CN109164809B - 一种车辆编队自主跟随控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆编队自主跟随控制系统及方法，属于车辆自动驾驶技术领域，解决了现有技术中车辆编队后车跟车失误率高，出现跟丢情况时，不能重新恢复跟随的问题。一种车辆编队自主跟随控制系统，包括控制装置、通信装置和视频探测装置，设置于跟随车辆的所述视频探测装置，用于前车车牌和图像特征的识别和储存，所述控制装置用于采集和处理所述视频探测装置的视频探测结果，以及为车辆进行路径规划、决策控制，所述决策控制具体包括，控制跟随车辆行至前车后方，使跟随车辆进入视频探测装置视场，所述通信装置用于实现车辆之间的通信。实现了车辆编队的自主跟随控制，减低了车辆编队跟车失误率，解决了车辆跟丢后不能重新跟随的问题。

Description

一种车辆编队自主跟随控制系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆编队自主跟随控制系统及方法。

背景技术

车辆编队的跟随控制，具体应用场景包括但不限于：运输车编队运输、车队爱好者编队驾驶、婚庆车辆编队行驶等，具体应用形式包括两种：a)多辆无人车组成一个编队，其中一辆车为头车，其余车辆依次跟随前车，从起始地机动至目的地；b)多辆无人车与一辆有人车组成一个编队，其中有人车为头车，其余车辆依次跟随前车，从起始地机动至目的地。目前，关于车辆跟随编队的技术方案主要可以分为两类：a)利用测距设备(激光雷达、毫米波雷达等)测量前车距离，并根据此距离对跟随距离进行控制；b)利用卫星定位装置(GPS、北斗等)计算车与车之间的距离，并根据此距离对跟随距离进行控制。

现有技术中公开了一种车辆编队系统，该系统由导航定位模块、无线通信模块、车道识别模块和自动驾驶模块组成，头车为有人车，跟随车为无人车，能够实现后车对头车的编队跟随机动，还公开了一种编队控制方法，通过领航车辆与跟随车辆之间互相分享车辆信息，能够实现跟随车辆跟随头车路径行驶。

现有技术方案存在以下不足：a)缺少对前车的识别手段，跟车过程中如果有其他车辆插入编队，容易出现跟错车的现象发生；b)当出现前车跟丢时(例如：卫星定位信号失效或者测距设备无法测到前车距离等情形)，缺乏有效的处理手段。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种车辆编队自主跟随控制系统及方法，用以解决现有技术中车辆编队后车跟车失误率高，车辆跟丢后，不能重新恢复跟随的问题。

本发明一方面提供了一种车辆编队自主跟随控制系统，包括控制装置、通信装置和视频探测装置，设置于头车的所述视频探测装置用于探测车辆周围环境视频，设置于跟随车辆的所述视频探测装置，用于前车车牌和图像特征的识别和储存，所述控制装置包括信息处理模块和决策控制模块，所述信息处理模块用于采集和处理所述视频探测装置的视频探测结果，所述决策控制模块用于根据环境信息实时更新路径规划和决策控制，所述决策控制具体包括，控制跟随车辆行至前车后方，使跟随车辆进入视频探测装置视场，所述通信装置用于实现车辆之间的通信。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了车辆编队的跟随控制，减低了车辆编队跟车失误率。

进一步地，上述系统还包括雷达探测装置，所述雷达探测装置用于探测车辆之间的间距，所述信息处理模块接收雷达探测装置的测量数据，所述决策控制模块根据车辆之间的间距，调节车速。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案使车辆编队中的各车车距保持合理的距离。

进一步地，所述雷达探测装置包括毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达，或者其中至少一种。

进一步地，所述系统还包括导航装置，所述导航装置用于获取车辆位置，并将车辆位置通过通信装置分享至其他车辆。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了车辆位置的共享。

进一步地，上述控制装置根据跟随车辆导航系统获取的车辆位置和通信装置获取的前车位置计算路径偏差，并根据路径偏差自主规划路径。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了车辆实时自主规划路径。

进一步地，设置于跟随车辆的所述视频探测装置，用于前车车牌和图像特征的识别和储存，具体包括，车辆出发时，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌，并储存识别到的前车车牌，前车车牌与预先设定的编队先后顺序匹配时，自动储存前车图像特征；

车辆出发后，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌和图像特征，将识别到的前车车牌和图像特征与存储的车牌或图像特征比对，判断前车是否为编队内前车。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了前车车牌和图像特征的识别和储存，以及判别前车是否为编队内的车辆。

