CN104149782A - 一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统 - Google Patents

一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括智能车、车载传感器和运行车道，车载传感器包括磁传感器、激光传感器、超声波传感器、激光雷达、GPS天线和摄像头，智能车包括车载终端，车载终端、磁传感器激光传感器、超声波传感器、激光雷达、GPS天线和摄像头均安装在智能车上，车载终端与车载传感器中所有传感器连接，运行车道上埋设有磁钉；车载终端根据磁传感器探测到的磁钉的磁信号强度判断车身与车道中心的相对位置，并根据位置信息调整智能车方向使之行驶在运行车道内，车载终端还通过车载传感器中其他传感器数据了解周边路况并调整智能车的运行状态。与现有技术相比，本发明具有建设成本低等优点。

Description

一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶公共交通技术，尤其是涉及一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统。
背景技术
无人驾驶智能车的导航方式按照传感器形式的不同主要可分为激光雷达导航、视觉导航、GPS导航、磁导航等。激光雷达导航通过激光扫描车辆前进方向道路和障碍物的距离信息；视觉导航主要通过摄像头采集前方道路图像信息；GPS导航通过GPS模块采集车辆GPS信息；磁导航感知预先埋设在道路中的磁钉的磁信号或者电线产生的电磁信号。磁导航相对于其他种类的导航方式，虽然对基础交通设施要求比较高，需要预先铺设特定的道路，并在道路沿线埋设磁钉或者电线，实施过程相比上述其他几种导航方式稍显繁琐，但是其技术更加成熟可靠，且不受风沙、大雪等自然条件的影响，同时，还可以通过变换磁极朝向等方式对磁钉进行编码，向智能车传递道路特性信息，诸如位置、方向、前方道路特性、弯道曲率半径等。在局域交通范围内，磁导航可作为高效稳定的导航方式。
目前国外已有磁导航无人驾驶车辆投入运营，比如1999年美国的MorgantownGRT system，2010年投入运营的阿布扎比(马斯达尔)的2getthere system，2011年至今的英国伦敦的Ultra PRT system以及2014年在印度阿姆利则运营的UltraPRT system等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低成本、易实现的基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括智能车、车载传感器和运行车道，所述车载传感器包括磁传感器、激光传感器、超声波传感器、激光雷达、GPS天线和摄像头，所述智能车包括车载终端，所述车载终端、磁传感器激光传感器、超声波传感器、激光雷达、GPS天线和摄像头均安装在智能车上，所述车载终端与车载传感器中所有传感器连接，所述运行车道上埋设有磁钉；
所述车载终端根据磁传感器探测到的磁钉的磁信号强度判断车身与车道中心的相对位置，并根据位置信息调整智能车方向使之行驶在运行车道内，车载终端还通过车载传感器中其他传感器数据了解周边路况并调整智能车的运行状态。
所述智能车包括还包括车间通信装置，所述车间通信装置与车载终端连接，所述车载终端还与远程监控中心连接；
所述智能车通过车间通信装置与周边其他智能车进行信息交互，所述车载终端向远程监控中心上传行车数据并接收远程监控中心的调度指令，所述行车数据包括车载传感器检测到的数据、智能车运行状态数据和车间通信数据。
所述磁传感器分为前后两组，所述每组磁传感器分别等间距安装在智能车的前端和后端。
所述激光传感器分为前后两组，分别安装在智能车的前端和后端并分别探测车前方和后方的行人和障碍物距离智能车的距离和方向。
所述超声波传感器包括车侧边超声波传感器和车前端超声波传感器，所述车侧边超声波传感器安装在智能车两侧，所述车前端超声波传感器安装在智能车前端；所述车侧边超声波传感器探测智能车与两侧道路护栏之间距离，所述车前端超声波传感器探测自身与地面之间的距离。
所述激光雷达安装在智能车前端，探测更为精确的智能车前方的障碍物的位置，所述GPS天线用于接收GPS信号，所述摄像头用于拍摄前方道路信息。
所述智能车上还设有转向电机，所述车载终端根据车身偏离车道中心线距离，通过所述转向电机驱动智能车转向轴旋转进而调整车身方向。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明采用多传感器融合，通过磁传感器采集埋设在道路上的磁钉产生的磁信号，辅以超声波传感器、激光雷达与激光传感器等识别道路标识与障碍物，控制智能车，使其能够通过自动控制转向电机转向、控制驱动电机驱动，控制制动电机制动，实现自动行驶与主动避障，将乘客安全送往目的地；
2)本发明采用多传感器融合和车间通讯，可以在行驶的过程中，通过激光传感器保证相邻车辆之间保持在一定的距离以上，在局域范围内利用车间通信网络与其他车辆进行信息交互以避免可能发生的路径冲突和交通堵塞；
