CN109113498B

CN109113498B - 基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统

Info

Publication number: CN109113498B
Application number: CN201810863147.1A
Authority: CN
Inventors: 余伶俐; 魏亚东; 邵玄雅; 周开军; 况宗旭; 严孝鑫
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-08-01
Also published as: CN109113498A

Abstract

本发明公开了一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，包括如下阶段：阶段一：准备阶段，车辆在车站停车后才能进入车门控制阶段，阶段二：上下车车门自动控制阶段：阶段三：再起步阶段，在自动驾驶公交同时接收到上车完成指令和下车完成指令后，车辆继续行驶。本发明能实现车辆在站台停车后智能化控制前后门的开关。

Description

基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统

技术领域

本发明涉及智能驾驶及其控制技术领域，特别是一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统。

背景技术

随着国家对无人驾驶的高度重视，自动驾驶技术也从以前的想象走到了现实中。而公交线路和停靠站的固定性，使得公交车控制的重复性相对较高，专用车道的设定也使得公交车行驶的路况相对简单，这些就促使了公交车成为自动驾驶技术在日常生活中普及的突破口，完整的自动驾驶技术不仅包括了对车辆行驶决策的自动控制，也包括了对车门的智能化控制。

普通的公交车的车门控制是公交车在车站停靠时，司机根据人为判断是否有上下车的需求和上下车是否结束来决定前后门的开关；相对于普通公交的全人控方式，地铁则是固定程序化设置，当地铁确认到站后，维持开门动作为设定的时间，然后关闭车门；而自动驾驶公交的智能化车门是利用红外探测器替代人为感知判断是否有上下车需求，并做到智能控制车门开关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，实现自动驾驶车辆在车站停车后，自主检测、判断乘客是否有上、下车的需求，来控制控制自动驾驶公交前、后车门的自动开与关，取代公交车司机判断的环节；并通过检测乘客上下车持续的时间来自主调整前后车门打开的时间，避免地铁在固定的开门时间内无法全部完成乘客上车和下车动作的问题；同时伴有防夹保护，即乘客在关门瞬间上车，车门仍处于关闭指令时出现的乘客被车门夹到的情况。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门智能化设计，包括准备阶段、上下车车门自动控制阶段和再起步阶段，同时包括车门开关功能、障碍物检测功能、再关门功能；

所述准备阶段，自动驾驶公交在车站停车到位后发出停车完成指令。停车完成指令为上下车门控制使能指令，只有当停车完成指令发出后，车辆才能进行上下车门控制阶段；

所述上下车车门自动控制阶段，包括自动驾驶公交在车站停车后的上车车门自动控制和下车车门自动控制，上、下车门控制过程完成后会发出上车完成指令和下车完成指令，只有上车完成指令和下车完成指令同时存在时，车辆自主判断上下车过程结束，进入再起步阶段。

所述再起步阶段，在自动驾驶公交同时接收到上车完成指令和下车完成指令后，进入再起步阶段，车辆按着规定的线路继续行驶。

所述车门开关功能，即为车门打开或关闭，为车门基础功能，在接到停车完成指令时使能，在上车完成指令和下车完成指令同时接收时屏蔽使能，包括自动控制、手动控制，自动控制在手动控制介入后中断，在重新进入自动驾驶状态后使能。

所述障碍物检测功能，自动驾驶公交的车门在执行关门指令后出现乘客被车门夹到情况执行的保护措施，在接到停车完成指令时使能，在上车完成指令和下车完成指令同时接收时屏蔽使能。

所述再关门功能，针对障碍物检测功能出现乘客被夹时，车门打开后的再关门功能，在接到停车完成指令时使能，在上车完成指令和下车完成指令同时接收时屏蔽使能。

进一步地，所述上车车门自动控制阶段包括以下步骤：

步骤1、用红外探测器检测有无上车需求，检测时间持续15s，如果有上车需求跳转到步骤2，如果没有检测到上车需求则跳转到步骤3，其中15s为乘客从车站内最后端走到上车位置所需时间；

步骤2、发出开前门指令，并将开门动作持续15s。如果在持续时间内持续检测到有行人想要乘车，则将持续时间重置，在开门延迟时间结束后发出关前门指令，其中15s为有行李乘客上车所需时间；

