CN107479550A - 一种无人驾驶中的自动转向的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶中的自动转向的方法及系统，其方法包括：在自动驾驶过程中，将驾驶路径规划生成信息发送给PLC；PLC识别信息中的路径控制指令，在判断路径控制指令中有转向需求时，PLC根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转；PLC检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，若汽车实际转向角度与需求角度达到一致，则向转向电机控制器发送回正指令，并在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环。本发明实施通过导航定位，自适应控制转向，实现自适应自动驾驶。

Description

一种无人驾驶中的自动转向的方法及系统

技术领域

本发明涉及自动驾驶领域，具体涉及一种无人驾驶中的自动转向的方法及系统。

背景技术

现代电子信息和网络技术高速发展，推动了很多行业的智能化，也推动了无人驾驶汽车应用，其中自主控制型无人驾驶汽车发展较快，无人驾驶技术基于车辆周围的环境，比如道路路况、车辆位置和障碍物信息，通过车载传感器比如雷达、摄像头等采集获得后，汽车的EUC中和环境信息、车辆本身的状态信息和车辆期望的运动路径等信息，利用控制策略的分析计算，来控制车辆的转向和速度，保证车辆能安全可靠的在道路上行驶，并完成期望的目标路径。目前线控转向系统是无人驾驶汽车的重要执行机构，转向系统需要以精确完成指定角度与角速度来完成转向。

线控转向(steering-by-wire，SBW)系统是更新一代的汽车转向系统，SBW系统主要由转向盘模块、转向执行模块、控制器(Electronic Control Unit，ECU)三个部分以及故障容错系统、车载通信网络和电源灯辅助系统组成。SBW系统取消了转向盘和转向前轮之间的机械连接，其可以自由设计汽车转向系统的角传递和力传递特性，可以更自由的设计汽车的转向系统。以目标转向与实际转角的差值作为转向控制策略的反馈，利用PID算法计算转向执行电机的电流，控制执行电机，完成转向。

现有的无人驾驶技术，在方向盘下安装转角传感器，完成无人驾驶汽车转向系统的硬件改造，转向控制策略与控制器硬件以目标转角与实际转角的差值作为转向控制策略的反馈，利用模糊PID算法计算转向执行电机的电流，控制执行电机，完成转向。

现有的无人驾驶的转向是基于传统的EPS改制的，而EPS本身也很接近线控方式，会采用传统的EPS(电动助力转向)系统来实现转向功能。转向电机控制区会驱动转向电机，这个转向电机通过一个减速器和转向轴相连，当转向电机工作时会带动转向轴转动，从而控制车辆转向。如何实现智能导航驾驶，目前还没有相应匹配的机制原理，无法实现自适应的无人驾驶体现。

发明内容

为了解决上述问题，提供一种无人驾驶中的自动转向的方法及系统，其通过导航定位，自适应控制转向，实现自适应自动驾驶。

相应的，本发明提供了一种无人驾驶中的自动转向的方法，包括如下步骤：

智能汽车系统在完成车辆自检以后，接收用户的目的地定位信息；

基于目的地定位信息在智能汽车系统上完成驾驶路径规划；

基于驾驶路径规划开启汽车自动驾驶过程；

在自动驾驶过程中，将驾驶路径规划生成信息发送给可编辑逻辑控制器(简称PLC)；

PLC识别信息中的路径控制指令，在判断路径控制指令中有转向需求时，PLC根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转；

PLC检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，若汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，则向转向电机控制器发送回正指令，并在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环。

