專利名稱：利用移動基站控制車輛間的相對位置的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制車輛間的相對位置的技術，更具體涉及一種利用移動基站來控制車輛間的相對位置的方法和系統，其提高了車輛間的相對位置的準確度并執行位置控制，同時通過車輛對車輛(V2X)的通信，與用作差分全球定位系統(DGPS)的移動基站的車輛通信。
背景技術：
全球定位系統(GPS)為位于地球上或附近任何地方的遠程設備提供位置和時間信息的空-基衛星導航系統。然而，為了使多數GPS設備正常工作，通常必須存在用于四個或更多GPS衛星的無阻的視線(unobstructed line of sight)。借助GPS接收機,任何人可自由地獲取這些系統。多數GPS在定位時具有典型的公里誤差(kilometric error),其誤差范圍大約為5至15米，在某些情況下高達30米。因此，這些系統的準確度達不到多數汽車制造商所預期的能夠提供車輛當前位置的高準確度的專業程度。為了彌補通過GPS衛星接收數據的已知錯誤，人們已廣泛利用差分全球定位系統實時動態(differential global positioning system real time kinematics) (DGPSRTK)(以下稱作“DGPS”)。DGPS使用固定的、地-基參考站的網絡，以傳播通過衛星系統標注的位置與已知固定位置之間的差別。這些站傳播測量的衛星“偽距”(pSeud0range)和實際的(內部計算的)“偽距”之間的差別。因此，通過標注的數量，接收站可使用該信息以修正其偽距。已經研發出自動車輛隊列(Autonomous vehicle platooning),其中多個移動物體(汽車)在保持以最小安全距離分開的同時一起移動，從而同時利用多輛車輸送大量商品或允許多輛車參與沿直排 移動的情況。由于車輛空氣阻力的減小而提高自動車輛隊列的燃料效率、減小事故的風險，并提高每輛車中駕駛者的便利度。然而，因為需要利用DGPS來準確控制車輛間相對位置的復雜技術等等，因此需要相當大的成本，從而必須在每輛車中安裝必要的傳感器和設備。在某些情況下，不能準確地發現車輛的確切位置，因此需要提高車輛間相對位置準確度的技術。然而，如上所述的DGPS受限于固定的基站位置。因而，在使用商用DGPS修正數據并且車輛位于遠離基站的地方時，即使使用了 DGPS，也無法提高位置的準確度。
發明內容
鑒于上述問題，已提出本發明的不同方面，并提供一種利用移動基站控制車輛間的相對位置的方法和系統，其提高了車輛間的相對位置的準確度并執行位置控制，同時通過車輛與車輛(V2X)的通信，與用作差分全球定位系統(DGPS)的移動基站的車輛進行通 目。根據本發明的一個方面，提供一種利用移動基站控制車輛間的相對位置的系統。該系統可包括:移動基站，其被配置成傳送DGPS修正數據；和控制目標車輛，其被配置成接收來自移動基站的DGPS修正數據，并執行位置控制。移動基站可包括:第一 GPS接收單元，其被配置成接收來自衛星的GPS信息；位置計算單元，其被配置成基于所接收的GPS信息和由內部傳感器檢測的數值，計算當前位置信息；DGPS修正數據產生單元，其被配置成基于所計算的位置信息和從第一 GPS接收單元接收的GPS信息，產生DGPS修正數據；和第一V2X通信單元，其被配置成將從DGPS修正數據產生單元產生的DGPS修正數據傳送至控制目標車輛。控制目標車輛可包括:第二 V2X通信單元，其被配置成接收從移動基站的第一 V2X通信單元傳送的DGPS修正數據；第二 GPS接收單元，其被配置成接收來自衛星的GPS信息；基于DGPS的位置信息修正單元，其被配置成基于從第二 V2X通信單元接收的DGPS修正數據和從第二 GPS接收單元接收的GPS信息來計算其自身位置信息并執行位置修正；和行駛控制單元，其被配置成基于從該基于DGPS的位置信息修正單元輸出的位置信息，控制車輛的速度和方向。本系統可被實施為使得移動基站被設置成前導車輛，并且至少一個控制目標車輛被配置成前導車輛的跟蹤車輛。