CN104820424B - 基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，电动汽车行驶时，将电动汽车的经度、纬度、道路画面以及车辆的运行参数上传，根据上传的数据对其运动路径进行自动控制，以达到电动汽车自动驾驶的目的。本发明的控制方法包括：a).确定车辆位置；b).采集道路画面；c).采集车辆运行参数；d).数据上传；e).车辆所在道路的判断；f).判断车辆是否超速；g).控制车辆进行减速；h).判断车道前方车辆状况；i).判断相邻车道；j).变更车道。本发明的系统及方法，通过电动汽车的坐标以及道路画面的识别，可判断出电动汽车当前是否超速、行驶路径是否安全以及是否满足变道条件，为电动汽车的自动运行提供了理论基础。
Description
基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统及其控制方法，更具体的 说，尤其涉及一种通过获取电动汽车的经纬度位置、前方道路画面和当前运行参数的基于 北斗导航的电动汽车自动驾驶系统及其控制方法。
背景技术
[G002]目前，环境污染和能源紧张问题日益严峻，提高经济效率、保障能源安全和减少环 境污染成为发展的主要目标，在这样的环境背景和政策技术下新能源汽车的研究和应用已 进入高速成长期。电动汽车作为新能源汽车的主力军，同其他高新技术产品一样，它的发展 方向必然与“打造现代化智能城市”的发展目标顺向而行。未来，新能源汽车的实施理念将 像“智能家居”一样，为逐步地解决人类枯燥、繁琐的任务而不断创新。
[0003] 2013年8月27日，由中国汽车工程学会发起成立的“车联网产业技术创新战略联 盟”在北京正式成立。该联盟由包括15家整车厂在内的共30家单位组成，成员涵盖了汽车制 造商、移动通信运营商、硬件设备制造商、软件服务提供商及有关科研院所。联盟旨在通过 联合各相关行业的力量，协同攻关、协调发展，在推进Telematics车载应用服务之外，重点 推动车联网技术对于汽车安全性与经济性等性能提升的应用。
[0004] —直以来，电动汽车自动驾驶是一个很艰巨的任务，不管是硬件还是软件，复杂程 度B经越来越大。但它更是一个趋势，通过不断地增强导航系统、信息技术、自动化控制等 对驾驶的辅助，根据互联互通的要求，通过车联网、物联网、人联网把系统放到一个立体空 间，最终可实现自动驾驶智能控制。
发明内容
[0005] 本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于北斗导航的电动汽车自动 驾驶系统及其控制方法。
[0006] 本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，包括电动汽车智能控制终端以 及通过网络通讯系统与其进行数据交互的数据处理服务器、GIS数据处理中心和web应用服 务器，电动汽车智能控制终端连接有高精度定位终端;其特别之处在于:所述电动汽车智能 控制终端由整车行驶控制器以及通过CAN总线与其相连接的能源分配与控制管理系统、电 机控制器、变速箱控制器、制动电子控制单元和车载信息显示系统组成，整车行驶控制器通 过模$量采集模块采集电动汽车的加速踏板、制动踏板、转向角度、车速输入信号，通过开 关量采集模块采集电动汽车的前进、后退、低速档、高速档、启动开关和充电开关信号，整车 行驶控制器通过控制液压控制方向盘的转向角度来控制电动汽车的行驶方向；高精度定位 终端中设置有北斗/GPS卫星定位模块和视频采集模块，高精度定位终端通过北斗/GPS卫星 ^位模块接收北斗或GPS的卫星信号，以确定出电动汽车的经度、纬度，通过视频采集模块 采集电动汽车行驶的道路画面；
[0007] 电动汽车行驶时，整车行驶控制器通过网络通讯系统将采集的电动汽车的经度、 纬度、道路画面以及车辆的运行参数上传，数据处理服务器和GIS数据处理中心根据上传的 数据监控电动汽车的运行状态，并对其运动路径进行自动控制，以达到电动汽车自动驾驶 的目的。
[0008]本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，包括查询平台，查询平台通过 与web应用服务器的通信，获取道路上所有被监控电动汽车的运行状态和位置信息，以供相 关人员进行查看。
