CN106774291A - 一种自动驾驶电动汽车的电控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆前向安全监控预警装置，包括决策系统对感知系统采集的数据进行融合，并根据决策算法进行处理，得出决策数据对车辆进行控制，及控制车辆执行控制任务；感知系统与决策系统连接，包括：差分GPS模块，用于提供车辆位置信息与航向姿态；激光雷达模块，用于获取车辆前障碍物信息；超声波雷达模块，用于感知车辆周边的环境信息；驱动系统通过智能线控单元连接决策系统，智能线控单元还连接车辆底层执行机构，进行车辆操控以及自动驾驶模式和传统模式的切换；人机交互系统用于显示车辆状态、操纵命令信息、执行情况和地理信息。采用了线控底盘和模块化设计，降低了调试成本、提高开发效率，便于扩展。

Description

一种自动驾驶电动汽车的电控系统

技术领域

本发明涉及汽车自动控制技术领域，具体地涉及一种自动驾驶电动汽车的电控系统。

背景技术

随着汽车自动驾驶技术的不断发展，驾驶人员对自动驾驶技术的需求也日趋强烈。自动驾驶技术可以降低司机的驾驶强度，尤其对于需要长时间执行驾驶任务的司机具有重要意义。先进的驾驶辅助与自动驾驶技术能将车辆行驶安全性提升到新的高度，还可以帮助降低车辆的能耗与排放，降低汽车的驾驶成本。自动驾驶汽车是汽车企业先进技术与车型的集中展示平台，也是未来产品的发展方向。

目前，自动驾驶汽车所配备的传感器过于昂贵，高昂的成本已经成为自动驾驶汽车产品化的重大阻碍；在自动驾驶汽车电控系统的开发过程中，会出现无法预测和发现的系统中的问题，且反复实车测试验证成本较高，无法保证开发周期。现有传统车辆，功能扩展性较差、开发效率低、开发周期长；人们希望能买到能够满足自身要求的汽车且有别于其他人的车辆，且个性化的要求越来越多，但传统的汽车设计思想是基于大规模产量基础上的，无法满足市场日益变化的不同需求。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种自动驾驶电动汽车的电控系统，采用了线控底盘和模块化设计，降低了调试成本、提高开发效率、缩短开发周期，便于系统的扩展，为后续的自动驾驶场景的扩充与完善提供便利。

本发明的技术方案是：

一种车辆前向安全监控预警装置，包括感知系统、决策系统、驱动系统和人机交互系统；

所述决策系统为上位机控制器VCU，对感知系统采集的数据进行融合，并根据决策算法进行处理，得出决策数据对车辆进行控制，及控制车辆执行控制任务；

所述感知系统与决策系统连接，包括：

差分GPS模块，用于提供高精度的车辆位置信息与航向姿态；

激光雷达模块，安装于车身前端，用于获取车辆前的静态与动态障碍物信息；

超声波雷达模块，安装于车身四周，用于感知车辆周边的环境信息，判断障碍物的位置；

所述驱动系统采用线控底盘，通过智能线控单元SCU连接决策系统，所述智能线控单元SCU还连接车辆底层执行机构，进行车辆操控以及自动驾驶模式和传统模式的切换；

所述人机交互系统连接决策系统、驱动系统以及感知系统，包括车载显示器，用于显示车辆状态、操纵命令信息、执行情况和地理信息。

优选的，所述决策数据至少包括车辆速度、方向盘转角、挡位信号和制动信号。

优选的，所述控制任务至少包括车辆寻迹行驶、定点停车、纵横向协同，所述车辆寻迹行驶包括上位机控制器VCU将车辆的状态信息与地图进行匹配，实现车辆自动寻迹行驶；所述定点停车，车辆根据选择停车点，沿着地图轨迹行驶，根据车辆当前位置与停车点的位置判断是否到达停车点，当车辆到达停车点时，执行停车制动控制，使车辆在预设停车点停车；所述纵横向协同包括决策系统根据目标数据和反馈数据，给出实时的车辆速度和方向盘角度，实现车辆纵横向的协同控制。

优选的，所述智能线控单元SCU通过电机控制器采集油门踏板和挡位信号，所述电机控制器由决策系统控制；所述智能线控单元SCU通过EPS控制器检测方向盘和转角传感器信号，并对方向盘转向实现闭环控制；所述智能线控单元SCU通过ABS控制器采集制动踏板和压力传感器信号，对车辆进行制动控制。

优选的，所述人机交互系统还包括移动终端，所述移动终端通过服务器连接上位机控制器VCU，用于响应乘客的招车指令及目标地点选择指令、向乘客显示车辆当前行驶状态、环境感知结果、地图路径的选择及车辆定位信息。