位置計算單元可包括慣性測量單元(MU)和慣性導航系統(INS)。MU可被配置成通過把基于在內置振動體的三維空間中的自由運動來測量轉動慣量的陀螺儀和加速度計，以及用來測量方位角的地磁場計用作各軸，來測量所述車輛的運動。INS可被配置成對從IMU的陀螺儀得到的加速度求積分以得到速度，并對速度求積分以得到位置和角度。根據本發明的另一方面，用于在車輛位置控制系統中利用移動基站控制相對位置的方法，該車輛位置控制系統包括:移動基站，其被配置成傳送差分全球定位系統(DGPS)修正數據；和控制目標車輛，其被配置成接收來自移動基站的DGPS修正數據并執行位置控制，該方法包括:第一次接收來自衛星的GPS信息；基于所接收的GPS信息，參考移動速度和方向，計算當前位置信息；通過預設算法對所計算的位置信息和從第一次接收GPS信息中接收的GPS信息進行計算，以產生DGPS修正數據；傳送所產生的DGPS修正數據。在控制目標車輛中執行的方法可包括:接收在傳送DGPS修正數據中傳送的DGPS修正數據；第二次接收來自衛星的GPS信息；基于第二次接收的GPS信息和接收的DGPS修正數據計算位置信息以執行位置修正；并根據在計算位置信息時所計算的位置信息，對所控制的目標車輛的速度和方向進行控制。本方法還可包括在第一次接收GPS信息之前輸入第一參考點,其中第一參考點為位置轉換的標準。更具體地，計算位置信息可包括基于輸入的第一參考點，計算移動基站的絕對位置。移動基站可被設置成前導車輛，并且至少一個控制目標車輛被配置成前導車輛的跟蹤車輛，使得前導車輛控制跟蹤車輛的相對位置。計算位置信息包括通過把陀螺儀和加速度計以及地磁場計用作各軸來測量所述車輛的運動，其中陀螺儀和加速度計基于在內置振動體的三維空間中的自由運動來測量轉動慣量，而地磁場計用來測量方位角。計算位置信息可以包括對從陀螺儀得到的加速度求積分而得到速度，并對速度求積分以得到位置和角度。根據具有上述配置的本發明的示例性實施例，因為使用了作為DGPS移動基站的車輛，所以其能夠不受固定DGPS服務區的限制，利用位置計算單元識別車輛之間以及沿著移動路徑上的所有點之間的相對位置，同時因為能夠在位置計算單元中直接設定初始值，因此可以提供比一般DGPS基站更快捷的服務。當車輛列隊行駛時，由于無需安裝單獨的傳感器和設備來跟蹤前導車輛，因此本發明的示例性實施例降低了成本并且為自動行駛的車輛組以及周圍車輛提供了位置服務。也就是說，即使在嘗試了基于用作移動基站的前導車輛的非自動車輛列隊時，通過基于DGPS移動基站接收的位置信息，識別與相鄰車輛的相對位置，以及基于識別的相對位置，控制車輛的行駛，示例性實施例仍可選地被用于安全指導非自動車輛的行駛方向和位置。本發明的系統和方法具有的其他特征和優點，其將從這里包含的附圖和下面的具體實施例中顯然看出或在其中詳細闡明，附圖和具體實施例一起用來解釋本發明的原理。
圖1示出根據本發明的示例性實施例的利用移動基站控制車輛間的相對位置的系統的功能框圖；圖2A示出根據本發明的示例性實施例，在被用作移動基站的前導車輛中產生和傳送差分全球定位系統(DGPS)修正數據的過程； 圖2B示出根據本發明的示例性實施例，在接收DGPS修正數據的跟蹤車輛中執行位置控制的過程；圖3是概念圖，示出根據本發明的示例性實施例利用移動基站控制車輛間的相對位置的技術；圖4示出根據本發明的示例性實施例，將前導車輛和跟蹤車輛的相對位置修正到任意參考點的過程。圖中的附圖標記:11:第一 GPS接收單元12:位置計算單元13 =DGPS修正信號產生單元14:第一 V2X通信單元21:第二 V2X通信單元22:第二 GPS接收單元23:基于DGPS的位置信息修正單元24:行駛控制單元
