CN106515728A - 一种无人驾驶公交车的防撞避障系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避障系统，特别是一种无人驾驶公交车的防撞避障系统和方法，属于无人驾驶公交车技术领域。该系统包括控制系统(1)、供能装置(2)、执行机构(3)、探测装置(4)和缓冲装置(5)。执行机构(3)、探测装置(4)均与控制系统(1)信号连接，控制系统(1)、执行机构(3)和探测装置(4)与供能装置(2)连接，车本体的前端、后端及车身两侧均安装有缓冲装置(5)。探测装置(4)由视觉传感器(401)、陀螺仪(402)、超声波传感器(403)和雷达传感器(404)组成。该系统使得无人驾驶公交车能够安全有效地进行避让，降低了事故的发生率，提高了无人驾驶公交车的智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种避障系统，特别是一种无人驾驶公交车的防撞避障系统和方法，属于无人驾驶公交车技术领域。
背景技术
现在疲劳驾驶、酒后驾驶、避让不及、超速行驶等原因导致的交通事故问题越来越严重，而无人驾驶公交车的出现为车辆安全行驶、减少交通事故提供了可能。但是现在对无人驾驶公交车的智能行为研究还不够多，车辆发生撞击时很容易损坏。为了更好地保证无人驾驶公交车在复杂环境下安全行驶，紧急避让等功能就显得非常重要。防撞避障功能是车辆智能化不可或缺的关键性指标，也是车辆可靠行驶的重要保障。因此，如何在行驶过程中有效避障，使得无人驾驶公交车能够安全稳定的运行成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无人驾驶公交车的防撞避障系统和方法。该项发明使得无人驾驶公交车能够安全有效地进行避让，提高了车辆的安全行驶性能，降低了事故的发生率，进一步提高了无人驾驶公交车的智能化水平。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
该种无人驾驶公交车的防撞避障系统包括车本体、控制系统和供能装置，还包括执行机构、探测装置和缓冲装置。所述执行机构、探测装置均与控制系统信号连接，所述控制系统、执行机构和探测装置还与供能装置连接，所述车本体的前端、后端及车身两侧均安装有缓冲装置。所述探测装置检测车辆周围的障碍物信号，并将数据信息传送给控制系统，控制系统将采集到的信息进行分析处理，得出控制信息后发出指令给执行机构。所述探测装置由若干个视觉传感器、陀螺仪、超声波传感器和雷达传感器组成，其中雷达传感器包括接收模块、接收控制装置、发射模块和发射控制装置。接收模块接收回波信号；接收控制装置从接收模块获取回波信号，对获取的回波信号进行解调与滤波，并将处理后的信号发送至控制系统；发射模块发送发射信号；发射控制装置从控制系统接收发射控制信号，根据发射控制信号生成调制信号，并采用调制信号调制极高频的载波信号以生成发射信号。所述视觉传感器进行路障探测，负责采集标志物、红绿灯、车道线等信息。所述陀螺仪用于转向角度的测量，所述超声波传感器和雷达传感器用于检测障碍物，采集障碍物信息。所述超声波传感器包括发射端和接收端，发射端向外发射脉冲声波信号，接收端接收遇到障碍物后反射的回波。所述探测装置用于采集探测避让物的形状、状态和周围环境信息以及本车的转向角角度、速度等运行信息。
前述的视觉传感器分别安装在无人驾驶公交车的前端、后端和两侧。前端、后端的视觉传感器用于探测正前方和正后方安全距离上是否有障碍物以及障碍物与本车的实际距离。两侧的视觉传感器用于确保车辆在通过狭窄道路时，留有足够的安全距离。
前述的视觉传感器采用红外线探测器和/或车载摄像头。红外线探测器和摄像头能够使无人驾驶公交车自动识别障碍物，从而避免碰撞。
前述的雷达传感器采用毫米波雷达和/或激光雷达。毫米波雷达采集周围车辆与本车的相对速度和距离，激光雷达用于障碍物的检测，并将信息及时传送给控制系统。