优选的，所述决策算法包括以下步骤：

S01：建立与设置通信环境，确定每帧数据的收发格式；

S02：加载采集的原始地图和设定的停车点，对加载的每组道路信息点数据进行处理和转换，按规定格式保存道路点信息，形成完整的可执行地图；

S03：接收传感器和执行机构传回的反馈数据，管理线程中的数据交换；

S04：对接收到的数据进行处理运算，得出决策数据，并将得出的决策数据发送至驱动系统执行。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1．有较强的兼容性和可扩展性，可根据场景的需求，利用线控底盘优势，优化控制结果、实现汽车动力的柔性连接、减少制造成本；采用CAN总线网络，简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本；采用了整车电控系统模块化，适用不同需求下的功能模块的合理选择和组合，可以克服目前自动驾驶汽车电控硬件系统开发周期长、开发成本高，且系统可扩展性差等不足，满足个性化的需求。该系统不仅能节约研发调试成本、还能提高开发效率、缩短开发周期，为后续的自动驾驶场景的扩充与完善提供便利。

2．本发明的车电控系统可以对障碍物进行精确的定位并进行提前减速、制动或避让，可有效提高正常行驶的安全性；该系统可以使汽车在自动驾驶模式下行驶时，由根据电子地图的路径，自动规划轨迹，顺利实现车辆巡航功能；可进行手机召车，响应乘客的招车指令及目标地点选择指令、向乘客显示车辆当前行驶状态、环境感知结果、地图路径的选择及车辆定位信息。自动驾驶汽车电控系统中的多传感器融合的环境感知系统，具有稳定可靠、抗干扰能力较强、实用性高、成本低等特点，适合车辆自动驾驶功能的实现。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1 是本发明自动驾驶电动汽车的电控系统总框图；

图2 是本发明自动驾驶电动汽车的电控系统结构原理图；

图3 是本发明自动驾驶电动汽车的电控系统传感器布置图；

图4 是本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法总框图；

图5 是本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法决策模块流程图；

图6 是本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法Jobs模块流程图；

图7 是本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法决策控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。

如图1所示，本发明的自动驾驶电动汽车的电控系统，包括感知系统、决策系统、驱动系统和人机交互系统。

感知系统由串口线连到决策系统的安装于车辆顶部的差分GPS模块，能够提供高精度车辆位置信息（经度和纬度）与航向姿态，与地图进行匹配，得到车辆行驶轨迹；由网线连到决策系统的安装于车身前端的激光雷达模块，以获取车辆前的静态与动态障碍物信息；由CAN线连到决策系统的安装于车身四周的12个超声波探头及其控制器组成，用于车辆周边近距离环境信息的全方位感知。具体连接方式如图2所示，具体安装位置如图3所示。

决策系统包括上位机控制器VCU，采用基于通用控制器，可方便的移植至其他嵌入式系统中。硬件平台满足决策系统的软件需求，即可快速的封装为较为成熟的汽车级控制器。决策系统用于将车载传感器传回的数据，通过控制算法的运算处理，得出车辆速度、方向盘转角、挡位信号和制动信号等决策数据，发送给驱动系统以实现车辆的自动控制，包括车辆寻迹行驶、定点停车、纵横向协同等控制任务。

其中，车辆寻迹行驶，通过差分GPS采集车辆的位置信号和获取车辆的航向角等数据信息，传回给上位机控制器VCU，将车辆的状态信息与地图进行匹配，实现车辆自动寻迹行驶功能；定点停车，可以是通过移动终端选择车辆的停车点，在车辆沿着地图轨迹行驶过程中，根据车辆当前位置与停车点的位置判断是否到达停车点，当车辆到达停车点时，执行停车制动控制，使车辆在预设停车点停车；纵横向协同，决策系统根据目标数据和反馈数据，给出实时的车辆速度和方向盘角度，以实现车辆的纵横向的协同控制。

驱动系统采用线控底盘，由智能线控单元SCU通过电机控制器采集油门踏板和挡位信号，决策子系统给电机控制器信号，以实现挡位和油门控制；通过EPS控制器检测方向盘和转角传感器信号，并对方向盘转向实现闭环控制；通过ABS控制器采集制动踏板和压力传感器信号，实现对车辆的制动控制。

线控底盘，在控制上相比于机械控制具有绝对优势，同时还优化了控制结果、控制灵敏；实现了汽车动力的柔性连接，使得车身和底盘可以完全分开；结构简单，不但减少了制造成本，同时也减少了底盘所需的空间，增加了乘坐空间。

人机交互系统包括车载显示器和移动终端。车载显示器通过串口线连到上位机控制器VCU，用于显示车辆状态、显示操纵命令信息及执行情况和显示地理信息等。移动终端可以为Android手机，Android手机通过服务器将请求信息发送到上位机控制器VCU，用于响应乘客的招车指令及目标地点选择指令、向乘客显示车辆当前行驶状态、环境感知结果、地图路径的选择及车辆定位信息。

感知系统、决策系统、驱动系统和人机交互系统利用CAN总线网络实现互联，能够起到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的作用。

具体算法流程

如图4所示，本发明所述的自动驾驶电动汽车的上位机控制算法总框图，包括感知模块、数据融合、决策模块和驱动模块。首先由控制车载传感器对道路信息进行采集，再将采集到的数据进行数据融合，Socket接收处理完的传感器数据，通过决策算法的运算处理得出决策数据，发送给驱动模块执行决策动作。