所述智能汽车系统在完成车辆自检包括：

在识别出汽车进入启动阶段后，进入电池管理系统(简称BMS)和MCU自检过程；

若BMS和MCU自检通过，则进入智能汽车系统中的导航工作状态自检过程；

在完成导航工作状态自检通过后，检测车门是否正常关闭；

若正常关闭，则进入智能汽车系统中各参数指标自检，在各参数指标自检完成后，则所述智能汽车系统完成了车辆自检。

所述接收用户的目的地定位信息包括：

基于车载的工控机操作系统(简称工控机OS)接收用户发送的目的地定位信息，或者基于平板终端的工控机OS接收用户发送的目的地定位信息。

所述PLC根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转包括：

PLC控制车辆在指定位置时，控制车辆时速达到预设的固定值；

PLC发送目标偏移角度和偏移角速度给转向电机控制器；

转向电机控制器按照目标偏移角度和偏移角速度驱动转向电机工作。

所述PLC检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致包括：

PLC通过角度编码器检测前轮转向角度；

PLC计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度是否一致；

若偏转角速度是否与目标角速度达到一致时，判断达到关键位置节点时，车辆偏移角度和目标角度是否一致。

所述PLC计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度是否一致之后还包括：

若偏转角速度是否与目标角速度不一致时，PLC基实际偏转角速度与目标角速度大小生成转向加速命令或者减速命令，并基于所述转向加速命令或者减速命令控制调整转向速度；

PLC再次通过角度编码器检测后轮转向角度。

所述判断达到关键位置节点时，车辆偏移角度和目标角度是否一致包括：

若判断车辆偏移角度与目标角度不一致时，判断转向是否不足，若车辆转向不足，则继续调整转向角度，直到与目标转角一致，若判断车辆转向足够，则PLC控制转向紧急回正。

所述继续调整转向角度，直到与目标转角一致以后还包括：

PLC向转向电机控制器发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向。

所述向转向电机控制器发送回正指令还包括：

PLC判断转向是否已经回正，若转向已回正，则在在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环，若判断转向未回正，则PLC发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向。

相应的，本发明还提供了一种无人驾驶中的转向控制系统，包括处理器、MCU、可编辑逻辑控制器、电池管理系统、工控机操作系统、转向电机控制器、转向电机和角度编码器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以上所述的方法。

本发明具有如下优点：现有的自动转向都是基于EPS系统来实现转向功能，自动驾驶过程中的自动转向没有很好的结合导航定位来实现，而本发明实施例采用定位结合自动转向控制过程，使整个自动驾驶控制过程更加的自适应性，具有高效率性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中的无人驾驶中的自动转向的方法流程图；

图2是本发明实施例中的无人驾驶中的自动转向的另一方法流程图；

图3是本发明实施例中的无人驾驶中的自动转向系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所涉及的无人驾驶中的自动转向的方法，其主要涉及如下：智能汽车系统在完成车辆自检以后，接收用户的目的地定位信息；基于目的地定位信息在智能汽车系统上完成驾驶路径规划；基于驾驶路径规划开启汽车自动驾驶过程；在自动驾驶过程中，将驾驶路径规划生成信息发送给PLC；PLC识别信息中的路径控制指令，在判断路径控制指令中有转向需求时，PLC根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转；PLC检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，若汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，则向转向电机控制器发送回正指令，并在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环。

具体的，图1示出了本发明实施中的无人驾驶中的自动转向的方法流程图，包括如下步骤：

启动车辆，进入各种自检项目；

S101、BMS/MCU自检是否通过，若自检通过，则进入S102，若未通过则继续检测，或者系统报警等，结束整个流程；

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)即车辆的BMS；微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

S102、导航工作状态是否正常，若自检通过，则进入S103，若未通过则继续检测，或者系统报警等，结束整个流程；

S103、检测车门是否正常关闭，若自检通过，则进入S103，若未通过则继续检测，或者系统报警等；

整个自检过程是为了检测车辆是否能基于无人驾驶条件下的安全驾驶，保障整个行驶前的车辆未出现故障。

S104、工控机OS接收发送的定位信息；

在完成车辆设备自检以后，用户基于导航系统或者工控机OS所嵌入的导航系统实现行程安排，比如基于导航地图或者导航界面设置相应的目的地，而整个过程需要基于定位信息来完成，首先获取出发地的定位信息，再获取用户所指定的目的地定位信息，通过出发地定位信息和目的地定位信息完成整个行驶路线的规划。

S105、工控机OS规划行驶路线；

在整个导航系统或者定位系统等地图所显示界面后，可以出现多个行驶路线，在所规划的行驶路线中，可以按照用户所选择的某一行驶路线来完成整个行程的自动驾驶过程。

S106、PLC根据指定路线发送指令给转向电机控制器；

在某一行驶路线规划完毕以后，PLC需要将这些行驶路线过程中的关键信息节点设置成相应的指令，这些指令中包括行驶速度、转向指令等等。每一条指定路线所具有不同的指令需求，需要由工控机OS系统根据行驶路线来转换成相应的指令操作，包括对车辆速度的控制、车辆转向控制、转向过程中的速度控制等等。