具體實施例方式下面詳細參考本發明的不同實施例，結合下列附圖和描述說明例子。圖中相同的標識號指代相同的部件。當確定相關發明中的配置或功能的詳細描述干擾了對在本發明實施例描述中的實施例的理解，將省略該詳細描述。應該理解的是，本文中使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語包括一般的機動車輛，諸如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內的客車，包括各種艇和船在內的水運工具、飛行器等，并且包括混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車以及其它代用燃料車(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動力車是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。圖1是示出根據本發明一個示例性實施例，利用移動基站來控制車輛間的相對位置的系統配置的功能框圖。在圖1中，前導車輛10包括控制器，其被配置成基于全球定位系統(GPS)數據來計算當前位置，并作為移動基站。跟蹤車輛被配置成通過車輛對車輛(V2X)通信而接收來自前導車輛10的差分GPS(DGPS)修正數據，并執行位置控制。前導車輛10包括第一 GPS接收單元11，其被配置成接收來自衛星的GPS信息；和位置計算單元12，其具有慣性測量單元(MU)和慣性導航系統(INS)，以使用于計算車輛絕對位置信息的程序指令被安裝在前導車輛10中。前導車輛10還可包括DGPS修正數據產生單元13，其被配置成基于由位置計算單元12計算的車輛的位置信息和由第一 GPS接收單元11接收的GPS信息，來修正DGPS修正數據。另外，第一 V2X通信單元14被配置成將在DGPS修正數據產生單元13中產生的DGPS修正數據傳送至通信服務區中的另一車輛，也就是跟蹤車輛(tracking vehicle) 20。跟蹤車輛20包括第二 V2X通信單元21，其被配置成接收來自前導車輛10的第一V2X通信單元14傳送的DGPS控制數據；第二 GPS接收單元22，其被配置成接收來自衛星的GPS數據；基于DGPS的位置信息修正單元23，其被配置成基于從第二 V2X通信單元21接收的DGPS修正數據和從第二 GPS接收單元22接收的GPS信息，計算其自身位置信息并進行位置修正；以及行駛控制單元24，其被配置成基于從基于DGPS的位置信息修正單元23輸出的位置信息，控制車輛的速度和方向。接下來參照程序圖2A和2B描述具有上述配置的系統的操作。圖2A示出在被用作移動基站的前導車輛10中的DGPS修正數據的產生和傳送過程，圖2B示出接收DGPS數據修正數據的跟蹤車輛20中的位置控制操作。首先，如圖2A所示，當駕駛者輸入第一參考點時，第一參考點作為執行移動基站功能的前導車輛10中的位置轉換的標準(STlO)，DGPS修正數據產生單元13通過第一 GPS接收單元11接收來自衛星的GPS信息(STll)，位置計算單元12基于接收到的GPS信息并參考車輛的移動速度和方向等計算當前位置信息(ST12)。在位置計算單元12中計算當前位置信息的過程由測量車輛運動的方法來完成，其中該方法通過IMU,通過把陀螺儀和加速度計以及地磁場計(earth’ s magnetic field)用作各軸，其中陀螺儀和加速度計基于在內置振動體的三維空間中的自由運動來測量轉動慣量，而地磁場計用來測量方位角，通過INS，通過對從IMU的陀螺儀得到的加速度求積分以得到速度，并對速度求積分以得到位置和方向。將在步驟ST12中計算的位置信息輸入DGPS修正數據產生單元13。DGPS修正數據產生單元13通過預設算法，計算輸入位置信息和由第一 GPS接收單元11接收的GPS信息，以產生DGPS修正數據(ST13)，并將DGPS修正數據傳送到第一 V2X通信單元14 (ST14)。通過上述過程傳送的DGPS修正數據由位于通信服務區內的跟蹤車輛20接收。現將參考圖2B的程序圖描述接收的DGPS修正數據的處理過程。如圖2B所示，當DGPS修正數據由第二 V2X通信單元21接收時(ST21)，跟蹤車輛20的基于DGPS的位置信息修正單元23通過第二 GPS接收單元22接收來自衛星的GPS信息(ST22)，基于接收到的GPS信息和接收到的DGPS修正數據來計算位置信息并執行位置修正(ST23)。