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(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2021年第1期
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张宏宽，田红玉，胡权，楼勇亮
(数源科技股份有限公司，杭州310018)
摘要：为了解决轨道交通无人驾驶技术的精准停车问题，采用R F I D技术对轨道上的车辆进行高精度定位，并提出一种适用于轨道交通无人驾驶车辆精准停车的分级减速制动方案和轨道交通无人驾驶车 辆精准停车制动辅助系统㊂该系统为车身智能控制系统提供用于精准停车的减速制动辅助信息，大大降低了轨道交通无人驾驶实现精准停车的难度㊂关键词:R F I D；轨道交通；无人驾驶；精准停车；制动辅助
中图分类号:T P31文献标识码:A
B r a k e A s s i s t S y s t e m f o r P r e c i s e P a r k i n g o f D r i v e r l e s s
C a r s o n
R a i l T r a n s i t B a s e d o n R F I D P o s i t i o n i n g
Z h a n g H o n g k u a n,T i a n H o n g y u,H u Q u a n,L o u Y o n g l i a n g
(S o y e a T e c h n o l o g y C o.,L t d.,H a n g z h o u310018,C h i n a)
A b s t r a c t:T o r e s o l v e t h e p r e c i s e p a r k i n g p r o b l e m o f d r i v e r l e s s c a r s o n r a i l t r a n s i t,t h e R F I D t e c h n o l o g y i s u s e d t o p r e c i s e l y p o s i t i o n t h e c a r s o n r a i l t r a n s i t,a n d a g r a d i n g d e c e l e r a t i n g b r a k i n g s c h e m e f o r p r e c i s e p a r k i n g o f d r i v e r l e s s c a r s o n r a i l t r a n s i t a n d a b r a k e a s s i s t s y s t e m f o r p r e c
i s e p a r k i n g o f d r i v e r l e s s c a r s o n r a i l t r a n s i t a r e p r o p o s e d.T h e s y s t e m p r o v i d e s a s s i s t d a t a f o r p r e c i s e p a r k i n g,i t c a n p o t e n-t i a l l y d e c r e a s e t h e d i f f i c u l t y o f p r e c i s e p a r k i n g f o r d r i v e r l e s s c a r s o n r a i l t r a n s i t.
K e y w o r d s:R F I D;r a i l t r a n s i t;d r i v e r l e s s c a r s;p r e c i s e p a r k i n g;b r a k e a s s i s t
0引言
无人驾驶技术利用车载传感器来感知车辆周围环境,
并根据感知所获得的道路㊁车辆位置和障碍物信息自动规 划行车路线，智能控制车辆的转向和速度，从而使车辆能
够安全㊁可靠地在道路上行驶，并实现目标位置的精准㊁平
稳停车㊂在无人驾驶技术中，为了实现在目标位置精准平
稳停车，需要实时感知车辆当前的精确位置，以及距离目
标位置的精确距离，并据此控制车辆速度，最终在目标位
置实现平稳和精准停车[1]㊂在轨道交通的情况下，车辆的路线被轨道严格限制，停靠位置也被轨道站点严格限制,
尤其考虑到车辆停车时往往需要对准站台的屏蔽门，因此
对到站停车的精准度有极高的要求㊂
为了实现轨道交通站点上的精准停车，首先需要监测
车辆在轨道上的精确位置，以及车辆距离目标站点的精确
距离，尤其是当车辆接近目标站点的时候，因此需要一个
高精度的定位系统㊂目前常用的定位方式有以G P S和北斗为代表的卫星定位㊁4G移动通信为代表的定位等，但这些定位方式都存在不同程度的缺陷㊂定位精度较差，难以满足无人驾驶对定位的高精度要求㊂卫星定位
只有在开放的开阔空间布置天线才能保证信号强度，因此常受到空间环境的影响㊂现代轨道交通不断