前述的供能装置为蓄电池，为控制系统、执行机构和探测装置的运行供能。
前述的执行机构包括安装在车本体上的移动装置、导向装置、制动机构和牵引杆。所述导向装置为对称安装在车本体上的两排导向轮，所述牵引杆对称设置在车本体上。执行机构用于接收控制系统的指令，根据指令改变本车的速度和转向角，完成避让动作。
前述的移动装置由设置在车本体前部的驱动前轮、设置在车本体后部的驱动后轮及安装在底盘上的电机组成，所述电机电连接于控制系统。电机接收指令后，控制驱动前轮和驱动后轮的转向，完成避障动作。
前述的缓冲装置为弹性材料制成的防撞护栏，在车辆发生碰撞时起到保护作用。
一种无人驾驶公交车的防撞避障方法，采用上述的防撞避障系统，包括以下操作步骤：
F001，探测装置中的视觉传感器、超声波传感器和雷达传感器实时采集周围环境信息和避让物的运行状态等，通过陀螺仪测得车辆的即时状态信息；
F002，当探测到道路上有障碍物时，将采集到的实时信息传输到控制系统进行处理分析，得出避让方案，并将指令传输到执行机构：
如果前方道路的障碍物仅处于车辆一侧或目标较小时，控制系统向执行机构发出指令，执行机构接收指令后完成转向等操作，则车辆在不影响前进的前提下可以向另一侧做±45°角度行走，在视觉传感器和导航装置的指引下行进；
如果前方障碍物太大，位于车辆前方的视觉传感器均可以探测到该障碍物时，说明障碍物完全挡住了车辆的行进道路，此时车辆在有限宽度的道路上无法行进，则控制系统向执行机构发出停车制动命令，车辆停止前进，另外寻找其他道路；
F003，控制系统根据采集到的实时信息，进行分析计算，判断避障是否成功，如果成功，则接收避障，如果不成功，则重新执行上述步骤。
与现有技术相比，本发明通过探测装置和缓冲装置的设置，以及与执行结构的结合，使得无人驾驶公交车能够安全有效地进行避让，提高了防撞避障性能，进而提高了车辆的安全行驶性能，降低了事故的发生率，进一步提高了无人驾驶公交车的智能化水平。
附图说明
图1是本发明的连接关系示意图；
图2是本发明的部分结构示意图；
图3是本发明的部分结构示意图；
图4是本发明的部分结构示意图。
附图标记的含义：1-控制系统，2-供能装置，3-执行机构，301-移动装置，3011-驱动前轮，3012-驱动后轮，3013-电机，302-导向装置，303-制动机构，304-牵引杆，4-探测装置，401-视觉传感器，402-陀螺仪，403-超声波传感器，404-雷达传感器，4041-接收模块，4042-接收控制装置，4043-发射模块，4044-发射控制装置，5-缓冲装置。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1～图4所示，该种无人驾驶公交车的防撞避障系统包括车本体、控制系统1和供能装置2，还包括执行机构3、探测装置4和缓冲装置5。执行机构3、探测装置4均与控制系统1信号连接，控制系统1、执行机构3和探测装置4还与供能装置2连接，车本体的前端、后端及车身两侧均安装有缓冲装置5，缓冲装置5为弹性材料制成的防撞护栏，在车辆发生碰撞时起到保护作用。供能装置2为蓄电池，为控制系统1、执行机构3和探测装置4的运行供能。探测装置4检测车辆周围的障碍物信号，并将数据信息传送给控制系统1，控制系统1将采集到的信息进行分析处理，得出控制信息后发出指令给执行机构3。执行机构3包括安装在车本体上的移动装置301、导向装置302、制动机构303和牵引杆304。导向装置302为对称安装在车本体上的两排导向轮，牵引杆304对称设置在车本体上。执行机构3用于接收控制系统1的指令，根据指令改变本车的速度和转向角，完成避让动作。其中移动装置301由设置在车本体前部的驱动前轮3011、设置在车本体后部的驱动后轮3012及安装在底盘上的电机3013组成，电机3013电连接于控制系统1。电机3013接收指令后，控制驱动前轮3011和驱动后轮3012的转向，完成避障动作。
