CN108121346A - 一种基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统及方法。它包括：高精导航定位系统用于自身的定位数据获取车辆的粗定位坐标；自动驾驶控制系统用于接收高精导航定位系统的信息，并结合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精确定位坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的距离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶方向；车辆控制系统用于控制降低车速及行驶方向变化。本发明能对车辆进行精确定位，提前获取车辆的控制信息，控制车辆控制系统采取措施，进行车速调整，行驶方向变化，该系统具有较好的经济性和可行性，对自动驾驶车辆的安全性、舒适性有较大的改善。
Description
技术领域
本发明属于汽车自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于高精导航 定位系统的自动驾驶方向控制系统及方法。
背景技术
汽车自动驾驶技术从萌芽到如今已经走过了几十年的发展历程。 在平路上行驶，借助激光雷达、毫米波雷达、摄像头等传感器对道路 的识别，可以较好的实现自动驾驶功能。由于上述传感器无法在雨、 雪、雾等极端天气下对超出距离(300米)的弯道、匝道进行有效识 别，造成驾驶员发现时距离过近，很容易出现交通事故，严重验证影 响车辆、成员、财产和行人生命安全，同时也对自动驾驶的舒适性产 生影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种 基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统及方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于高精导航定位系统的自动驾 驶方向控制系统，包括
高精导航定位系统，用于根据自身的定位数据获取车辆的粗定位 坐标，并发送给自动驾驶控制系统；
自动驾驶控制系统，用于接收高精导航定位系统的信息，并结合 车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精确定位坐 标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的距离 数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶方 向，输出不同的控制命令至车辆控制系统；
车辆控制系统，用于根据不同控制命令分别控制降低车速及行驶 方向变化。
进一步地，所述高精导航定位系统包括基准站GPS、车辆上的移 动站GPS、差分接收机、惯导和定位模块，所述基准站GPS将误差修 正参数实时播发出去，差分接收机接收误差修正参数并传给移动站 GPS，移动站GPS将接收的数据及自身的数据输入至惯导，惯导将移 动站GPS数据及基准站GPS的修正数据传送给定位模块，定位模块 根据接收的数据获取车辆的粗定位坐标。
进一步地，所述高精导航定位系统与自动驾驶控制系统之间通过 以太网进行通信。
进一步地，所述车辆探测系统包括安装于车辆上的雷达和摄像头， 用于获取车辆周边的环境信息并输出至自动驾驶控制系统。
所述环境信息包括车辆周边的车辆、行人、路牌和箭头标识信息。
进一步地，所述车辆控制系统包括
发动机控制器，用于根据控制命令中的虚拟加速踏板信号逐步减 小车辆输出驱动扭矩到系统标定的目标值扭矩。
电子转向助力控制器，用于根据控制命令中的期望方向盘转角和 期望方向盘转向角速度控制车辆按要求完成转向。
进一步地，所述车辆控制系统还包括制动控制器，用于根据控制 命令中的减速度指令控制车辆平稳制动，直到车辆的车速达到目标车 速。
更进一步地，所述车辆控制系统还包括车身控制器，用于根据控 制命令中的车灯信号点亮制动灯及转向灯。
一种基于上述自动驾驶方向控制系统的控制方法，过程为：高精 导航定位系统获取车辆的粗定位坐标；自动驾驶控制系统根据粗定位 坐标结合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精 确定位坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯 道的距离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度 和行驶方向，输出不同的控制命令至车辆控制系统；车辆控制系统根 据不同控制命令分别控制降低车速及行驶方向变化。
进一步地，所述车辆控制系统根据控制命令中的虚拟加速踏板信 号逐步减小车辆输出驱动扭矩到系统标定的目标值扭矩；根据控制命 令中的期望方向盘转角和期望方向盘转向角速度控制车辆按要求完成 转向；根据控制命令中的车灯信号点亮制动灯及转向灯。
更进一步地，当辆输出驱动扭矩降低至系统标定的目标值扭矩后， 自动驾驶控制系统判断车速大于目标车速时，发送减速度指令至车辆 控制系统，车辆控制系统根据减速度指令控制车辆平稳制动，直到车 辆的车速达到目标车速。