3)本发明运用监控技术，车载端将行驶过程中诸如GPS位置、速度、报警、故障等信息通过无线网络发送到远程监控中心以便远程监控中心利用专门的软件分析、处理车辆发回的数据，达到故障诊断和排查的目的；在特殊情况或者紧急情况下，可将摄像头采集的图像信息传递至远程监控中心，由远程监控中心接管智能车，处理紧急事件。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：3、磁钉；11、转向电机；12、制动电机；13、车载终端；14、车间通信装置；21、磁传感器；22、激光传感器；24、激光雷达；25、GPS天线；26、摄像头；231、车侧边超声波传感器；232、车前端超声波传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，如图1所示，该自动驾驶系统包括智能车、车载传感器和运行车道，车载传感器包括磁传感器21、激光传感器22、超声波传感器、激光雷达24、GPS天线25和摄像头26，智能车包括车载终端13，车载终端13、磁传感器21激光传感器22、超声波传感器23、激光雷达24、GPS天线25和摄像头26均安装在智能车上，车载终端13与车载传感器中所有传感器连接，运行车道上埋设有磁钉3；
智能车以磁导航方式作为主要的导航方式，其他传感器信息作为辅助导航的依据。车载终端13根据磁传感器21探测到的磁钉3的磁信号强度判断车身与车道中心的相对位置，并根据位置信息调整智能车方向使之行驶在运行车道内，车载终端13还通过车载传感器中其他传感器数据了解周边路况并调整智能车的运行状态。
智能车还包括车间通信装置14，车间通信装置14与车载终端13连接，车载终端13还与远程监控中心连接；
智能车通过车间通信装置14与周边其他智能车进行信息交互，交换行车信息，车载终端13向远程监控中心上传行车数据并接收远程监控中心的调度指令，行车数据包括车载传感器检测到的数据、智能车运行状态数据和车间通信数据。
本实施例中车载终端13安装于车前舱右侧。
磁传感器21分为前后两组，每组磁传感器21分别等间距安装在智能车的前端和后端；其中，如图1所示，本实施例中两组磁传感器分别安装在车前端和车后端的保险杠下方，并分别关于智能车中心线对称等距分布。
激光传感器22分为前后两组，分别安装在智能车的前端和后端并分别探测车前方和后方的行人和障碍物距离智能车的距离和方向，使得相邻车辆之间保持在一定的距离以上。其中，本实施例中分别安装在车前端和车后端的保险杠上方，前端三个，后端两个。
超声波传感器包括车侧边超声波传感器231和车前端超声波传感器232，车侧边超声波传感器231安装在智能车两侧，每一边各三个，车前端超声波传感器232安装在智能车前端；车侧边超声波传感器231探测智能车两侧道路护栏信息，保证车身与道路两边护栏的距离在一定范围内；车前端超声波传感器232探测自身与地面之间的距离。
其中，本实施例中车前端超声波传感器232安装在智能车前端保险杠下方与磁传感器21同一水平高度上，故本实施例中车前端超声波传感器232探测到的车前端超声波传感器232与地面的距离便是磁传感器21与地面的距离，并依此数据作为探测磁场强度的辅助信息，计算出更为精确的车身与磁钉相对位置。
激光雷达24安装在智能车前端保险杠上，探测更为精确的智能车前方的障碍物的距离、方向等信息，GPS天线25用于接收GPS信号，GPS信号也作为辅助导航的一种方式；摄像头26用于拍摄前方道路信息，其中本实施例中摄像头26安装在车辆前端，用于在例如发生拥堵或者事故等特殊情况下拍摄前方道路图像信息并将图像信息传送至远程监控中心。
智能车上还设有转向电机11，车载终端13根据车身偏离车道中心线距离，通过转向电机11驱动智能车转向轴旋转进而调整车身方向。本实施例中转向电机11安装在转向轴上，根据多种传感器所确定的车身偏离车道中心线位置信息，驱动转向轴顺时针或者逆时针旋转一定的角度，完成转向功能；此外，智能车上的制动电机12安装在制动踏板上方，在需要停车、减速的时候推动制动踏板完成制动动作。
智能车接收远程监控中心发来的调车控制指令，将车自动行驶至出发地，完成自动调车，等待乘客上车；乘客上车后，通过磁传感器21采集埋设在道路上的磁钉3产生的磁信号，辅以超声波传感器、激光雷达24与激光传感器22等识别道路标识与障碍物，控制智能车1，使其能够通过自动控制转向电机11转向、控制驱动电机驱动，控制制动电机12制动，实现自动行驶与主动避障，将乘客安全送往目的地；在行驶的过程中，通过激光传感器22保证相邻车辆之间保持在一定的距离以上，在局域范围内利用车间通信网络14与其他车辆进行信息交互以避免可能发生的路径冲突和交通堵塞；同时将行驶过程中诸如GPS位置、速度、报警、故障等信息通过无线网络发送到远程监控中心以便远程监控中心利用专门的软件分析、处理车辆发回的数据，达到故障诊断和排查的目的；在特殊情况或者紧急情况下，可将摄像头26采集的图像信息传递至远程监控中心，由远程监控中心接管智能车，处理紧急事件。