探测装置4由十一个视觉传感器401、陀螺仪402、超声波传感器403和雷达传感器404组成，其中雷达传感器404包括接收模块4041、接收控制装置4042、发射模块4043和发射控制装置4044。接收模块4041接收回波信号；接收控制装置4042从接收模块4041获取回波信号，对获取的回波信号进行解调与滤波，并将处理后的信号发送至控制系统1；发射模块4043发送发射信号；发射控制装置4044从控制系统1接收发射控制信号，根据发射控制信号生成调制信号，并采用调制信号调制极高频的载波信号以生成发射信号。视觉传感器401进行路障探测，负责采集标志物、红绿灯、车道线等信息。陀螺仪402用于转向角度的测量，超声波传感器403和雷达传感器404用于检测障碍物，采集障碍物信息。超声波传感器403包括发射端和接收端，发射端向外发射脉冲声波信号，接收端接收遇到障碍物后反射的回波。雷达传感器404采用毫米波雷达和激光雷达，毫米波雷达采集周围车辆与本车的相对速度和距离，激光雷达用于障碍物的检测，并将信息及时传送给控制系统1。探测装置4用于采集探测避让物的形状、状态和周围环境信息以及本车的转向角角度、速度等运行信息。视觉传感器401分别安装在无人驾驶公交车的前端、后端和两侧。前端、后端的五个视觉传感器401用于探测正前方和正后方安全距离上是否有障碍物以及障碍物与本车的实际距离。两侧的六个视觉传感器401用于确保车辆在通过狭窄道路时，留有足够的安全距离。视觉传感器401采用红外线探测器和车载摄像头。红外线探测器和摄像头能够使无人驾驶公交车自动识别障碍物，从而避免碰撞。
实施例2：如图1、图2和图4所示，该种无人驾驶公交车的防撞避障系统包括车本体、控制系统1和供能装置2，还包括执行机构3、探测装置4和缓冲装置5。执行机构3、探测装置4均与控制系统1信号连接，控制系统1、执行机构3和探测装置4还与供能装置2连接，车本体的前端、后端及车身两侧均安装有缓冲装置5。探测装置4检测车辆周围的障碍物信号，并将数据信息传送给控制系统1，控制系统1将采集到的信息进行分析处理，得出控制信息后发出指令给执行机构3。探测装置4由九个视觉传感器401、陀螺仪402、超声波传感器403和雷达传感器404组成，其中雷达传感器404包括接收模块4041、接收控制装置4042、发射模块4043和发射控制装置4044。接收模块4041接收回波信号；接收控制装置4042从接收模块4041获取回波信号，对获取的回波信号进行解调与滤波，并将处理后的信号发送至控制系统1；发射模块4043发送发射信号；发射控制装置4044从控制系统1接收发射控制信号，根据发射控制信号生成调制信号，并采用调制信号调制极高频的载波信号以生成发射信号。视觉传感器401进行路障探测，负责采集标志物、红绿灯、车道线等信息。陀螺仪402用于转向角度的测量，超声波传感器403和雷达传感器404用于检测障碍物，采集障碍物信息。超声波传感器403包括发射端和接收端，发射端向外发射脉冲声波信号，接收端接收遇到障碍物后反射的回波。探测装置4用于采集探测避让物的形状、状态和周围环境信息以及本车的转向角角度、速度等运行信息。
实施例3：如图1～图4所示，无人驾驶公交车的防撞避障的操作步骤如下：
F001，探测装置4中的视觉传感器401、超声波传感器403和雷达传感器404实时采集周围环境信息和避让物的运行状态等，通过陀螺仪402测得车辆的即时状态信息；
F002，当探测到道路上有障碍物时，将采集到的实时信息传输到控制系统1进行处理分析，得出避让方案，并将指令传输到执行机构3：
1)如果前方道路的障碍物仅处于车辆一侧或目标较小时，控制系统1向执行机构3发出指令，执行机构3接收指令后完成转向等操作，则车辆在不影响前进的前提下可以向另一侧做±45°角度行走，在视觉传感器401和导航装置的指引下行进；
