500公里的高铁技术，中国南车CIT500型高铁试验时速甚至超过605km，打破了法国高速列车TGV在2007年创造的世界高铁最快纪录574.8km/h。高速列车之所以能够高速、安全的行驶，是因为有铁轨的约束。我国公路最高设计车速120km/h，最早出现在1972年版《公路工程技术标准(试行)》中，直至今日最高设计车速仍为120km/h。40多年来汽车技术和道路施工技术都有很大的进步，但是公路提速还是遥遥无期，主要原因是安全问题没有很好解决。若能将车辆限制在虚拟轨道内行驶，汽车行驶安全性将大大提高，设计车速高于120km/h的“超高速公路”将成为可能。公开号为105564447A的专利技术专利公开了一种虚拟轨道汽车列车的控制系统，包括：车头状态检测组件、车厢状态检测组件、车尾状态检测组件和轨迹跟随控制器，轨迹跟随控制器通过通讯网络向各个车桥的线控转向器发送转向指令，实现后车轮与前轮的轨迹跟随，实现前后车轮轨迹完全重合，主要用于汽车列车。公开号为103863334A的专利技术专利公开了一种基于橡胶车轮和虚拟轨道技术的有轨电车，由车体、控制系统和车轮组件构成，通过车体底部的检测器探测地面虚拟轨道标识的传感器或卫星定位器控制车辆行驶轨迹，从而实现电车在虚拟轨道上行驶。公开号为103832435A的专利技术专利公开了一种车道保持控制装置，是一种在倾斜道路上行驶车辆的车道保持控制装置。公开为103287429A的专利技术专利公开了一种车道保持系统及车道保持控制方法，车道保持系统在对车辆的行进方向进行调整的过程中，对来自驾驶员的操作进行分析处理，能够根据驾驶员对车辆的不同操作动作做出相应处理。以上专利或利用视频识别分车道线，或利用GPS定位，或利用检测器检测车辆状态，让车辆按照既定轨迹行驶或在车道内行驶。本专利是基于一种智能路钮系统的虚拟轨道系统。申请号为201610421239.5的专利技术专利和申请号为201620571739.2的技术专利，保护了一种高速公路智能路钮系统，该系统由路面子系统、载子系统和服务中心子系统构成。高速公路智能路钮系统是在传统发光路钮的基础上，增加读、写和存储模块，使其具有存储和读取数据的功能，并通过车载端的显示器显示车辆位置、道路平、纵、横线形参数，从而指导驾驶员的驾驶行为。本专利将对车载子系统进行改进，增加数据处理和转向控制装置，使车辆自动沿标签路钮形成的虚拟轨道行驶。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题本专利技术专利要解决的技术问题是，在高速公路智能路钮系统的基础上，增加数据处理模块和转向控制装置，使其具有转向控制功能，使车辆自动沿标签路钮形成的虚拟轨道行驶。(2)技术方案本专利技术专利涉及的基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统由路面子系统、车载子系统和服务中心子系统组成。路面子系统由写入路钮、标签路钮组成；车载子系统由阅读器、显示器、前轮偏角检测器、数据处理模块和转向电机组成；服务中心子系统由服务器和手持终端组成；此外，各子系统还包括电源和连接线路。智能路钮系统阅读器和标签路钮通过特高频(902-928MHz)RFID射频识别技术进行通信。路面子系统由写入路钮和标签路钮及其接线组成。路面子系统在路面铺设施工时被埋入路面结构层，顶部与路面平齐，可避免车辆碾压时出现颠簸。写入路钮和标签路钮埋设位置位于汽车行驶在车道正中心时驾驶员的正下方，这样汽车行驶在车道正中央时，发光路钮形成的视线诱导线条位于驾驶员的正前方。写入路钮安装在需要良好视线诱导的道路起点或车道入口处，写入路钮除具有传统发光路钮所具备的发光结构外，还具备写入接口和存储空间，可通过手持终端或者服务中心子系统的服务器写入路钮位置，和所在路段道路平、纵、横线形参数。标签路钮与写入路钮通过导线相连，标签路钮除具有传统发光路钮所具备的发光结构外，还具备射频发射结构。车辆驶过标签路钮位置时，能够通过RFID准确读取写入路钮内存储的道路平、纵、横线形参数，同时读取标签路钮的位置参数，也即车辆所在的准确位置。与GPS定位系统和手机基站定位相比，智能路钮系统定位精确度高，延误时间短，实时性强。车载子系统由阅读器、显示器、前轮偏角检测器、数据处理模块和转向电机组成。组成车载子系统的阅读器安装在车辆底部，驾驶员正下方，当车辆在车道正中央行驶时，阅读器位于标签路钮的正上方，此时阅读器与标签路钮距离最近，为车辆最小离地间隙。组成车载子系统的显示器与车载导航系统兼容，车载导航系统地图采用道路设计时的平、纵、横参数。