如图5所示，本发明所述的自动驾驶电动汽车的上位机控制算法决策模块流程，首先进行通信环境的建立与设置，确定每帧数据的收发格式；加载采集的原始地图和设定的停车点，对加载的每组道路信息点数据进行处理和转换，在按规定格式保存道路点信息，形成最终完整的可执行地图；最后执行Jobs模块。

如图6所示，本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法Jobs模块流程图，包括并行运行的四个子模块：数据接收，用于接受传感器和执行机构传回的反馈数据；消息管理，管理线程中的数据交换；决策控制，对接收到的数据进行处理运算，得出最终的决策数据；数据广播，将得出的决策数据发送至驱动模块执行。

如图7所示，本发明所述的自动驾驶电动汽车的控制算法决策控制流程图，包括环境感知数据接收；根据地图给出的道路点信息，执行车辆自动寻迹功能；雷达会在执行自动寻迹过程中，根据实时的障碍物检测，对车辆角度和速度进行限制；判断车辆是否到达预设停车点（手机招车设置的停车点），给出停车点速度和状态标志；最后计算出车辆的目标速度和角度。

本发明采用了电动汽车线控底盘，提供了通用的控制接口，便于设备连接和功能扩展；采用CAN总线网络，简化设备连接和系统调试；对于整车电控系统采用模块化设计，适用不同需求下的功能模块的合理选择和组合。所述自动驾驶电动汽车电控系统可以实现车辆的自动寻迹、障碍物自动避让、人机交互、手机召车等功能；自动驾驶电动汽车电控系统融合差分GPS、激光雷达、超声波雷达等传感器，具有稳定可靠、抗干扰能力较强、实用性强等特点，并严格控制电控系统的成本，适合车辆自动驾驶功能的实现。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种车辆前向安全监控预警装置，其特征在于，包括感知系统、决策系统、驱动系统和人机交互系统；

所述决策系统为上位机控制器VCU，对感知系统采集的数据进行融合，并根据决策算法进行处理，得出决策数据对车辆进行控制，及控制车辆执行控制任务；

所述感知系统与决策系统连接，包括：

差分GPS模块，用于提供高精度的车辆位置信息与航向姿态；

激光雷达模块，安装于车身前端，用于获取车辆前的静态与动态障碍物信息；

超声波雷达模块，安装于车身四周，用于感知车辆周边的环境信息，判断障碍物的位置；

所述驱动系统采用线控底盘，通过智能线控单元SCU连接决策系统，所述智能线控单元SCU还连接车辆底层执行机构，进行车辆操控以及自动驾驶模式和传统模式的切换；

所述人机交互系统连接决策系统、驱动系统以及感知系统，包括车载显示器，用于显示车辆状态、操纵命令信息、执行情况和地理信息。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶电动汽车的电控系统，其特征在于，所述决策数据至少包括车辆速度、方向盘转角、挡位信号和制动信号。

3.根据权利要求1所述的自动驾驶电动汽车的电控系统，其特征在于，所述控制任务至少包括车辆寻迹行驶、定点停车、纵横向协同，所述车辆寻迹行驶包括上位机控制器VCU将车辆的状态信息与地图进行匹配，实现车辆自动寻迹行驶；所述定点停车，车辆根据选择停车点，沿着地图轨迹行驶，根据车辆当前位置与停车点的位置判断是否到达停车点，当车辆到达停车点时，执行停车制动控制，使车辆在预设停车点停车；所述纵横向协同包括决策系统根据目标数据和反馈数据，给出实时的车辆速度和方向盘角度，实现车辆纵横向的协同控制。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶电动汽车的电控系统，其特征在于，所述智能线控单元SCU通过电机控制器采集油门踏板和挡位信号，所述电机控制器由决策系统控制；所述智能线控单元SCU通过EPS控制器检测方向盘和转角传感器信号，并对方向盘转向实现闭环控制；所述智能线控单元SCU通过ABS控制器采集制动踏板和压力传感器信号，对车辆进行制动控制。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶电动汽车的电控系统，其特征在于，所述人机交互系统还包括移动终端，所述移动终端通过服务器连接上位机控制器VCU，用于响应乘客的招车指令及目标地点选择指令、向乘客显示车辆当前行驶状态、环境感知结果、地图路径的选择及车辆定位信息。

6.根据权利要求1所述的改进的运动目标检测系统，其特征在于，所述决策算法包括以下步骤：

S01：建立与设置通信环境，确定每帧数据的收发格式；

S02：加载采集的原始地图和设定的停车点，对加载的每组道路信息点数据进行处理和转换，按规定格式保存道路点信息，形成完整的可执行地图；

S03：接收传感器和执行机构传回的反馈数据，管理线程中的数据交换；

S04：对接收到的数据进行处理运算，得出决策数据，并将得出的决策数据发送至驱动系统执行。