本发明另一方面提供了一种车辆编队自主跟随控制方法，包括以下步骤：

编队内各车辆按照编队先后顺序依次出发；

行驶过程中，所述编队内各车辆将自身位置信息分享至其余车辆；

出发时，跟随车辆识别前车车牌，并储存识别到的前车车牌，前车车牌与编队先后顺序匹配时，自动储存前车图像特征；

车辆出发后，跟随车辆识别前车车牌和图像特征，测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速；

所有车辆到达目的地后，结束编队。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了车辆编队的自主跟随控制并且减低了车辆编队跟车失误率。

进一步地，车辆出发后，跟随车辆识别前车车牌和图像特征，测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速，具体包括：

步骤S11、跟随车辆识别前车车牌和图像特征，将识别到的前车车牌和图像特征与存储的车牌和图像特征比对，判断前车是否为编队内前车，若是,则执行步骤S12，若否，则执行步骤S13；

步骤S12、跟随车辆测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速；

步骤S13、判断导航装置和通信装置工作是否正常，若是，执行步骤S14，若否，则执行步骤S15；

步骤S14、根据本车位置及前车位置计算路径偏差，根据路径偏差自主规划路径并控制跟随车辆机动行至前车后方，使得前车进入后车视频探测装置视场，然后执行步骤S12；

步骤S15、按照头车分享的最新机动路径继续自主机动，直至导航装置和通信装置恢复正常，然后执行步骤S14。

上述进一步技术方案的有益效果为：解决了车辆跟丢后不能重新跟随的问题。

进一步地，跟随车辆测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速，具体包括，跟随车辆测量其与前车之间的距离，并与设定距离进行比较，若距离偏大，则进行减速控制，若距离偏小，则进行加速控制。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案使车辆编队中的车辆保持合理的间距。

进一步地，进行减速控制或加速控制，具体包括，根据距离的大小给被控车辆的整车控制器发送期望控制量信息，控制控制器根据所述期望控制量信息，通过控制制动或是油门使被控车辆进行减速或者加速。

上述进一步技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了车辆的减速或加速控制。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1所述系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2所述方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种车辆编队自主跟随控制系统，其结构示意图如图1所示。

所述车辆编队自主跟随控制系统包括控制装置、通信装置、视频探测装置、雷达探测装置、导航装置，所述控制装置与通信装置、视频探测装置、雷达探测装置、导航装置、车辆底盘之间通过通信线缆连接，通信装置与其他车辆通信装置之间通过无线通信(包括但不限于：2G、3G、4G、5G、无线电)连接。

若车辆编队中，头车是有人车、跟随车是无人车，则头车需要安装控制装置、通信装置和导航装置，跟随车需要安装控制装置、通信装置、视频探测装置、雷达探测装置、导航装置。若车辆编队中，所有车辆均为无人车，则所有车辆需要安装控制装置、通信装置、视频探测装置、雷达探测装置和导航装置。

通信装置负责与其他车辆进行通信，向其它车辆发送状态信息、路径信息、跟随信息，并接收其它车辆发送的状态信息、路径信息、跟随信息。

上述控制装置是车辆信息处理、计算、决策的核心，包括信息处理模块与决策控制模块；所述信息处理模块负责采集、处理视频探测装置的视频探测结果和雷达探测装置测量数据，实现前车识别、车距测量、环境感知识别；决策控制模块用于根据环境信息实时更新路径规划和决策控制(变道、油门控制、制动控制等)，实现车辆的自动驾驶控制，控制车距，控制跟随车辆行至前车后方，使跟随车辆进入视频探测装置视场。上述根据环境信息实时更新路径规划包括，根据跟随车辆导航系统获取的车辆位置和通信装置获取的前车位置计算路径偏差，并根据路径偏差自主规划路径。

上述视频探测装置采取可见光、红外或两者组合方式进行车辆周围环境视频探测识别；

设置于头车的视频探测装置用于探测周围环境视频，并利用所述周围环境视频实现车道线检测、目标识别、交通标志识别、通行区域检测等功能；

设置于跟随车辆的视频探测装置除可以实现上述功能外，还用于前车车牌和图像特征的识别和储存；其中，可见光探测在白天有更好的性能，红外探测在夜晚有更好的探测性能，若两者组合，可在白天使用可见光探测，在夜晚使用红外探测，使视频探测装置的探测效果更好。