[0009] 本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，所述能源分配与控制管理系统 管理电动汽车的动力电池组的运行，动力电池组通过DC/DC变换器转化为电压不同的直流 电，以供电动汽车上的相应系统进行利用，动力电池组通过充电接口利用外电源进行充电； 电机控制器通过功率逆变模块来实现对电动汽车的电机进行控制，电机的输出经智能变速 箱对电动汽车的驱动桥进行驱动，变速箱控制器控制智能变速箱的运行；制动控制单元通 过制动执行器对电动汽车的制动系统进行控制，车载信息显示系统通过显示屏显示电动汽 车的运行参数，以供驾乘人员进行查看。
[0010] 本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，包括通过CAN总线与整车行驶 控制器相连接的能量回收系统和空调控制器，在电动汽车制动或下坡时，能量回收系统将 电机输出的动能转化为电能并对动力电池组进行供电，以实现能量回收的目的；空调控制 器控制电动汽车空调系统的运行。
[0011] 本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，所述整车行驶控制器采用型号 为TMS320F2808的DSP芯片，TMS320F2808芯片通过输出P丽信号控制功率逆变模块的运行， 通过检测功率逆变模块中IGBT的过流故障信号和IGBT的温度信号来实现故障检测。
[0012]本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，其特别之处在于， 通过以下步骤来实现:a).确定车辆位置，高精度定位终端通过北斗/GPS卫星定位模块获取 卫星信号，以确定出电动汽车当前所处的经度、纬度;b).采集道路画面，高精度定位终端通 过视频采集模块采集车辆前方的视频画面，以便为电动汽车未来的行驶路径提供参考;c) • 采集车辆运行参数，电动汽车智能控制终端中的整车行驶控制器采集车辆的车速、加速、转 向和制动信号，以获取电动汽车当前的运行状态;d).数据上传，电动汽车智能控制终端将 采集的电动汽车的经度、炜度、前方道路画面以及车速、加速、转向、制动信号上传至数据处 理服务器和GIS数据处理中心中；e) •车辆所在道路的判断，数据处理服务器根据上传的电 动汽车的经度、纬度信息，判断出车辆所在道路的位置;f) •判断车辆是否超速，数据处理服 务器根据电动汽车当前的车速和所在道路的限速，判断电动汽车是否超速，如果超速，则执 行步骤g);如果不超速，则执行步骤h) ;g) •控制车辆进行减速，数据处理服务器通过网络通 讯系统向电动汽车智能控制终端发送降低车速指令，电动汽车智能控制终端通过制动电子 控制单元降低电动汽车的形式速度，以便将电动汽车的速度控制在限制范围内；h).判断车 道前方车辆状况，数据处理服务器通过对上传图像的处理，利用图像识别技术，判断电动汽 车所在车道前方一定距离范围内是否存在车辆，如果不存在，则发送按照当前速度行驶的 指令至电动汽车智能控制终端，以控制电动汽车安全运行；如果存在，则执行步骤i) ;i) •判 断相邻车道，数据处理服务器通过对上传图片的处理，判断左、右相邻车道内是否存在车 辆，如果有一侧的车道内部存在车辆，则表明具备变更至该车道内的条件，执行步骤j);如 果均存在车辆，则控制电动汽车执行减速操作，以将其与前方的车辆拉开安全距离;j) •变 更车道，数据处理服务器向电动汽车智能控制终端发出变更车道的指令，整车行驶控制器 通过对液压控制方向盘的控制，将电动汽车变更至相应的车道内，以保证电动汽车的行驶 速度。
[0013] 本发明的有益效果是:本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统及方法， 通过设置高精度定位终端，不仅实现了电动汽车的经度、纬度坐标位置信息的确定，而且还 可采集道路前方的视频画面，为车辆所处的道路位置和安全变更车道提供了实时可靠的数 据;通过整车行驶控制器对包含车辆速度、转向角度、制动信息等运行参数的采集，实现了 对车辆当前状态的判断;在自动控制过程中，通过电动汽车的坐标以及道路画面的识别，可 判断出电动汽车当前是否超速、行驶路径是否安全以及是否满足变道条件，为电动汽车的 自动运行提供了理论基础。
附图说明
[0014] 图1为本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的原理图；