PLC可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

S107、判断当前指令中是否有转向需求，若有转向需求则进入到S108，若没有转向需求，则进入到S112；

结合行驶路线不断进行定位信息的更新，并判断行驶路线是否会出现转向需求，若出现转向需求，则需要生成相应的转向指令来完成相应的转向控制过程。

S108、PLC控制转向按指定角度偏转；

S109、PLC检测实际转向角度是否与需求转向角度一致，若一致则进入到S110，若不一致则继续S108；

S110、调整转向回正，不再使能转向；

S111、进入下一个行驶循环；

S112、继续当前路径行驶。

相应的，图2示出了本发明实施例中的自动转向的另一方法流程图，具体包括如下步骤：

在车辆自动驾驶开启以后，车辆的自检系统进行自检，包括BMS、MCU、导航工作状态、车门关闭、以及车辆其他的自检等等，具体的：在识别出汽车进入启动阶段后，进入BMS和MCU自检过程；若BMS和MCU自检通过，则进入智能汽车系统中的导航工作状态自检过程；在完成导航工作状态自检通过后，检测车门是否正常关闭；若正常关闭，则进入智能汽车系统中各参数指标自检，在各参数指标自检完成后，则所述智能汽车系统完成了车辆自检。

S201、工控机OS接收发送的定位信息，并规划行驶路线；

这里可以基于车载的工控机OS接收用户发送的目的地定位信息，或者基于平板终端的工控机OS接收用户发送的目的地定位信息。工控机OS上基于导航系统可以接收定位信息，该定位信息可以包括对起始位置定位以及目标地址定位，从而基于导航系统完整路径规划。

S202、PLC根据指定路线发送指令给转向电机控制器；

工控机OS系统可以基于用户选择一个指定路线，从而这些指定路线会转换成PLC所能解析的相关指令，这些相关指令包括速度控制、转向控制，还有其他路径标识等等过程。

S203、在不断解析指令的过程中，需要判断当前是否有转向需求，若有转向需求则进入到S205，若没有转向需求，则进行S204；

S204、继续当前路径行驶，只要行驶过程没有终止，整个过程会一直判断是否有转向需求，以及接收各种指令控制车辆自动转向或者驾驶；

S205、PLC控制车辆在指定位置时，车辆车速达到某一固定值；

具体实施过程中，结合导航系统可以实时精准定位各路况及信息，以及需要控制时速来配合转向过程的完成，在由转向需求时，提前精准的根据时速和位置关系来实现转向过程，比如车辆在转向路口10m左右，需要控制时速降到20km每小时行走，以及达到路口不到1m左右，判断前后左右距离，调整各种偏移角度。

S206、PLC发送目标偏移角度和偏移角速度给转向电机控制器；

基于相应的时速和位置下，调整相应的偏移角度和偏移角速度，保障了自动转向过程的安全。

S207、转向电机控制器驱动转向电机工作；

PLC发送目标偏移角度和偏移角速度给转向电机控制器，转向电机控制器按照目标偏移角度和偏移角速度驱动转向电机工作。

S208、PLC通过角度编码器检测后轮转向角度；

S209、PLC计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度一致，若达到一致则进入S211，若不一致则进入S210；

具体实施过程中，PLC通过角度编码器检测后轮转向角度；PLC计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度是否一致；若偏转角速度是否与目标角速度达到一致时，判断达到关键位置节点时，车辆偏移角度和目标角度是否一致。

S210、PLC发送转向加速/减速命令，控制调整转向速度；

具体实施过程中，若偏转角速度是否与目标角速度不一致时，PLC基实际偏转角速度与目标角速度大小生成转向加速命令或者减速命令，并基于所述转向加速命令或者减速命令控制调整转向速度；PLC再次通过角度编码器检测后轮转向角度。

S211、达到关键位置点时车辆偏转角度和目标角度是否一致，若一致则进入到S213，若不一致则进入S212；

S212、判断转向是否不足，若不足则进入到S213，否则进入到S217；

具体实施过程中，若判断车辆偏移角度与目标角度不一致时，判断转向是否不足，若车辆转向不足，则继续调整转向角度，直到与目标转角一致，若判断车辆转向足够，则PLC控制转向紧急回正。

S213、PLC发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向；

S214、继续调整转向角度，直到与目标转角一致；

S215、PLC计算转向是否已回正，若回正则进入到S216，若未回正，则进入到S213；

在此过程中，PLC判断转向是否已经回正，若转向已回正，则在在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环，若判断转向未回正，则PLC发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向

S216、进入下一个行驶循环；

S217、控制转向紧急回正。

图1和图2所涉及的方法具体可以应用在一种无人驾驶中的转向控制系统中，该系统包括处理器、MCU、可编辑逻辑控制器、电池管理系统、工控机操作系统、转向电机控制器、转向电机和角度编码器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以上图1或者图2的方法。该转向控制系统应用于汽车无人驾驶、或者车辆自动行驶技术中。