车载子系统显示器能够将从标签路钮读取的坐标信息代替GPS坐标信息，从而能够更精确、快速的实现定位，并且显示在用从标签路钮读取的平、纵、横参数绘制的地图上。车载子系统的转向电机可与车辆本身电动助力转向系统电机共用。数据处理模块可以读取车辆ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)中驶过第n-1个标签路钮时的速度Vn-1(km)，数据处理模块还可将阅读器读取的道路线形参数进行处理，得到各点切线方程。在第n-1个标签路钮处，切线与车身角度为αn-1(rad)：当车辆驶过第n-1个标签路钮时，前轮偏角检测器检测得到前轮偏角βn-1(rad)：汽车在行驶过程中，汽车前轮偏角应与道路切线平行，即θn＝αn-βn＝0。当车辆驶过第n-1个标签路钮时，若θn-1＝αn-1-βn-1≠0，则需要转动前轮，使车辆经过第n个标签路钮时θn＝αn-βn＝0，则转动角度△θ＝θn-θn-1＝(αn-βn)-(αn-1-)＝βn-1-αn-1。若某辆车前轮偏角β由0变到βmax，方向盘转动角度为γmax，则方向盘转角与前轮偏角的传动比I＝γmax/βmax；方向盘转动的角速度ω(rad/s)与车辆在两个标签之间行驶的时间t(s)和所需转动角度有关，ω＝I△θ/t；而t由两个标签之间长度Ln(m，可由阅读器读取)和车辆行驶速度V(km)决定，t＝Ln/3.6V(1m/s＝3.6km/h)。于是，ω＝I△θ/t＝3.6V△θγmax/(Lnβmax)＝3.6V(βn-1-αn-1)γmax/(Lnβmax)。因此，车辆在不同线形道路上行驶时，方向盘的转动角速度(ω)就可确定，于是数据处理模块就可以控制转向电机转动方向盘，使车辆沿标签路钮形成的虚拟轨道行驶。服务中心子系统，由服务器和手持终端组成。服务中心子系统服务器管理多条设有智能路钮的道路和众多的车载子系统。服务中心子系统具有路面子系统信息写入和车载子系统地图生成的功能。服务中心子系统服务器可通过导线与路面子系统连接，从而实现标签路钮位置信息和道路线形信息的写入，也可用手持终端实现较偏远地区无有线连接的路面子系统信息的写入。车载子系统通过服务中心子系统手持终端完成车载子系统地图的生成。(3)有益的效果基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，其车载子系统数据处理模块能够利用智能路钮存储的道路线形参数和前轮偏角检测器采集的数据以及从车辆ECU读取的的速度参数生成前轮转向控制参数，控制转向电机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，具体特征是：该系统由服务中心子系统1、车载子系统2和路面子系统3组成；其中车载子系统2由阅读器11、显示器10前轮偏角检测器20、数据处理模块21和转向电机22组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，具体特征是：该系统由服务中心子系统1、车载子系统2和路面子系统3组成；其中车载子系统2由阅读器11、显示器10前轮偏角检测器20、数据处理模块21和转向电机22组成。2.根据权利要求1所述的一种基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，具体特征是：车载子系统2的前轮偏角检测器20安装在转向轴摆臂处，采集前轮偏角参数β，β为车身中心线23和转向轮中心线24构成的夹角；数据处理模块21安装在汽车ECU固定支架上，数据处理模块21可将阅读器11读取的道路线形参数，包括相邻标签路钮5之间的距离L，并进行处理得到角度α，α为车身中心线23与车道中心线切线25的夹角；数据处理模块21能够读取前轮偏角检测器20检测得到的前轮偏角β，能够从ECU读取车辆行驶速度V(km)，还能够在车载子系统安装调试时，手动输入根据方向盘和前轮最大转角确定的βmax和γmax；数据处理模块21利用以上数据和公式ω＝3.6V(βn-1-αn-1)γmax/(Lnβmax)，得到车辆在两个标签路钮之间行驶时，方向盘的转动角速度ω，并将这些控制参数发送给转向电机22；车载子系统2的转向电机22可与电动助力转向系统电机共用。3.根据权利要求1所述的一种基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统，具体特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永明，裴玉龙，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23