[0015] 图2为本发明中电动汽车智能控制终端的原理图；
[0016]图3为本发明中的整车行驶控制器采用型号为TMS320F2808的DSP芯片时的原理 图。
[0017]图中：1电动汽车智能控制终端，2网络通讯系统，3数据处理服务器，4 GIS数据处 理中心，5 web应用服务器，6查询平台，7高精度定位终端，8整车行驶控制器，9 CAN总线控 制器，10液压控制方向盘，11能源分配与控制管理系统，12电机控制器，13能量回收系统，14 变速箱控制器，15制动电子控制单元，16空调控制器，17车载信息显示系统。
具体实施方式
[0018]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0019]如图1所示，给出了本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的原理图，其 包括电动汽车智能控制终端1、网络通讯系统2、数据处理服务器3、GIS数据处理中心4、web 应用服务器5、查询平台6。本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统是在北斗卫星 的服务、检测、反馈下实施，通过高效的互联网、物联网、车联网，构建互联互通、数据处理 (收集、传输、结算、储存)等子平台，为上层的应用系统提供基础服务。基于平台的构建，使 上层应用系统可做远程行驶监控、故障诊断维护、租赁管理控制、充放电指引和自动驾驶等 方面管理，提升电动汽车系统的“云端”智能化水平，为客户提供增值服务。
[0020]电动汽车智能控制终端1用于采集电动汽车的运行参数，并接收由高精度定位终 端7确定的电动汽车经度、纬度位置信息以及拍摄的道路视频画面，同时，整车行驶控制器8 还可对电动汽车的转向、加速、制动进行控制。整车行驶控制器8将获取的电动汽车位置坐 标、道路画面和车辆运行参数通过网络通讯系统2上传至数据处理服务器3、GIS数据处理中 心4和web应用服务器5,以便对车辆的运行参数和周围路况作出判断，将判断后的指令信息 发送至电动汽车智能控制终端1中，由整车行驶控制器8实现对电动汽车的运行进行控制， 以实现电动汽车的自动驾驶。
[0021]本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统，通过强化对卫星信号捕获、跟 踪，卫星数据的记录、传输，实现高精度的定位监测能力管理电动汽车的基本情况，包括车 辆性能监测、路况监测、空间位置信息监测、充放设施指引以及人员的基本管理等促使车辆 平稳、高效、智能运行。
[0022]如图2所示，给出了发明中电动汽车智能控制终端的原理图，图3给出了本发明中 的整车行驶控制器采用型号为TMS320F2808的DSP芯片时的原理图，所示的电动汽车智能控 制终端1由整车行驶控制器8以及与其通过CAN总线控制器9相连接的能源分配与控制管理 系统11、电机控制器12、能量回收系统13、变速箱控制器14、制动电子控制单元15、空调控制 器16、车载信息显示系统17。整车行驶控制器8具有信号采集、数据运算和输出控制的作用， 整车行驶控制器8通过模拟量采集模块采集包括加速踏板、制动踏板、转向角度、车速输入 在内的电动汽车运行参数，通过开关量采集模块采集包括前进、后退、低速档、高速档、启动 开关、充电开关在内的开关信号运行参数，同时，整车行驶控制器8还可通过液压控制方形 盘10控制电动汽车的转向角度，实现对电动汽车运行方向的控制。
[0023] 能源分配与控制管理系统11对电动汽车的动力电池进行管理和控制，以保证动力 电池的安全、稳定运行，动力电池组通过无线接口利用外电源进行充电；同时，动力电池组 还可通过DC/DC变换器转化为其他直流电压，以供其他系统利用，如制动执行机构、动力转 向机构、空调系统。电机控制器12通过功率逆变模块对电动汽车的电机运行进行控制，功率 逆变的电源来至动力电池组，电机的输出动力经智能变速箱带动驱动桥进行转动，实现电 动汽车的行驶。当减速或处于下坡路段时，能量回收系统13将电机输出的动能转化为电能， 重新存储至动力电池组中。
[0024] 变速箱控制器14对智能变速箱的运行状态进行控制，以使智能变速箱的档位与车 速相匹配。制动电子控制单元15通过制动执行器对电动汽车的制动系统进行控制，以实现 电动汽车的刹车、降速功能。空调控制器16对空调系统进行控制，车载显示系统用于显示电 动汽车的运行状态信息，以供驾乘人员进行观看。