拓展空间范围，面对的空间环境也趋于多样化，穿山隧道㊁地下轨道已非常常见，甚至有的轨道会穿过地面建筑并在建筑内设站停靠，这些环境下的卫星信号非常微弱，常常难以定位㊂即使在卫星信号良好的开阔空间，卫星定位的精度一般也有数米以上的偏差，而车辆为了能在站台停车时对准站台屏蔽门，只能接受厘米级的偏差，因此卫星定位方式并不理想㊂近年来,R F I D技术的发展提供了一种新的定位手段㊂1R F I D定位技术
R F I D技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据信息㊂R F I D 系统主要包括R F I D读写器㊁R F I D标签㊁R F I D数据处理器(如计算机)㊂R F I D读写器用于向标签读写数据，如位置信息等㊂R F I D标签是一个可以非接触方式读写数据的存储设备，可以用读写器写入或读出数据㊂标签可以重复地新增㊁修改㊁删除内部存储的数据，方便信息的更新㊂R F I D数据处理器则对读写器读取的标签内部数据进行处理和分析解读，并发送给决策和控制系统㊂
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R F I D 标签的数据读取过程如下:R F I D 读写器接收指令后发出射频信号,R F I D 标签进入磁场后接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的数据信息或者主动发送某一频率的信号；读写器读取信息并解码后，送至数据处理器进行有关数据处理和分析㊂
水车式增氧机R F I D 定位技术就是把特定位置的精确位置数据存储在标签里，并将标签布置在该位置，以标识此位置㊂当随车辆高速移动的读写器读取到该位置的标签信息时，就表明车辆到达了该位置，并得到该位置的具体位置信息，也就是车辆的实时位置信息，从而实现对车辆的精准定位㊂R F I D 定位方式靠短距离的非接触式通信来传输数据，不会受恶劣天气㊁空间环境等外部干扰，且精度极高，定位偏差远小于1m ，是一种可靠的高精度定位手段㊂如
果将R F I D 位置标签布置在轨面上，并把R F I D 读写器安装在轨上车辆的底部，就能有效实现对轨道上车辆的精确定位㊂
R F I D 轨道车辆定位系统包括:
安装在轨上车辆底部的R F I D 读写器㊁布置在轨面上的存有此处位置数据的R F I D 位置标签㊁车载R F I D 数据处理器(
如计算机)㊂
当图1 R F I D 读卡器和标签
的布置位置示意图
车辆经过某R F I D 位置标签时，车载R F I D 读写器读取到该R F I D 标签中的位置数据，并发送给车载R F I D 数据处理器，处理器对位置数据进行分析处理，并得到最终的位置信息，这就是车辆当前的精
确位置[
3]
㊂各部件之间的布置如图1所示㊂
通过R F I D 定位方式
可以获取车辆的精确位置，这为实现轨道交通无人驾驶车辆的精准停车创造了条件㊂
2 轨道交通中无人驾驶车辆的精准停车问题
轨道交通中的无人驾驶要求车辆能精准㊁平稳地停靠在指定目标位置，比如停车后车门对准屏蔽门㊂
对于在轨道上高速行驶的车辆，其刹车㊁停车前必须先有一个减速过程，因此车辆在到达目标位置之前的某个位置就要开始减速，不应过早或过晚㊂如果减速的过早，则会降低行车效率；如果减速过晚，则难以保证停车位置的精准度，且过于紧急的制动㊁刹车会影响乘客的乘坐体验㊂因此需要让车辆的控制系统能提前 感知 车辆与目标位置间的距离，并在合适的距离开始减速制动，最终平稳接近目标位置并实现精准停车㊂
在无人驾驶技术中，车辆的智能控制系统虽然智能，却无法像人一样仅凭借经验和技巧就能作出准确的判断和操作㊂比如，控制系统自身难以判断应该在何时减速㊁减速多少才能实现精准停车㊂车身的智能控制系统需要有量化的数据和有效的方案策略作为支撑，才能作出正确的判断和控制决策，因此需要一套有效的减速制动方案和一个为车身控制系统提供辅助信息的系统，从而能告诉车
身控制系统应该在何时减速㊁减至多少等[
4]
㊂3 用于轨道交通中无人驾驶车辆精准停车
的分级减速制动方案
为了使车辆在减速停车过程中尽可能平稳可控,
也为了能实现最终的精准停车，当车辆在接近目的地时，随着与目的地的距离减小，采用分步骤多次减速的距离分级减速制动方案㊂
精准停车的距离分级减速制动方案，即当车辆行驶到减速区间后，根据与目的地的距离特征变化，做出相应的自动减速动作，最终使车辆平稳停靠在轨道站点的一个精确位置㊂
为了保证行驶效率，需要确定一个最佳制动距离区间，在到达此区间之前，车辆按正常巡航速度行驶，到达此区间后，开始执行多级减速动作㊂减速区间的末端是轨道上站点的精确停靠位置，当车辆到达末端时完全刹车停稳，乘客即可下车㊂为了进行多级减速，需要在制动区间内划分多个子区间，每个子区间对应一个目标速度等级，离目的地越近，区间的距离范围越小，目标速度越低㊂当车辆进入子区间后就开始执行对应层级的减速动作，降到既定的目标速度，并为下一级的制动做好准备㊂
为了不影响乘客舒适度，需要尽可能舒缓制动过程，可以使用较多的层级进行制动，后面以N 级减速制动为例进行说明㊂减速区间和子区间的确定需要对车辆制动系统的性能和乘客舒适度进行测试，测得最佳区间距离㊂
为了实现精确停靠，需要获得车辆的精确位置，以便判断是否进入减速区间，以及判断当前进入的是哪个子区间㊂本文采用R F I D 的定位方式把R F I D 的标签安装到轨
道的路面上，并把R F I D 的读写器安装到车辆底部正对