接著，基于DGPS的位置信息修正單元23，根據利用上述過程計算的位置信息，控制行駛控制單元24，以調整跟蹤車輛20的速度和方向(ST24)。因此，如圖3所示，當多輛車基于前導車輛10進行自動隊列控制時，跟蹤車輛可以基于前導車輛傳送的DGPS修正數據，修正其自身的位置信息、識別相對位置關系，并準確地控制速度和方向，從而執行車輛的自動隊列控制，而不增加較大的成本負擔。也就是說，根據示例性實施例，可以利用執行DGPS移動基站功能的車輛來修正位置信息，并因此可以不受DGPS服務區的限制而利用位置計算單元來識別車輛和移動路徑之間的相對位置，并在位置計算單元中直接設定初始值。因此，如圖4所示，即使利用任意參考點，也可以修正前導車輛與跟蹤車輛之間相對的實際位置差異，并且與利用一般DGPS基站相比，提供更快捷的服務。當車輛隊列行駛時，可以降低成本并為自動隊列行駛車輛以及周圍車輛提供位置服務，且無需在每輛車中安裝用于跟蹤前導車輛的額外傳感器或設備。本發明并不局限于示例性實施例，在不偏離本發明精神和范圍下還可以修改上述示例性實施例。示例性實施例已經說明了基于用作移動基站的前導車輛的自動車輛列隊行駛，然而，也可以通過基于從DGPS移動基站接收的位置信息來識別與相鄰車輛的相關位置并且基于相對位置來控制車輛行駛，而廣泛地應用到指導安全駕車的服務。在上述示例性實施例中，控制單元可被實施為被配置成執行上述步驟的控制器或處理器。此外，本發明的控制器或處理器中的控制邏輯可被實施為計算機可讀介質上的非短暫計算機可讀介質，包含由處理器、控制器等執行的可執行程序指令。計算機可讀介質的例子包括，但不限于，ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存盤、智能卡和光學數據存儲設備。計算機可讀記錄媒體還可被分布在連接計算機系統的網絡中，以使計算機可讀介質以散布方式(distributed fashion)被存儲和執行,例如,通過遠程信息處理服務器或控制器局域網(CAN)。上面已經出于說明和描述的目的，對本發明具體示例性實施例進行了描述。這些實施例并不是試圖窮舉或將本發明限制在所公開的精準形式中，很顯然，基于上述教導還可做出許多修改和變更。選擇并描述這些示例性實施例是為了說明本發明的某些原理及其實際應用，從而使本領域技術人員能夠做出和利用本發明的不同示例性實施例以及其不同替代和變型。本發明的范圍由權利要求及其等價物限定。
權利要求
1.一種利用移動基站控制車輛間的相對位置的系統，所述系統包括: 移動基站，其被配置成傳送差分全球定位系統(DGPS)修正數據，所述移動基站包括: 第一全球定位系統(GPS)接收單元，其被配置成接收來自衛星的GPS信息； 位置計算單元，其被配置成基于所接收的GPS信息和由內部傳感器檢測的數值來計算當前位置信息； DGPS修正數據產生單元，其被配置成基于所計算的位置信息和從所述第一 GPS接收單元接收的所述GPS信息，產生DGPS修正數據；和 第一 V2X通信單元，其被配置成將從所述DGPS修正數據產生單元產生的所述DGPS修正數據傳送至控制目標車輛；和 控制目標車輛，其被配置成接收來自所述移動基站的所述DGPS修正數據，并執行位置控制， 所述控制目標車輛包括: 第二 V2X通信單元，其被配置成接收從所述移動基站的所述第一 V2X通信單元傳送的所述DGPS修正數據； 第二 GPS接收單元，其被配置成接收來自衛星的GPS信息； 基于DGPS的位置信息修正單元，其被配置成基于從所述第二 V2X通信單元接收的所述DGPS修正數據和從所述第二 GPS接收單元接收的所述GPS信息來計算其自身位置信息并執行位置修正；和 行駛控制單元，其被配置成基于從所述基于DGPS的位置信息修正單元輸出的所述位置信息，來控制所述車輛的速度和方向。
2.按權利要求1所述的系統，其中所述移動基站被設置成前導車輛，并且至少一個控制目標車輛被配置成所述前導車輛的跟蹤車輛。