雷达探测装置采取毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达或者三者组合方式进行车辆周围环境探测、识别，具备车距测量、通行区域检测、道路检测功能和目标识别等功能；

在车辆编队行进过程中，所述雷达探测装置探测车辆之间的间距，所述信息处理模块接收雷达探测装置的测量数据，所述决策控制模块根据车辆之间的间距，调节车速。

其中，毫米波雷达最远可测量几百米，精度较差，但雨天、雾天条件下，其性能几乎不受影响；激光雷达最远可测量几百米，精度高，但雨天、雾天条件下，其性能下降严重；超声波雷达只能测量数十米，精度高，一般用于补充毫米波雷达、激光雷达的近距离测量。具体实施时，可根据需要选用以上三种中的一种、两种或三种。

导航装置采取惯性、卫星、里程计、磁罗盘、无线电或者五者组合方式进行车辆位置、姿态、速度等状态信息的获取，为控制装置决策控制模块提供必要的测量输入。通信装置可将上述信息分享至其他车辆。

其中，惯性导航自主性强，能够测量姿态、方位角、位置、速度，不需要外界提供任何信号，但导航精度随着时间发散严重；卫星导航导航精度不会随时间发散，能够测量方位角、位置、速度，一般用于辅助、修正惯性导航；里程计随着时间有一定的发散，但一般发散速度没有惯性导航快，能够测量行程、速度，一般用于辅助惯性导航；磁罗盘用于测量方位角，一般用于辅助惯性导航；无线电用于测量位置、方位角，一般用于辅助惯性导航。五者组合，一般以惯性导航为主，其它为辅，以提升系统导航精度。

实施例2

本发明的另一个具体实施例，公开了一种车辆编队自主跟随控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、利用头车控制装置输入所有车辆编号(包括车牌号)，确定跟随车辆先后顺序，完成编队组建；

步骤S2、利用头车控制装置输入目的地，控制装置决策控制模块自动完成路径规划；头车在行驶过程中利用视频探测装置探测车辆周围环境视频，控制装置根据环境信息实时更新路径规划。所述路径规划具体包括使用栅格法等建模方法建立环境模型，再用Dijkstra等算法进行路径搜索，即可完成路径规划。

步骤S3、头车出发时，通信装置将出发信息发送至其余车辆通信装置，出发信息包括编队先后顺序、当前路径规划信息；各车接收出发信息后，按照编队先后顺序依次出发，各车机动过程中定时将自身状态(包括车辆的姿态、方位角、位置、速度和故障状态)、路径信息(即路径规划形成的路径位置序列点)通过通信装置分享至其余车辆。

步骤S4、车辆出发时，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌，并储存识别到的前车车牌，前车车牌与编队先后顺序匹配时，自动储存前车图像特征(包括外形及颜色)；

步骤S5、车辆出发后，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌和图像特征，利用雷达探测装置测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速；

步骤S5具体包括以下步骤：

步骤S51、车辆出发后，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌和图像特征，将识别到的前车车牌和图像特征与存储的车牌和图像特征比对，判断前车是否为编队内前车，否是,则执行步骤S52,若否，则执行步骤S53；

步骤S52、跟随车辆利用雷达探测装置测量前车距离，并与设定距离进行比较，若距离偏大，则控制装置进行减速控制，若距离偏小，则进行加速控制；

控制装置进行减速控制或加速控制具体包括控制装置根据距离的大小给被控车辆的整车控制器发送期望控制量信息，整车控制器根据所述期望控制量信息，通过控制制动或是油门使被控车辆进行减速或者加速；

步骤S53、判断导航装置和通信装置工作是否正常，若是，执行步骤S54，若否，则执行步骤S55；

其中，可通过判断导航数据是否正常来判断导航装置工作是否正常，通过判断通信是否正常来判断通信装置是否正常；

步骤S54、控制装置根据导航装置给出的本车位置及通信装置接收的前车位置计算路径偏差，控制装置根据路径偏差自主规划路径并控制跟随车辆机动行至前车后方，使得前车进入后车视频探测装置视场，然后执行步骤S52；