2)如果前方障碍物太大，位于车辆前方的视觉传感器401均可以探测到该障碍物时，说明障碍物完全挡住了车辆的行进道路，此时车辆在有限宽度的道路上无法行进，则控制系统1向执行机构3发出停车制动命令，车辆停止前进，另外寻找其他道路。
F003，控制系统1根据采集到的实时信息，进行分析计算，判断避障是否成功，如果成功，则接收避障，如果不成功，则重新执行上述步骤。
Claims (9)
1.一种无人驾驶公交车的防撞避障系统，包括车本体、控制系统(1)和供能装置(2)，其特征在于，还包括执行机构(3)、探测装置(4)和缓冲装置(5)，所述执行机构(3)、探测装置(4)均与控制系统(1)信号连接，所述控制系统(1)、执行机构(3)和探测装置(4)还与供能装置(2)连接，所述车本体的前端、后端及车身两侧均安装有缓冲装置(5)；
所述探测装置(4)由若干个视觉传感器(401)、陀螺仪(402)、超声波传感器(403)和雷达传感器(404)组成，其中雷达传感器(404)包括接收模块(4041)、接收控制装置(4042)、发射模块(4043)和发射控制装置(4044)。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述视觉传感器(401)分别安装在车辆的前端、后端和两侧。
3.根据权利要求2所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述视觉传感器(401)采用红外线探测器和/或车载摄像头。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述雷达传感器(404)采用毫米波雷达和/或激光雷达。
5.根据权利要求3所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述供能装置(2)为蓄电池，为控制系统(1)、执行机构(3)和探测装置(4)供电。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述执行机构(3)包括安装在车本体上的移动装置(301)、导向装置(302)、制动机构(303)和牵引杆(304)。
7.根据权利要求6所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述移动装置(301)由设置在车本体前部的驱动前轮(3011)、设置在车本体后部的驱动后轮(3012)及安装在底盘上的电机(3013)组成，所述电机(3013)电连接于控制系统(1)。
8.根据权利要求1所述的无人驾驶公交车的防撞避障系统，其特征在于，所述缓冲装置(5)为弹性材料制成的防撞护栏。
9.一种无人驾驶公交车的防撞避障方法，采用权利要求7所述的防撞避障系统，其特征在于，包括以下操作步骤：
F001，探测装置(4)中的视觉传感器(401)、超声波传感器(403)和雷达传感器(404)实时采集周围环境信息和避让物的运行状态等，通过陀螺仪(402)测得车辆的即时状态信息；
F002，当探测到道路上有障碍物时，将采集到的实时信息传输到控制系统(1)进行处理分析，得出避让方案，并将指令传输到执行机构(3)：
如果前方道路的障碍物仅处于车辆一侧或目标较小时，控制系统(1)向执行机构(3)发出指令，执行机构(3)接收指令后完成转向等操作，则车辆在不影响前进的前提下可以向另一侧做±45°角度行走，在视觉传感器(401)和导航装置的指引下行进；
如果前方障碍物太大，位于车辆前方的视觉传感器(401)均可以探测到该障碍物时，说明障碍物完全挡住了车辆的行进道路，此时车辆在有限宽度的道路上无法行进，则控制系统(1)向执行机构(3)发出停车制动命令，车辆停止前进，另外寻找其他道路；
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