CN109375635A - 一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法 - Google Patents

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CN109375635A CN201811560949.1A CN201811560949A CN109375635A CN 109375635 A CN109375635 A CN 109375635A CN 201811560949 A CN201811560949 A CN 201811560949A CN 109375635 A CN109375635 A CN 109375635A
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张营
张一营
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Abstract

本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法，该系统包括：将激光雷达感知模块设置在车顶上，用于感知车辆周边环境，形成激光雷达感知层；将毫米波雷达感知模块设置在车辆的前后保险杠上，用于感知车身前后方和两侧的目标信息，形成毫米波雷达感知层；将周视感知模块设置在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上，用于拍摄车辆前后方和两侧的目标信息，形成周视摄像机感知层；将环视感知模块设置在前后保险杠和左右侧后视镜下方处，用于360°全方面拍摄车辆周边的目标信息，形成360环视摄像感知层；将超声波感知模块设置在前后保险杠上，用于感知车身周周的障碍物信息，形成超声波雷达感知层。本发明能提高自动驾驶的智能性。

Description

一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，尤其涉及一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法。
背景技术
自动驾驶汽车代表着各个研究机构和车辆制造厂的前沿技术和发展方向。自动驾驶汽车集中了环境感知技术、规划决策技术、运动控制技术，涉及传感器布置、信息融合、计算机控制、人工智能以及车辆工程等众多学科。其中环境感知系统负责采集车内和车辆行驶过程中环境信息，是实现自动驾驶系统的前提和基础。由于单一传感器往往不能精确感知车辆周围环境的信息，为了保证自动驾驶汽车安全、实时、高效、精确的采集周围环境信息，在自动驾驶汽车环境感知系统中往往配备了多种环境感知传感器，并将多种传感器感知的环境信息相互融合，精确得到自动驾驶汽车周围环境状况。
现阶段道路环境感知系统是基于L2、L3级自动驾驶汽车布置的，在L2、L3级自动驾驶中，自动驾驶技术主要起到辅助功能，对于环境的感知仍需要驾驶员的主观判断。L4级自动驾驶汽车定位为高度自动化的自动驾驶汽车，在人类不一定提供所有应答下，无人车系统可以在限定道路和环境中完成所有的驾驶操作。因此，L4级自动驾驶车辆要实现对周围环境的全方位，无盲区的检测。其中包含摄像机和雷达两种感知系统的道路环境信息的检测就变的尤为突出。基于道路感知系统可以实现车道线检测、道路边缘检测、障碍物检测等功能，为规划决策和运动控制系统提供基础。那么，如何将众多针对道路环境信息采集的传感器系统的布置在自动驾驶车辆上，实现自动驾驶汽车L4级环境感知系统的要求就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法，解决现有自动驾驶汽车的道路环境感知系统仍对周围环境的感知仍存在感知盲区，能提高感知系统的感知能力和自动驾驶的智能性。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种自动驾驶汽车道路环境感知系统，包括：激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块；
所述激光雷达感知模块设置在车顶上，用于感知车辆周边环境，以形成激光雷达感知层；
所述毫米波雷达感知模块设置在车辆的前后保险杠上，用于感知车身前后方和两侧的目标信息，以形成毫米波雷达感知层；
所述周视感知模块设置在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上，用于拍摄车辆前后方和两侧的目标信息，以形成周视摄像机感知层；
所述环视感知模块设置在前后保险杠和左右侧后视镜下方处，用于360°全方面拍摄车辆周边的目标信息，以形成360环视摄像感知层；
所述超声波感知模块设置在前后保险杠上，用于感知车身周周的障碍物信息，以形成超声波雷达感知层。
优选的，所述激光雷达感知模块包括：32线激光雷达和16线激光雷达；
所述32线激光雷达垂直安装在车辆顶端，通过发射激光光束，全范围感知车辆周边环境；
所述16线激光雷达安装在车辆顶端的两侧，安装位置与垂直方向呈设定夹角，使所述16线激光雷达发射的激光光束在所述32线激光雷达的盲区内，以感知车辆两侧的环境。