具体的，图3示出了本发明实施例中的无人驾驶中的自动转向的系统结构示意图，该系统一般设置有：智能汽车系统和相应的控制部件，智能汽车系统一般设置有工控机OS和PLC，工控机OS为一个智能汽车操作系统，其属于智能化操作界面平台，可以进行各种操控性，而智能汽车系统搭载有相应的导航系统，在整个自动转向过程中，由于OS和PLC就是上位机和下位机的关系，它们之间信息交互可以通过调用API实现，而且PLC发送的指令就是CAN信号或者数字/模拟信号，这些指令可以发送到各硬件中的微处理单元进行解析，并完成相应的受控处理，PLC与转向电机控制器间基于信号线通讯，而转向电机控制器与转向电机间有电源线连接着，整个硬件平台还设有减速器、转向器和转向拉杆等，转向拉杆依附于车辆上的车轮。

PLC可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

综上，现有的自动转向都是基于EPS系统来实现转向功能，自动驾驶过程中的自动转向没有很好的结合导航定位来实现，而本发明实施例采用定位结合自动转向控制过程，使整个自动驾驶控制过程更加的自适应性，具有高效率性。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的无人驾驶中的自动转向的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，包括如下步骤：

智能汽车系统在完成车辆自检以后，接收用户的目的地定位信息；

基于目的地定位信息在智能汽车系统上完成驾驶路径规划；

基于驾驶路径规划开启汽车自动驾驶过程；

在自动驾驶过程中，将驾驶路径规划生成信息发送给可编辑逻辑控制器；

可编辑逻辑控制器识别信息中的路径控制指令，在判断路径控制指令中有转向需求时，可编辑逻辑控制器根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转；

可编辑逻辑控制器检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致，若汽车实际转向角度与需求角度达到一致，则向转向电机控制器发送回正指令，并在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环。

2.如权利要求1所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述智能汽车系统在完成车辆自检包括：

在识别出汽车进入启动阶段后，进入电池管理系统和MCU自检过程；

若电池管理系统和MCU自检通过，则进入智能汽车系统中的导航工作状态自检过程；

在完成导航工作状态自检通过后，检测车门是否正常关闭；

若正常关闭，则进入智能汽车系统中各参数指标自检，在各参数指标自检完成后，则所述智能汽车系统完成了车辆自检。

3.如权利要求1所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述接收用户的目的地定位信息包括：

基于车载的工控机操作系统接收用户发送的目的地定位信息，或者基于平板终端的工控机操作系统接收用户发送的目的地定位信息。

4.如权利要求1所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述可编辑逻辑控制器根据指定路线发送转向指令给转向电机控制器，控制转向电机控制器按照指定角度偏转包括：

可编辑逻辑控制器控制车辆在指定位置时，控制车辆时速达到预设的固定值；

可编辑逻辑控制器发送目标偏移角度和偏移角速度给转向电机控制器；

转向电机控制器按照目标偏移角度和偏移角速度驱动转向电机工作。

5.如权利要求1所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述可编辑逻辑控制器检测汽车实际转向角度是否与需求角度达到一致包括：

可编辑逻辑控制器通过角度编码器检测后轮转向角度；

可编辑逻辑控制器计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度是否一致；

若偏转角速度是否与目标角速度达到一致时，判断达到关键位置节点时，车辆偏移角度和目标角度是否一致。

6.如权利要求5所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述可编辑逻辑控制器计算车辆实际偏转角速度是否与目标角速度是否一致之后还包括：

若偏转角速度与目标角速度不一致时，可编辑逻辑控制器基于实际偏转角速度与目标角速度大小生成转向加速命令或者减速命令，并基于所述转向加速命令或者减速命令控制调整转向速度；

可编辑逻辑控制器再次通过角度编码器检测前轮转向角度。

7.如权利要求6所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述判断达到关键位置节点时，车辆偏移角度和目标角度是否一致包括：

若判断车辆偏移角度与目标角度不一致时，判断转向是否不足，若车辆转向不足，则继续调整转向角度，直到与目标转角一致，若判断车辆转向足够，则可编辑逻辑控制器控制转向紧急回正。

8.如权利要求7所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述继续调整转向角度，直到与目标转角一致以后还包括：

可编辑逻辑控制器向转向电机控制器发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向。

9.如权利要求8所述的无人驾驶中的自动转向的方法，其特征在于，所述向转向电机控制器发送回正指令还包括：

可编辑逻辑控制器判断转向是否已经回正，若转向已回正，则在回正以后按照驾驶路径规划继续下一个行驶循环，若判断转向未回正，则可编辑逻辑控制器发送回正指令，由转向电机控制器驱动转向电机回正转向。

10.一种无人驾驶中的转向控制系统，其特征在于，包括处理器、MCU、可编辑逻辑控制器、电池管理系统、工控机操作系统、转向电机控制器、转向电机和角度编码器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-9任一项所述的方法。