[0025] 系统根据电动车实际行驶工况及电池组的SOC等参数，合理、高效的分配有限的能 量，使得安全、高效行驶的同时最大程度延长电动车一次充电续驶里程。整车行驶控制器、 电机驱动控制器、能量回收系统、变速箱控制器通过总线系统连接组成，完成各自控制功 能，通过将整车控制器中各类反馈信息收集、记录、整合，实施到液压/方向盘控制中，后者 做出相应应答，达到自动驾驶的目的。
[0026] 本发明的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，通过以下步骤来实 现：
[0027] a).确定车辆位置，高精度定位终端（7)通过北斗/GPS卫星定位模块获取卫星信 号，以确定出电动汽车当前所处的经度、纬度；
[0028] b).采集道路画面，高精度定位终端通过视频采集模块采集车辆前方的视频画面， 以便为电动汽车未来的行驶路径提供参考；
[0029] c).采集车辆运行参数，电动汽车智能控制终端（1)中的整车行驶控制器(8)采集 车辆的车速、加速、转向和制动信号，以获取电动汽车当前的运行状态；
[0030] d).数据上传，电动汽车智能控制终端⑴将采集的电动汽车的经度、祎度、前方道 路画面以及车速、加速、转向、制动信号上传至数据处理服务器(3)和GIS数据处理中心(4) 中.
[0031] e).车辆所在道路的判断，数据处理服务器(3)根据上传的电动汽车的经度、纬度 信息，判断出车辆所在道路的位置；
[0032] f).判断车辆是否超速，数据处理服务器(3)根据电动汽车当前的车速和所在道路 的限速，判断电动汽车是否超速，如果超速，则执行步骤g);如果不超速，则执行步骤h);
[0033] g).控制车辆进行减速，数据处理服务器通过网络通讯系统⑵向电动汽车智能控 制终端发送降低车速指令，电动汽车智能控制终端通过制动电子控制单元(15)降低电动汽 车的形式速度，以便将电动汽车的速度控制在限制范围内；
[0034] h).判断车道前方车辆状况，数据处理服务器通过对上传图像的处理，利用图像识 别技术，判断电动汽车所在车道前方一定距离范围内是否存在车辆，如果不存在，则发送按 照当前速度行驶的指令至电动汽车智能控制终端，以控制电动汽车安全运行;如果存在，则 执行步骤i);
[0035] i).判断相邻车道，数据处理服务器通过对上传图片的处理，判断左、右相邻车道 内是否存在车辆，如果有一侧的车道内部存在车辆，则表明具备变更至该车道内的条件，执 行步骤j);如果均存在车辆，则控制电动汽车执行减速操作，以将其与前方的车辆拉开安全 距离；
[0036] j).变更车道，数据处理服务器向电动汽车智能控制终端发出变更车道的指令，整 车行驶控制器通过对液压控制方向盘（10)的控制，将电动汽车变更至相应的车道内，以保 证电动汽车的行驶速度。
Claims (5)
1. 一种基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，包括电动汽车智能控制终 端（1)以及通过网络通讯系统(2)与其进行数据交互的数据处理服务器(3)、GIS数据处理中 心(4)和web应用服务器(5)，电动汽车智能控制终端连接有高精度定位终端(7);所述电动 汽车智能控制终端由整车行驶控制器(8)以及通过CAN总线与其相连接的能源分配与控制 管理系统（11)、电机控制器(12)、变速箱控制器(14)、制动电子控制单元(15)和车载信息显 示系统（17)组成，整车行驶控制器(8)通过模拟量采集模块采集电动汽车的加速踏板、制动 踏板、转向角度、车速输入信号，通过开关量采集模块采集电动汽车的前进、后退、低速档、 高速档、启动开关和充电开关信号，整车行驶控制器通过控制液压控制方向盘（10)的转向 角度来控制电动汽车的行驶方向；高精度定位终端中设置有北斗/GPS卫星定位模块和视频 采集模块，高精度定位终端通过北斗/GPS卫星定位模块接收北斗或GPS的卫星信号，以确定 出电动汽车的经度、纬度，通过视频采集模块采集电动汽车行驶的道路画面； 电动汽车行驶时，整车行驶控制器通过网络通讯系统将采集的电动汽车的经度、纬度、 道路画面以及车辆的运行参数上传，数据处理服务器和GIS数据处理中心根据上传的数据 监控电动汽车的运行状态，并对其运动路径进行自动控制，以达到电动汽车自动驾驶的目 的； 其特征在于，所述的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，通过以下步 骤来实现： a) .