优选的，所述毫米波雷达感知模块包括：前毫米波雷达、后毫米波雷达和角毫米波雷达；
所述前毫米波雷达安装在前保险杠上，所述后毫米波雷达安装在后保险杠上，所述前、后毫米波雷达的安装方向与车辆行驶方向相同；
所述角毫米波雷达安装在车辆的四个角上，安装方法与车辆行驶方向呈30°夹角。
优选的，所述周视感知模块包括：前视摄像机、后视摄像机和侧视摄像机；
所述前视摄像机安装在车辆的前挡风玻璃上，所述后视摄像机安装在后挡风玻璃上，以感知车辆行驶过程中车辆前后车道上的目标信息；
所述侧视摄像机安装在左右侧后视镜边缘上，以感知车辆行驶过程中侧向车道上的目标信息。
优选的，所述环视感知模块包括：前360环视摄像机、后360环视摄像机和侧向360环视摄像机；
所述前360环视摄像机安装在前保险杠上，所述后360环视摄像机安装在后保险杠上，所述前、后360环视摄像机的安装方向与水平面呈一定角度，以斜向下拍摄车身周边的目标信息；
所述侧向360环视摄像机安装在左右两侧后视镜下方，以拍摄车身侧面的目标信息。
优选的，所述超声波雷达感知模块包括：12个超声波雷达；
12个所述超声波雷达环绕在车身的前后保险杠周边，以感知车辆周围环境的障碍物信息。
优选的，还包括：第一CAN通讯模块和第二CAN通讯模块；
所述第一CAN通讯模块用于对所述16线激光雷达、所述前视摄像机、所述侧视摄像机、所述后毫米波雷达、车辆后部的所述角毫米波雷达和所述超声波雷达的CAN总线通讯；
所述第二CAN通讯模块用于对所述32线激光雷达、所述后视摄像机、所述前毫米波雷达、车辆前部的所述角毫米波雷达、前360环视摄像机、后360环视摄像机和侧向360环视摄像机的CAN总线通讯。
优选的，还包括：数据处理单元；
所述数据处理单元与所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块信号连接；
所述数据处理单元用于获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
本发明还提供一种自动驾驶汽车道路环境感知方法，
在车顶上设置激光雷达感知模块，以形成感知车辆周边环境的激光雷达感知层；
在车辆的前后保险杠的设置毫米波雷达感知模块，以形成感知车身前后方和两侧的目标信息的毫米波雷达感知层；
在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上设置周视感知模块，以形成拍摄车辆前后方和两侧的目标信息的周视摄像机感知层；
在前后保险杠和左右侧后视镜下方处设置环视感知模块，以形成360°全方面拍摄车辆周边的目标信息的360环视摄像机感知层；
在前后保险杠上设置超声波感知模块，以形成感知车身周周的障碍物信息的超声波雷达感知层。
优选的，还包括：
获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法，通过在车辆上设置激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块，以获取车辆周围环境信息。解决现有自动驾驶汽车的道路环境感知系统仍对周围环境的感知仍存在感知盲区，能提高感知系统的感知能力和自动驾驶的智能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：是本发明提供的一种自动驾驶汽车道路环境感知系统示意图；
图2：是本发明实施例提供的激光雷达感知模块布局示意图；
图3：是本发明实施例提供的毫米波雷达感知模块布局示意图；
图4：是本发明实施例提供的五层环境感知的梯度分布示意图；
图5：是本发明提供的一种自动驾驶汽车道路环境感知方法示意图。
附图标记
11 32线激光雷达
12 16线激光雷达
21 车辆前部的所述角毫米波雷达
22 车辆后部的所述角毫米波雷达
24 前毫米波雷达
25 后毫米波雷达
31 前视摄像机
32 侧视摄像机
33 后视摄像机
A 第一CAN通讯模块
B 第二CAN通讯模块
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前自动驾驶汽车道路环境感知存在盲区，易造成自动驾驶需要驾驶员进行主观判断的问题。本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知系统及方法，通过在车辆上设置激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块，以获取车辆周围环境信息。解决现有自动驾驶汽车的道路环境感知系统仍对周围环境的感知仍存在感知盲区，能提高感知系统的感知能力和自动驾驶的智能性。
如图1和图5所示，一种自动驾驶汽车道路环境感知系统，包括：激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块。所述激光雷达感知模块设置在车顶上，用于感知车辆周边环境，以形成激光雷达感知层。所述毫米波雷达感知模块设置在车辆的前后保险杠上，用于感知车身前后方和两侧的目标信息，以形成毫米波雷达感知层。所述周视感知模块设置在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上，用于拍摄车辆前后方和两侧的目标信息，以形成周视摄像机感知层。所述环视感知模块设置在前后保险杠和左右侧后视镜下方处，用于360°全方面拍摄车辆周边的目标信息，以形成360环视摄像感知层。所述超声波感知模块设置在前后保险杠上，用于感知车身周周的障碍物信息，以形成超声波雷达感知层。