R F I D 标签的位置㊂当车辆经过标签时，车上读写器就能读到R F I D 的信息，并据此判断车辆距离目标站点的距离㊂为了在车辆进入每个减速子区间时得到通知，需要在每个子区间的起点位置布置R F I D 标签㊂当车辆经过减速子区间起点位置的标签时，读写器把读取到的标签信息发送给车载数据处理器，数据处理器把标签信息转换为减速子区间的信息，并发送到车身的C A N 网络中,
车身的智能控制系统接收到此减速信号后执行相应的减速动作㊂本设计把目标停靠站点的精确位置记为P 0，此处的
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R F I D 标签编号记为T 0，标签数量为N 0，车辆到达这里时的目标速度应为0㊂在目标点前面的子区间记为第1个区间S 1，该区间起点记为P 1，该区间起点处的R F I D 标签的编号记为T 1，标签数量记为N 1，该区间起点距离目标点的距离记为D 1，该区间的目标速度记为V 1㊂以此类推，第N 个子区间记为S n ，该区间起点记为P n ，该区间起点处的R F I D 标签编号记为T n ，标签数量记为N n ，该区间起点距离目标点的距离记为D n ，该区间的目标速度记为V n
㊂示意图如图2所示，数据内容汇总如表1所列
㊂图2 分级减速示意图
表1 基于R F I D 定位的多级制动减速方案数据表
区间编号S n S 8
液化气燃烧器S 7S 6S 5
S 4S 3S 2
S 1S 0
区间起点
位置编号P n
P 8P 7P 6P 5P 4P 3P 2P 1P 0
区间起点距离目的地的距离D n
D 8D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 10
区间目标速度V n
V 8V 7V 6V 5V 4V 3V 2V 10
区间起点的标签编号
T n
T 8T 7T 6T 5T 4T 3T 2T 1T 0
车辆在轨道上接近目标站点的过程中，车身R F I D 读
写器每读到一个减速子区间S n 的起始位置P n 的标签T n 就发送数据给车载处理器，并由处理器发送相关信号给车身C A N 网络，车身智能控制系统通过车身C A N 网络收到信息后就进行相应的制动减速，并将车速降到既定值
V n ；当车载R F I D 读写器读到距目标站附近P 1位置标签
智能脱扣器
T 1时，车身智能控制系统将车速降到V 1，并为最终停车做好准备；当车载R F I D 读写器读到目标站停车位置的P 0
位置标签T
0时，车身自动控制系统进行刹车制动，并将车辆停稳，行程结束㊂
4 精准停车制动辅助系统
4.1 系统组成
系统架构如图3所示㊂R F I D 标签布置在轨道基面
上,R F I D 读写器布置在车身底盘,
并保证车辆行驶时R F I D 读卡器能经过R F I D 标签组的正上方㊂R F I D 读写
器和车载处理器通过读写器的输出接口进行连接,R F I D 读写器将读取到的R F I D 标签信息输出给车载处理器后,
车载处理器将其转换成目标站的距离信息并发送到车身C A N 网络㊂车身智能控制系统根据C A N 网络上的控制方便盒
指令对车身制动系统进行操作，以实现制动和减速㊂
图3 自动驾驶辅助制动系统的架构图
4.2 工作原理
用R F I D 对轨道上的车辆进行精确定位,
准确判断目标距离，适时向车身智能控制系统发送多级目标距离信号，由控制系统根据目标距离进行多级减速制动，最终实现平稳和精准停车㊂
4.3 具体实施
首先通过测试制定与车辆性能相匹配的多级制动减
速方案数据表(见表1)，然后根据方案表在每个减速子区间的起始位置布置相应的R F I D 位置标签，并在标签中写入相应的位置数据㊂把R F I D 读写器安装在车辆底部㊂
车辆行驶过程中，当经过减速子区间的起点时,R F I D 读写器读到标签信息并发送给车载处理器，处理器解析出位置信息后发送到车身C A N 网络中㊂车身智能控制系统从C A N 网络读取到当前位置信息后，将位置信息转换为减速子区间的目标速度，并控制车辆做出相应的减速制动㊂随着与目标位置距离的减小，车辆速度也平稳降低，最终精准停在目标位置㊂
5 结 语
在轨道交通上实现无人驾驶，平稳的精准停车是关键一
环㊂本文利用R F I D 技术作为定位手段,
制定了能有效实现平稳和精准停车的多级制动减速方案，并组成精准停车制动辅助系统，为车身智能控制系统提供必要的制动信息辅助，从而大大降低了轨道交通无人驾驶车辆精准停车的难度㊂
参考文献
[1
]方辉，杨明，杨汝清.基于地面特征点匹配的无人驾驶车全局定位[J ].机器人,2010,32(1):5560.
[2]吴敏.基于R F I D 技术在轨道交通中的应用[J ].自动化博览,2017,34(4):100103.[3]喻春雨，费彬，李艳，等.基于R F I D 的轨道车辆实时定位系统设计[J ].现代电子技术,2014(12):119120.cwmp
[4]蒋圣超，张新，胡文宇.列车A T O 精确停车问题的研究[J ].
电子世界,2013(23):175176.
张宏宽(高级工程师)，主要从事数字信号处理和图像信号处理工作；田红玉㊁胡权㊁楼勇亮(工程师)，主要从事嵌入式系统开发工作㊂
(责任编辑：薛士然 收稿日期:2020-08-06
)
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