确定车辆位置，高精度定位终端(7)通过北斗/GPS卫星定位模块获取卫星信号，以 确定出电动汽车当前所处的经度、炜度； b) .采集道路画面，高精度定位终端通过视频采集模块采集车辆前方的视频画面，以便 为电动汽车未来的行驶路径提供参考； c) .采集车辆运行参数，电动汽车智能控制终端（1)中的整车行驶控制器(8)采集车辆 的车速、加速、转向和制动信号，以获取电动汽车当前的运行状态； d) .数据上传，电动汽车智能控制终端（1)将采集的电动汽车的经度、炜度、前方道路画 面以及车速、加速、转向、制动信号上传至数据处理服务器(3)和GIS数据处理中心(4)中； e) .车辆所在道路的判断，数据处理服务器(3)根据上传的电动汽车的经度、纬度信息， 判断出车辆所在道路的位置； f) .判断车辆是否超速，数据处理服务器根据电动汽车当前的车速和所在道路的限 速，判断电动汽车是否超速，如果超速，则执行步骤g);如果不超速，则执行步骤h); g) .控制车辆进行减速，数据处理服务器通过网络通讯系统向电动汽车智能控制终 端发送降低车速指令，电动汽车智能控制终端通过制动电子控制单元(15)降低电动汽车的 形式速度，以便将电动汽车的速度控制在限制范围内； h) .判断车道前方车辆状况，数据处理服务器通过对上传图像的处理，利用图像识别技 术，判断电动汽车所在车道前方一定距离范围内是否存在车辆，如果不存在，则发送按照当 前速度行驶的指令至电动汽车智能控制终纟而，以控制电动汽车女全运^丁;如果存在，则执1丁 步骤i); i) .判断相邻车道，数据处理服务器通过对上传图片的处理，判断左、右相邻车道内是 否存在车辆，如果有一侧的车道内部存在车辆，则表明具备变更至该车道内的条件，执行步 骤j);如果均存在车辆，则控制电动汽车执行减速操作，以将其与前方的车辆拉开安全距 离； j).变更车道，数据处理服务器向电动汽车智能控制终端发出变更车道的指令，整车行 驶控制器通过对液压控制方向盘（10)的控制，将电动汽车变更至相应的车道内，以保证电 动汽车的行驶速度。
2. 根据权利要求1所述的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，其特征 在于:包括查询平台（6)，查询平台通过与web应用服务器的通信，获取道路上所有被监控电 动汽车的运行状态和位置信息，以供相关人员进行查看。
3. 根据权利要求1或2所述的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，其特 征在于:所述能源分配与控制管理系统（11)管理电动汽车的动力电池组的运行，动力电池 组通过DC/DC变换器转化为电压不同的直流电，以供电动汽车上的相应系统进行利用，动力 电池组通过充电接口利用外电源进行充电；电机控制器(12)通过功率逆变模块来实现对电 动汽车的电机进行控制，电机的输出经智能变速箱对电动汽车的驱动桥进行驱动，变速箱 控制器（14)控制智能变速箱的运行;制动电子控制单元(15)通过制动执行器对电动汽车的 制动系统进行控制，车载信息显示系统（17)通过显示屏显示电动汽车的运行参数，以供驾 乘人员进行查看。
4. 根据权利要求1或2所述的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，其特 征在于:包括通过CAN总线与整车行驶控制器(S)相连接的能量回收系统（13)和空调控制器 (16)，在电动汽车制动或下坡时，能量回收系统将电机输出的动能转化为电能并对动力电 池组进行供电，以实现能量回收的目的;空调控制器控制电动汽车空调系统的运行。
5. 根据权利要求1或2所述的基于北斗导航的电动汽车自动驾驶系统的控制方法，其特 征在于:所述整车行驶控制器⑻采用型号为TMS320F2808的DSP芯片，TMS320F2808芯片通 过输出PWM信号控制功率逆变模块的运行，通过检测功率逆变模块中IGBT的过流故障信号 和IGBT的温度信号来实现故障检测。
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