具体地，将道路环境感知系统中多种传感器以激光雷达感知层、毫米波雷达感知层、周视摄像机感知层、360环视摄像机感知层、超声波雷达感知层为基准布置在自动驾驶车辆上。单层感知系统内部相互融合布置，考虑不同类型传感器的检测范围和检测原理，将单层次内传感器合理布置，实现单层次传感器在车身周围水平环境的360度感知，确保单层感知系统可全面覆盖车身周围环境。实现L4级自动驾驶汽车道路环境感知系统的五层次环境感知方案的布置。该系统满足L4级自动驾驶汽车全方位、多层次环境感知需求。采用五层感知系统所含传感器，使雷达系统和摄像机系统之间能够形成融合感知；使单层传感器系统失效对感知的影响可控；实现远景、近景全方位覆盖车身周围环境，确保自动驾驶车辆周围无盲区，保证车辆的安全行驶。
如图1所示，所述激光雷达感知模块包括：32线激光雷达和16线激光雷达。所述32线激光雷达垂直安装在车辆顶端，通过发射激光光束，全范围感知车辆周边环境。所述16线激光雷达安装在车辆顶端的两侧，安装位置与垂直方向呈设定夹角，使所述16线激光雷达发射的激光光束在所述32线激光雷达的盲区内，以感知车辆两侧的环境。
在实际应用中，如图2所示，激光雷达环境感知层中，通过在车顶安装支架，将32线激光雷达垂直安装在车辆顶端，通过发射激光光束，全范围感知车辆周边环境状况；将16线激光雷达安装车辆两侧，安装方向与垂直方向呈一定的夹角，使16线激光雷达发射的激光光束在32线激光雷达的盲区内，感知车身两侧近处的环境状况，激光雷达感知层内传感器融合布置，形成的感知范围如附图3。涉及的32线激光雷达与2个16线激光雷达感知范围形成冗余，减少了单个传感器失效对感知范围的影响。
所述毫米波雷达感知模块包括：前毫米波雷达、后毫米波雷达和角毫米波雷达。所述前毫米波雷达安装在前保险杠上，所述后毫米波雷达安装在后保险杠上，所述前、后毫米波雷达的安装方向与车辆行驶方向相同。所述角毫米波雷达安装在车辆的四个角上，安装方法与车辆行驶方向呈30°夹角。
在实际应用中，如图3所示，前后向毫米波雷达安装方向与车辆行驶正向相同，感知车辆行驶过程中前后车道上环境情况；角毫米波雷达安装方向与车辆行驶方向与车辆行驶方向呈30°夹角，安装在车辆四个角上，感知车身周围环境状况，如附图4，涉及的4个侧向毫米波雷达在车身周围形成全方位感知范围，在前、后方向与前、后毫米波雷达形成冗余设计。
所述周视感知模块包括：前视摄像机、后视摄像机和侧视摄像机。所述前视摄像机安装在车辆的前挡风玻璃上，所述后视摄像机安装在后挡风玻璃上，以感知车辆行驶过程中车辆前后车道上的目标信息。所述侧视摄像机安装在左右侧后视镜边缘上，以感知车辆行驶过程中侧向车道上的目标信息。
所述环视感知模块包括：前360环视摄像机、后360环视摄像机和侧向360环视摄像机。所述前360环视摄像机安装在前保险杠上，所述后360环视摄像机安装在后保险杠上，所述前、后360环视摄像机的安装方向与水平面呈一定角度，以斜向下拍摄车身周边的目标信息。所述侧向360环视摄像机安装在左右两侧后视镜下方，以拍摄车身侧面的目标信息。
所述超声波雷达感知模块包括：12个超声波雷达。12个所述超声波雷达环绕在车身的前后保险杠周边，以感知车辆周围环境的障碍物信息。
在实际应用中，在车身周围垂直方向上的安装位置形成梯度分布，分布布局如图4所示，从而在车身周围形成立体的感知范围，多种传感器融合布置及冗余设计，保证对自动驾驶车辆周围环境形成3维立体，全方位，多层次的感知。远景感知层包括：激光雷达感知层，周视相机感知层，毫米波雷达感知层。针对远景感知层中由于传感器自身感知固定的感知范围所形成的车身近处的感知盲区，通过在盲区内合理布置近景感知层内传感器，形成近景感知层与远景感知层的融合设计。使得自动驾驶车辆周围形成完全无盲区的全覆盖状态。
需要说明是，该感知系统采用的传感器如表1所示：
表1
如图1所示，该系统还包括：第一CAN通讯模块A和第二CAN通讯模块B。所述第一CAN通讯模块A用于对所述16线激光雷达12、所述前视摄像机31、所述侧视摄像机32、所述后毫米波雷达25、车辆后部的所述角毫米波雷达22和所述超声波雷达的CAN总线通讯。所述第二CAN通讯模块B用于对所述32线激光雷达11、所述后视摄像机33、所述前毫米波雷达24、车辆前部的所述角毫米波雷达21、前360环视摄像机(图中未示出)、后360环视摄像机(图中未示出)和侧向360环视摄像机(图中未示出)的CAN总线通讯。
在实际应用中，为了充分考虑多层次传感器间的融合和冗余设计，避免由于单一传感器或单一类型传感器失效对系统造成较大的影响，在感知系统传感器之间通过2条并行CAN线建立通信。其中第一CAN通讯模块中包含：激光雷达感知层中16线激光雷达；周视相机感知层中前视相机，侧向摄像头；毫米波雷达感知层中后毫米波雷达，2个后角毫米波雷达雷达；以及超声波雷达感知层处理器A处理后的信号。第二CAN通讯模块中包含：激光雷达感知层中32线激光雷达；周视相机感知层中后视相机；毫米波雷达感知层中前毫米波雷达，2个前角雷达以及360环视摄像机。每条CAN线占据5层感知系统内传感器，将远景、近景传感器互相融合设计。并且将雷达和摄像机混合分配，前雷达+后相机，后雷达+前相机。有效防止雷达或相机受到电磁信号干扰，导致整个雷达感知层或相机感知层失效，同时防止1路CAN线失效后，导致整个相机或雷达感知层失效。由于激光雷达易受到天气影响，将激光雷达感知层传感器分别配置在2路CAN线上。单一CAN线上形成多冗余设计，2条CAN通道并行通信。保证自动驾驶车辆能够准确感知周围环境状况。