步骤3、保护阶段，在车辆执行完关前门指令后，延迟30s持续执行检测上车需求功能，如果检测到有上车需求，停止计时，重置30s的延迟时间，并跳转到步骤2，如果没有检测到上车需求，则等待计时结束，其中30s为车站外10m范围内乘客走到上车位置所需时间；

步骤4、计时结束后发出上车完成指令，在发出上车完成指令后持续检测有无乘客上车需求，如果有则重置上车完成指令同时重置步骤2、步骤3的延迟时间，并跳转到步骤2。

进一步地，所述检测上车需求检测方法在前车门外侧安装红外探测器，其工作原理如下：红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作，内有热释电元件、光学滤镜等元件；

热释电元件包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出，一旦有人进入探测区域，人体的红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接受，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号；

光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。

进一步地，所述重置延时时间包括以下步骤：

步骤1、初始化检测持续时间t₀，开门动作持续检测时间为15s，保护阶段持续检测时间为30s；

步骤2、循环检测，并记录每一次检测所耗费的时间t₁，如果有上车需求跳转到步骤1；

步骤3、迭代时间计算，计算检测将持续的时间t₀＝t₀-t₁；

步骤4、检测持续时间判断，如果t₀>0跳转到步骤2，如果t₀<0，检测持续时间结束。

进一步地，所述下车车门自动控制阶段包括以下步骤：

步骤1、发出开后门指令，并设置开门动作持续时间为5s，其中5s为后门附近乘客下车所需时间；

步骤2、用红外探测器检测有无乘客下车，如果有乘客下车则重置开后门的时间，并将持续时间设置为15s，如果没有乘客下车发出关后门指令，若在15s内如果持续有乘客下车则重置15s的检测时间，直到持续15s的检测没有乘客下车发出关后门指令，其中15s为有行李乘客下车所需时间；

步骤3、持续30s检测下车需求，在自动驾驶公交后门附近的栏杆上设有下车需求红色按钮，当按下红色按钮后视为有下车需求提出，当提出下车需求时，打开后门，重置30s检测时间和15s开门及检测时间并跳转步骤2，如果没有检测到有下车需求，等待计时结束，其中30s为拥挤状态下从车内走到后门所需时间；

步骤4、计时结束后发出下车完成指令，在发出下车完成指令后持续检测有无乘客下车需求，如果有则重置下车完成指令同时打开后门重置步骤2、步骤3的延迟时间，并跳转到步骤2。

进一步地，所述下车车门有无乘客通过检测方法为：在车门一侧安装红外探测器，探测距离为车门宽度。

进一步地，所述车门开关功能的自动控制与手动控制之前的转换，手动控制可以直接中断自动控制来执行手动控制的指令，而自动控制无法中断手动控制的指令。

进一步地，所述障碍物检测功能针对乘客被车门夹到的保护措施步骤如下：

步骤1、快速卸力，车门在关门过程中，如果遇到障碍物，门控电机的速度就会降低，驱动电流会增大，对比门控电流的阈值，如果超出则快速将门夹力卸去，同时车门保持半开状态；

步骤2、打开车门，当检测到门控驱动电流超过阈值，同时红外探测器检测到有乘客的信号，发出打开车门信号。

进一步地，所述再关门功能针对障碍物检测功能，当检测到有乘客被夹到，同时发出打开车门信号时，自动跳转对应车门检测功能，并重置对应车门控制时间。

进一步地，所有对车门的智能控制均在自动驾驶状态下执行，介入手动时中断所有自动控制。

本发明提供了一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门智能化设计方法，其阶段分为准备阶段、上下车门控制和再起步，其中上车门控制包括检测上车需求控制是否打开前车门；检测乘客上车时间控制开门时间；开门时间结束关闭车门，进入保护阶段；保护阶段结束发出上车完成指令，等待下车完成，并持续检测上车需求。下车门控制和上车门控制步骤相似，不同的是下车门在停车后直接打开车门并进入检测乘客下车时间控制开门时间，其余相同。