本发明自动驾驶方向控制系统通过高精导航定位系统对车辆进行 粗定位，然后车辆自动驾驶控制系统结合车辆探测系统对车辆进行精 确定位，并提前获取车辆道路信息匝道、弯道的距离、曲率半径、交 通标识信息等，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度 和行驶方向，最后自动驾驶系统控制电子转向助力系统、动力系统、 制动系统、车辆控制系统采取措施，进行车速调整，行驶方向变化， 有效解决方向控制不及时的问题。该系统对自动驾驶车辆的电子转向 助力控制器、发动机控制器、制动控制器的软件做了适应性开发，未 增加硬件成本，未增加硬件成本具有较好的经济性和可行性，对自动 驾驶车辆的安全性、舒适性有较大的改善。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明高精导航定位系统的原理示意图。
图3为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便 于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制 系统包括高精导航定位系统1、自动驾驶控制系统2和车辆控制系统3， 其中：
高精导航定位系统1，用于根据自身的定位数据获取车辆的粗定位坐 标，并发送给自动驾驶控制系统2，高精导航定位系统1与自动驾驶控制系 统2之间通过以太网进行通信。如图2所示，高精导航定位系统1包括基 准站GPS 15、车辆上的移动站GPS 17、差分接收机16、惯导18和定位模 块19，所述基准站GPS 15将误差修正参数实时播发出去，差分接收机16 接收误差修正参数并传给移动站GPS 17，移动站GPS 17将接收的数据及 自身的数据输入至惯导18，惯导18将移动站GPS数据及基准站GPS 15的 修正数据传送给定位模块，定位模块解析移动站GPS 17的定位坐标、基准 站GPS 15的修正参数，经过差分计算，得到分米级的定位坐标。定位模块 19位于车辆自动驾驶控制系统中，本发明高精导航定位系统1与自动驾驶 控制系统2共用定位模块19。
自动驾驶控制系统2，用于接收高精导航定位系统的信息，并结 合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精确定位 坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的距 离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶 方向，输出不同的控制命令至车辆控制系统。自动驾驶控制系统与车 辆控制系统之间通过CAN总线进行连接传输数据。自动驾驶控制系 统输出的控制命令包括虚拟加速踏板信号、减速度指令信号、期望方 向盘转角和期望方向盘转向角速度信号及车灯信号。
获取精确定位坐标、车辆需要控制的速度和行驶方向，在这里分 别给出示例：
示例1：车辆分米级定位坐标D(X,Y，Z)，车辆与限速牌的距 离49.99米；车辆摄像头、雷达识别的前方限速牌与车辆的距离是50.55 米，可以修正D(X,Y，Z)的坐标为D’(X,Y+50.55-49.99,Z)。由于 激光雷达测距精度＜2cm，修正后的车辆定位精度达到厘米级的精度。
示例2：车辆分米级的定位坐标D(X,Y，Z)，在高精地图上查 到车辆与车道线距离0.35米；摄像头识别车辆与车道线的距离是0.54 米；可以修正坐标D(X,Y，Z)为D’(X+0.54-0.35,Y,Z)。由于高清 摄像头测距精度＜3cm，修正后的车辆定位精度达到厘米级。
示例3：当前车速V1为60km/h，通过高精导航定位系统、雷达、 摄像头发现前方弯道距离D为100m，弯道限速V2为30km/h，车辆 到达弯道的时间t＝D/V1*3600/1000，计算车速由V1变到V2的减速 度a＝(V2-V1)/t*1000/3600，与发动机系统的加速踏板置零产生的反拖 减速度a’比较，如果a<a’，则车辆制动由发动机系统完成；反之， 车辆制动由发动机系统与制动系统共同完成。
方向盘转向角计算：r＝R/d；(d为车辆转向系统计算出的一个常 数)。
方向盘转向角角速度计算：ɑ＝f(e，r)；(f(e，r)，e为车辆转 向系统计算出的一个常数，f(e，r)为角速度的计算函数)。
车辆探测系统8包括安装于车辆上的雷达9和摄像头10，用于获 取车辆周边的环境信息并输出至自动驾驶控制系统。环境信息包括车 辆周边的车辆、行人、路牌和箭头标识等信息。
车辆控制系统3用于根据不同控制命令分别控制降低车速及行驶 方向变化。具体地，车辆控制系统3包括
发动机控制器4，用于根据控制命令中的虚拟加速踏板信号控制 发动机本体11逐步减小车辆输出驱动扭矩到系统标定的目标值扭矩。
电子转向助力控制器5，用于根据控制命令中的期望方向盘转角 和期望方向盘转向角速度控制车辆的电子转向助力执行机构13按要 求完成转向。
制动控制器6，用于根据控制命令中的减速度指令控制车辆的制 动系统12平稳制动，直到车辆的车速达到目标车速。
车身控制器7，用于根据控制命令中的车灯信号点亮制动灯及转 向灯14，提醒后方车辆注意控制车速，避免追尾。
如图3所示，一种基于上述自动驾驶方向控制系统的控制方法，过程 为：高精导航定位系统获取车辆的粗定位坐标；自动驾驶控制系统根据粗 定位坐标结合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精 确定位坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的 距离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶方 向，输出不同的控制命令至车辆控制系统；车辆控制系统根据不同控制命令分别控制降低车速及行驶方向变化。