Claims (7)

1.一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，该自动驾驶系统包括智能车、车载传感器和运行车道，所述车载传感器包括磁传感器(21)、激光传感器(22)、超声波传感器、激光雷达(24)、GPS天线(25)和摄像头(26)，所述智能车包括车载终端(13)，所述车载终端(13)、磁传感器(21)激光传感器(22)、超声波传感器(23)、激光雷达(24)、GPS天线(25)和摄像头(26)均安装在智能车上，所述车载终端(13)与车载传感器中所有传感器连接，所述运行车道上埋设有磁钉(3)；
所述车载终端(13)根据磁传感器(21)探测到的磁钉(3)的磁信号强度判断车身与车道中心的相对位置，并根据位置信息调整智能车方向使之行驶在运行车道内，车载终端(13)还通过车载传感器中其他传感器数据了解周边路况并调整智能车的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述智能车还包括车间通信装置(14)，所述车间通信装置(14)与车载终端(13)连接，所述车载终端(13)还与远程监控中心连接；
所述智能车通过车间通信装置(14)与周边其他智能车进行信息交互，所述车载终端(13)向远程监控中心上传行车数据并接收远程监控中心的调度指令，所述行车数据包括车载传感器检测到的数据、智能车运行状态数据和车间通信数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述磁传感器(21)分为前后两组，每组磁传感器(21)分别等间距安装在智能车的前端和后端。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述激光传感器(22)分为前后两组，分别安装在智能车的前端和后端并分别探测车前方和后方的行人和障碍物距离智能车的距离和方向。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述超声波传感器包括车侧边超声波传感器(231)和车前端超声波传感器(232)，所述车侧边超声波传感器(231)安装在智能车两侧，所述车前端超声波传感器(232)安装在智能车前端；所述车侧边超声波传感器(231)探测智能车与两侧道路护栏之间距离，所述车前端超声波传感器(232)探测自身与地面之间的距离。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述激光雷达(24)安装在智能车前端，探测更为精确的智能车前方的障碍物的位置，所述GPS天线(25)用于接收GPS信号，所述摄像头(26)用于拍摄前方道路信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统，其特征在于，所述智能车上还设有转向电机(11)，所述车载终端(13)根据车身偏离车道中心线距离，通过所述转向电机(11)驱动智能车转向轴旋转进而调整车身方向。
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