本发明相对于现有技术有以下几点优点：

1.上下车的需求检测由红外探测器和物理按钮替代了人为直接观测和后门影像的传输，用传感器取代了人眼视觉，初步实现了智能化控制。

2.对于上下车门打开的时间控制，由传感器反馈乘客上下车所用时间来实时调配，取代了人工判断，进一步实现了智能化。

3.车门的硬件防夹技术，同时搭配软件的实时检测防夹保护，双重保护，提高了车辆的安全性能。

附图说明

图1智能化车门控制流程图；

图2前车门控制流程图；

图3后车门控制流程图；

图4红外探测器安装图。

具体实施方式

本实施例采用长12m，宽2.5m，高3.3m的大客车改装的智能车，装有红外探测器、激光雷达、毫米波雷达、GPS定位系统及机器视觉系统，在标准的车站进行车门智能化控制实验。

参见图1所示，一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门智能化设计包括如下阶段：

阶段一：准备阶段，自动驾驶车辆在车站停车到位后发出停车完成指令。只有在停车完成指令发出后才能执行开门；

阶段二：上下车车门自动控制阶段，车辆发出停车完成指令后，同时进行上车车门和下车车门的自动控制，每个车门控制完成后会发出相应的车门控制完成指令，只有在两个完成指令同时发出后才能结束本阶段：

阶段三：再起步阶段，在自动驾驶公交同时接收到上车完成指令和下车完成指令后，车辆继续行驶。

结合图2对阶段二的上车车门的智能化控制做进一步的说明，上车车门智能化控制包括如下步骤：

步骤1、前车门的红外探测器循环检测有无上车需求，检测时间持续15s，如果有上车需求跳转到步骤2，如果没有检测到上车需求则跳转到步骤3；

步骤2、发出开前门指令，并将开门动作持续15s。如果在持续时间内持续检测到有行人想要乘车，则将持续时间重置，在开门延迟时间结束后发出关前门指令；

步骤3、保护阶段，在车辆执行完关前门指令后，延迟30s持续执行检测上车需求功能，如果检测到有上车需求，停止计时，重置30s的延迟时间，并跳转到步骤2，如果没有检测到上车需求，则等待计时结束；

结合图4对所述的步骤1红外线检测作进一步说明：

红外探测器使用的是热释电红外传感器搭配菲涅尔透镜，可以探测探测周围波长为7.5～14μm的红外线，并将其转换为电信号输出，人类身体发出的红外线是10μm，在检测到人的同时不会受其他波长红外线的干扰。

红外线传感器安装在前车门外侧的上方，离地面3m，检测范围为3m*0.9m的范围，3m为传感器到地面的距离，0.9m为车门宽度，可以很好的检测车辆在停车后车门附近是否有人，来判断是否有上车需求。

所述步骤1循环检测15s具体步骤如下：

1.1初始化检测持续时间t₀，t₀＝15s；

1.2记录检测前的当前时间t₁₁，再记录检测一次后的当前时间t₁₂，计算一次检测消耗时间t₁＝t₁₂-t₁₁，实测每一次检测时间在100ms-125ms之间。

1.3检测剩余时间计算t₀＝t₀-t₁

1.4判断，如果t₀>0，检测时间未结束跳转到步骤1.2循环检测，如果t₀<0，检测持续时间结束。

结合图3对阶段二的下车车门的智能化控制做进一步的说明，下车车门智能化控制包括如下步骤：

步骤1、发出开后门指令，并设置开门动作持续时间为5s；

步骤2、用红外探测器检测有无乘客下车，如果有乘客下车则重置开后门的时间，并将持续时间设置为15s，如果没有乘客下车发出关后门指令，若在15s内如果持续有乘客下车则重置15s的检测时间，直到持续15s的检测没有乘客下车发出关后门指令；

步骤3、持续30s检测下车需求，在自动驾驶公交后门附近的栏杆上设有下车需求红色按钮，当按下红色按钮后视为有下车需求提出，当提出下车需求时，打开后门，重置30s检测时间和15s开门及检测时间并跳转步骤2，如果没有检测到有下车需求，等待计时结束；

下车车门控制步骤2中的红外线检测同上车车门控制步骤1中的红外线检测。

结合图4对所述的步骤3按钮检测作进一步说明：

按钮安装在车后门扶手栏杆上，设置为红色按钮，栏杆上有“下车请按”字样，按钮距离车辆地面1.2m，方便孩童也可以按到，当按下按按钮时，车辆收到下车请求打开后门，重置30s检测时间和15s开门及检测时间并跳转到下车车门控制步骤2。