按交通指示路牌的速度要求，自动驾驶控制系统结合当前车辆周 边情况计算出合理的模拟加速踏板需求信号，通过CAN总线发送给 发动机控制器响应。发动机控制器使能后按照模拟加速踏板需求逐步 减小输出驱动扭矩为系统标定的目标值扭矩，自动调节车辆速度。
如果通过上述限制发动机扭矩的措施还不足以将车速调低到一个 目标车速，自动驾驶控制系统通过CAN总线发出自动驾驶使能信号 及制动减速度请求信号给制动控制器，制动控制器收到该信号后按照 制动减速度请求调整制动扭矩输出，直到车辆的车速达到目标车速， 自动驾驶控制系统减速度指令归零。
自动驾驶控制系统在需要制动系统来降低车辆速度的同时，对车 身控制器发出制动灯开启命令信号，在紧急制动时还要对车身控制器 发出危险报警灯控制命令、喇叭控制命令，车身控制器按照自动驾驶 控制系统指令点亮相关车灯，提醒后方车辆注意控制车速，避免追尾。
自车在到达弯道、匝道时，已将车速调整到一个合适的值，自动 驾驶控制系统通过CAN总线发出自动驾驶使能信号及期望方向盘转 角和期望方向盘转向角速度请求信号给电子转向助力控制器，电子转 向助力控制器按要求控制电子转向助力执行机构完成按要求的方向盘 角速度和转角要求完成转向，控制车辆平稳、安全通过弯道、匝道。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。
Claims (10)
1.一种基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：包括
高精导航定位系统(1)，用于根据自身的定位数据获取车辆的粗定位坐标，并发送给自动驾驶控制系统；
自动驾驶控制系统(2)，用于接收高精导航定位系统的信息，并结合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精确定位坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的距离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶方向，输出不同的控制命令至车辆控制系统；
车辆控制系统(3)，用于根据不同控制命令分别控制降低车速及行驶方向变化。
2.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述高精导航定位系统(1)包括基准站GPS(15)、车辆上的移动站GPS(16)、差分接收机(17)、惯导(18)和定位模块(19)，所述基准站GPS(15)将误差修正参数实时播发出去，差分接收机(17)接收误差修正参数并传给移动站GPS(16)，移动站GPS(16)将接收的数据及自身的数据输入至惯导(18)，惯导(18)将移动站GPS(16)数据及基准站GPS(15)的修正数据传送给定位模块(19)，定位模块根据接收的数据获取车辆的粗定位坐标。
3.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述高精导航定位系统(1)与自动驾驶控制系统(2)之间通过以太网进行通信。
4.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述车辆探测系统(8)包括安装于车辆上的雷达(9)和摄像头(10)，用于获取车辆周边的环境信息并输出至自动驾驶控制系统。
所述环境信息包括车辆周边的车辆、行人、路牌和箭头标识信息。
5.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述车辆控制系统包(3)括
发动机控制器(4)，用于根据控制命令中的虚拟加速踏板信号逐步减小车辆输出驱动扭矩到系统标定的目标值扭矩。
电子转向助力控制器(6)，用于根据控制命令中的期望方向盘转角和期望方向盘转向角速度控制车辆按要求完成转向。
6.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述车辆控制系统(3)还包括制动控制器(5)，用于根据控制命令中的减速度指令控制车辆平稳制动，直到车辆的车速达到目标车速。
7.根据权利要求1所述的基于高精导航定位系统的自动驾驶方向控制系统，其特征在于：所述车辆控制系统(3)还包括车身控制器(7)，用于根据控制命令中的车灯信号点亮制动灯及转向灯。
8.一种基于权利要求1-7所述的任意一项自动驾驶方向控制系统的控制方法，其特征在于：高精导航定位系统获取车辆的粗定位坐标；自动驾驶控制系统根据粗定位坐标结合车辆探测系统采集的数据及车辆的高精地图，获取车辆的精确定位坐标、车辆行驶方向上的弯道曲率、交通标识信息及车辆与弯道的距离数据，根据当前车速及获取的数据确定车辆需要控制的速度和行驶方向，输出不同的控制命令至车辆控制系统；车辆控制系统根据不同控制命令分别控制降低车速及行驶方向变化。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述车辆控制系统根据控制命令中的虚拟加速踏板信号逐步减小车辆输出驱动扭矩到系统标定的目标值扭矩；根据控制命令中的期望方向盘转角和期望方向盘转向角速度控制车辆按要求完成转向；根据控制命令中的车灯信号点亮制动灯及转向灯。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：当辆输出驱动扭矩降低至系统标定的目标值扭矩后，自动驾驶控制系统判断车速大于目标车速时，发送减速度指令至车辆控制系统，车辆控制系统根据减速度指令控制车辆平稳制动，直到车辆的车速达到目标车速。
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