3.按權利要求1所述的系統，其中所述位置計算單元包括慣性測量單元(IMU)和慣性導航系統(INS)。
4.按權利要求3所述的系統，其中所述MU被配置成通過把基于在內置振動體的三維空間中的自由運動來測量轉動慣量的陀螺儀和加速度計，以及用來測量方位角的地磁場計用作各軸，來測量所述車輛的運動。
5.按權利要求4所述的系統，其中所述INS被配置成對從所述IMU的所述陀螺儀得到的加速度求積分以得到速度，并對所述速度求積分以得到位置和角度。
6.一種用于在車輛位置控制系統中利用移動基站來控制相對位置的方法，所述車輛位置控制系統包括:移動基站，其被配置成傳送差分全球定位系統(DGPS)修正數據；和控制目標車輛，其被配置成接收來自所述移動基站的所述DGPS修正數據并執行位置控制，所述方法包括: 在移動基站接收來自衛星的全球定位系統(GPS)信息； 在所述移動基站基于所接收的GPS信息，參考移動速度和方向，計算當前位置信息；由所述移動基站通過預設算法對所計算的位置信息和所接收的GPS信息進行計算，以產生DGPS修正數據； 由所述移動基站傳送所產生的DGPS修正數據； 由所述目標車輛中的控制器接收由所述移動基站傳送的所述DGPS修正數據；由所述目標車輛中的所述控制器接收來自衛星的GPS信息； 由所述目標車輛中的所述控制器，基于由所述目標車輛中的所述控制器接收的所述GPS信息和所述DGPS修正數據，計算位置信息，以執行位置修正；以及 由所述目標車輛中的所述控制器，根據由所述目標車輛中的所述控制器計算的所述位置信息，來控制目標車輛的速度和方向。
7.按權利要求6所述的方法，還包括在第一次接收所述GPS信息之前輸入作為位置轉換標準的第一參考點， 其中所述計算位置信息的步驟包括基于在所述輸入第一參考點的步驟中輸入的所述第一參考點，來計算所述移動基站的絕對位置。
8.按權利要求6所述的方法，其中所述移動基站被設置成前導車輛，并且至少一個控制目標車輛被配置成所述前導車輛的跟蹤車輛，使得所述前導車輛控制所述跟蹤車輛的相對位置。
9.按權利要求6所述的方法， 其中計算位置信息包括通過把基于在內置振動體的三維空間中的自由運動來測量轉動慣量的陀螺儀和加速度計，以及用來測量方位角的地磁場計用作各軸，來測量所述車輛的運動。
10.按權利要求9所述的方法，其中計算位置信息包括對從所述陀螺儀得到的加速度求積分而得到速度，并對所述速度求積分以得到位置和角度。
11.一種非短暫計算機可讀介質，其包含由控制器執行的程序指令，所述計算機可讀介質包括: 基于在移動基站接收的GPS信息并參考移動速度和方向來計算當前位置信息的程序指令；通過預設算法對所計算的位置信息和在所述移動基站接收的GPS信息進行計算以產生DGPS修正數據的程序指令；以及 將所產生的DGPS修正數據傳送至目標車輛上的控制器的程序指令。
12.一種非短暫計算機可讀介質，其包含由控制器執行的程序指令，所述計算機可讀介質包括: 被配置成基于從衛星接收的GPS信息和從移動基站接收的DGPS修正數據計算車輛隊列中的目標車輛的位置信息以執行位置修正的程序指令；以及 根據所述位置信息來控制所述目標車輛的速度和方向的程序指令。
全文摘要
本發明涉及一種利用移動基站控制車輛間的相對位置的方法和系統。在移動基站和目標車輛處接收來自衛星的GPS信息。基于所接收的GPS信息，參考移動速度和方向，計算移動基站的當前位置信息。然后，通過預設算法，對所計算的位置信息和所接收的GPS信息進行計算以產生DGPS修正數據，并將所產生的DGPS修正數據傳送至一個或多個目標車輛。在控制目標車輛中，傳送的DGPS修正數據被接收，來自衛星的GPS信息被接收，基于所接收的GPS信息和所接收的DGPS修正數據計算位置信息，從而執行位置修正，并且根據所計算的位置信息，調整控制目標車輛的速度和方向。
文檔編號H04W4/04GK103096247SQ201210049568
公開日2013年5月8日 申請日期2012年2月29日 優先權日2011年11月7日
發明者吳榮哲, 張鈗豪, 任成修, 成修蓮 申請人:現代自動車株式會社