上、下车车门控制当执行关门动作出现乘客被车门夹到时，所作保护措施如下：

步骤3、自动跳转对应车门检测功能，并重置对应车门控制时间。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，其特征在于，包括：

准备模块，用于当自动驾驶公交在车站停车到位后发出停车完成指令；当停车完成指令发出后，执行上、下车门自动控制模块的操作；

上、下车门自动控制模块，包括自动驾驶公交在车站停车后的上车车门自动控制模块和下车车门自动控制模块，上、下车门自动控制过程完成发出上车完成指令和下车完成指令，当前门上车完成指令和后门下车完成指令同时存在时，车辆自主判断上下车过程结束，执行再起步模块的操作；

再起步模块，用于控制自动驾驶公交按规定的线路继续行驶，当上车完成指令和下车完成指令同时存在时，车辆自主判断上下车过程结束，控制自动驾驶公交按规定的线路继续行驶；

所述上车车门自动控制模块执行以下操作：

1)检测有无上车需求，检测时间持续T1s，如果有上车需求跳转到步骤2)，如果没有检测到上车需求则跳转到步骤3)；

2)发出开前门指令，并将开门动作持续T1s，如果在持续时间内持续检测到有上车需求，则将持续时间重置，在开门延迟时间结束后发出关前门指令；重置所述持续时间的具体过程包括：

a)初始化检测持续时间t₀，开门动作持续检测时间为15s，保护阶段持续检测时间为30s；

b)循环检测，并记录每一次检测所耗费的时间t₁，如果有上车需求跳转到步骤a)；

c)计算检测将持续的时间t^* ₀＝t₀-t₁；

d)如果t^* ₀>0则跳转到步骤b)，如果t^* ₀<0，检测持续时间结束；

3)在车辆执行完关前门指令后，延迟时间T2s持续执行检测上车需求功能，如果检测到有上车需求，停止计时，重置T2s的延迟时间，并跳转到步骤2)，如果没有检测到上车需求，则等待计时结束，计时结束后进入步骤4)；

4)发出上车完成指令，在发出上车完成指令后持续检测有无乘客上车需求，如果有则重置上车完成指令，同时重置步骤2)、步骤3)的延迟时间，并跳转到步骤2)；

所述下车车门自动控制模块执行如下操作：

1)发出开后门指令，并设置开门动作持续时间为T3s；

2)检测有无乘客下车，如果有乘客下车则重置开后门的时间，并将持续时间设置为T4s，如果没有乘客下车发出关后门指令，若在T4s内持续有乘客下车则重置T4s的持续时间，直到持续T4s的时间没有乘客下车，发出关后门指令；

3)检测时间T5s内检测下车需求，当提出下车需求时，打开后门，重置检测时间T5s和持续时间T4s，并跳转步骤2)，如果没有检测到有下车需求，等待计时结束；

4)计时结束后发出下车完成指令，在发出下车完成指令后持续检测有无乘客下车需求，如果有则重置下车完成指令同时打开后门重置步骤2)、步骤3)的持续时间及检测时间，并跳转到步骤2)。

2.根据权利要求1所述的基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，其特征在于，利用安装于车门外侧的红外探测器检测有无上车需求。

3.根据权利要求1所述的基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，其特征在于，检测有无乘客下车的方法为：在车门一侧安装红外探测器，探测距离与车门宽度相等。

4.根据权利要求1所述的基于红外探测器的自动驾驶公交车门控制系统，其特征在于，还包括障碍物检测模块，所述障碍物检测模块完成如下操作：

车门在关门过程中，如果遇到障碍物，门控电机的速度降低，驱动电流增大，对比门控电流的第一阈值，如果驱动电流超出第一阈值则快速将门夹力卸去，同时车门保持半开状态；打开车门，当检测到门控驱动电流超过第二阈值，门控电机额定电流为12A，堵转电流为额定电流的5～12倍，同时红外探测器检测到有乘客的信号，发出打开车门；所述第一阈值为20A，第二阈值为50A。