步骤S55、控制装置按照头车分享的最新机动路径继续自主机动，直至导航装置和通信装置恢复正常，然后执行步骤S54；

步骤S6、所有车辆到达目的地后，结束编队。

本发明提供了一种车辆编队自主跟随控制系统及方法，实现了车辆编队的自主跟随控制，解决现有技术中车辆编队后车跟车失误率高，车辆跟丢后，不能重新恢复跟随的问题

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆编队自主跟随控制系统，其特征在于，包括控制装置、通信装置和视频探测装置，设置于头车的所述视频探测装置，用于探测车辆周围环境视频，设置于跟随车辆的所述视频探测装置，用于前车车牌和图像特征的识别和储存，所述控制装置包括信息处理模块和决策控制模块，所述信息处理模块用于采集和处理所述视频探测装置的视频探测结果，所述决策控制模块用于根据环境信息实时更新路径规划和决策控制，所述决策控制具体包括，控制跟随车辆行至前车后方，使跟随车辆进入视频探测装置视场，所述通信装置用于实现车辆之间的通信；其中，利用头车控制装置输入目的地，控制装置决策控制模块自动完成路径规划；头车在行驶过程中利用视频探测装置探测车辆周围环境视频，控制装置根据环境信息实时更新路径规划；

所述系统还包括导航装置，所述导航装置用于获取车辆位置，并将车辆位置通过通信装置分享至其他车辆；

所述控制装置根据跟随车辆导航系统获取的车辆位置和通信装置获取的前车位置计算路径偏差，并根据路径偏差自主规划路径；

头车出发时，通信装置将出发信息发送至其余车辆通信装置，出发信息包括编队先后顺序、当前路径规划信息；各车接收出发信息后，按照编队先后顺序依次出发，各车机动过程中定时将自身状态、路径信息通过通信装置分享至其余车辆。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括雷达探测装置，所述雷达探测装置用于探测车辆之间的间距，所述信息处理模块接收雷达探测装置的测量数据，所述决策控制模块根据车辆之间的间距，调节车速。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，雷达探测装置包括毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达，或者其中至少一种。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设置于跟随车辆的所述视频探测装置，用于前车车牌和图像特征的识别和储存，具体包括，车辆出发时，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌，并储存识别到的前车车牌，前车车牌与预先设定的编队先后顺序匹配时，自动储存前车图像特征；

车辆出发后，跟随车辆利用视频探测装置识别前车车牌和图像特征，将识别到的前车车牌和图像特征与存储的车牌或图像特征比对，判断前车是否为编队内前车。

5.一种车辆编队自主跟随控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

编队内各车辆按照编队先后顺序依次出发；其中，利用头车控制装置输入目的地，控制装置决策控制模块自动完成路径规划；头车在行驶过程中利用视频探测装置探测车辆周围环境视频，控制装置根据环境信息实时更新路径规划；

行驶过程中，所述编队内各车辆将自身位置信息分享至其余车辆；

出发时，跟随车辆识别前车车牌，并储存识别到的前车车牌，前车车牌与编队先后顺序匹配时，自动储存前车图像特征；其中，头车出发时，通信装置将出发信息发送至其余车辆通信装置，出发信息包括编队先后顺序、当前路径规划信息；各车接收出发信息后，按照编队先后顺序依次出发，各车机动过程中定时将自身状态、路径信息通过通信装置分享至其余车辆；

车辆出发后，跟随车辆识别前车车牌和图像特征，测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速；具体包括：

步骤S11、跟随车辆识别前车车牌和图像特征，将识别到的前车车牌和图像特征与存储的车牌和图像特征比对，判断前车是否为编队内前车，若是,则执行步骤S12，若否，则执行步骤S13；

步骤S12、跟随车辆测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速；

步骤S13、判断导航装置和通信装置工作是否正常，若是，执行步骤S14，若否，则执行步骤S15；

步骤S14、根据本车位置及前车位置计算路径偏差，根据路径偏差自主规划路径并控制跟随车辆机动行至前车后方，使得前车进入后车视频探测装置视场，然后执行步骤S12；

步骤S15、按照头车分享的最新机动路径继续自主机动，直至导航装置和通信装置恢复正常，然后执行步骤S14；

所有车辆到达目的地后，结束编队。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，跟随车辆测量其与前车之间的距离，并根据所述距离偏差调节车速，具体包括，跟随车辆测量其与前车之间的距离，并与设定距离进行比较，若距离偏大，则进行减速控制，若距离偏小，则进行加速控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进行减速控制或加速控制，具体包括，根据距离的大小给被控车辆的整车控制器发送期望控制量信息，整车控制器根据所述期望控制量信息，通过控制制动或是油门使被控车辆进行减速或者加速。

Images