进一步，该系统包括：数据处理单元；所述数据处理单元与所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块信号连接。所述数据处理单元用于获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
可见，本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知系统，通过在车辆上设置激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块，以获取车辆周围环境信息。解决现有自动驾驶汽车的道路环境感知系统仍对周围环境的感知仍存在感知盲区，能提高感知系统的感知能力和自动驾驶的智能性。
如图5所示，本发明还提供一种自动驾驶汽车道路环境感知方法，包括：
S1：在车顶上设置激光雷达感知模块，以形成感知车辆周边环境的激光雷达感知层；
S2：在车辆的前后保险杠上设置毫米波雷达感知模块，以形成感知车身前后方和两侧的目标信息的毫米波雷达感知层；
S3：在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上设置周视感知模块，以形成拍摄车辆前后方和两侧的目标信息的周视摄像机感知层；
S4：在前后保险杠和左右侧后视镜下方处设置环视感知模块，以形成360°全方面拍摄车辆周边的目标信息的360环视摄像机感知层；
S5：在前后保险杠上设置超声波感知模块，以形成感知车身周周的障碍物信息的超声波雷达感知层。
进一步，该方法还包括：
S6：获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
可见，本发明提供一种自动驾驶汽车道路环境感知方法，通过在车辆上设置激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块，以获取车辆周围环境信息。解决现有自动驾驶汽车的道路环境感知系统仍对周围环境的感知仍存在感知盲区，能提高感知系统的感知能力和自动驾驶的智能性。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，包括：激光雷达感知模块、毫米波雷达感知模块、周视感知模块、环视感知模块和超声波感知模块；
所述激光雷达感知模块设置在车顶上，用于感知车辆周边环境，以形成激光雷达感知层；
所述毫米波雷达感知模块设置在车辆的前后保险杠上，用于感知车身前后方和两侧的目标信息，以形成毫米波雷达感知层；
所述周视感知模块设置在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上，用于拍摄车辆前后方和两侧的目标信息，以形成周视摄像机感知层；
所述环视感知模块设置在前后保险杠和左右侧后视镜下方处，用于360°全方面拍摄车辆周边的目标信息，以形成360环视摄像感知层；
所述超声波感知模块设置在前后保险杠上，用于感知车身周周的障碍物信息，以形成超声波雷达感知层。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，所述激光雷达感知模块包括：32线激光雷达和16线激光雷达；
所述32线激光雷达垂直安装在车辆顶端，通过发射激光光束，全范围感知车辆周边环境；
所述16线激光雷达安装在车辆顶端的两侧，安装位置与垂直方向呈设定夹角，使所述16线激光雷达发射的激光光束在所述32线激光雷达的盲区内，以感知车辆两侧的环境。
3.根据权利要求2所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，所述毫米波雷达感知模块包括：前毫米波雷达、后毫米波雷达和角毫米波雷达；
所述前毫米波雷达安装在前保险杠上，所述后毫米波雷达安装在后保险杠上，所述前、后毫米波雷达的安装方向与车辆行驶方向相同；
所述角毫米波雷达安装在车辆的四个角上，安装方法与车辆行驶方向呈30°夹角。
4.根据权利要求3所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，所述周视感知模块包括：前视摄像机、后视摄像机和侧视摄像机；
所述前视摄像机安装在车辆的前挡风玻璃上，所述后视摄像机安装在后挡风玻璃上，以感知车辆行驶过程中车辆前后车道上的目标信息；
所述侧视摄像机安装在左右侧后视镜边缘上，以感知车辆行驶过程中侧向车道上的目标信息。
5.根据权利要求4所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，所述环视感知模块包括：前360环视摄像机、后360环视摄像机和侧向360环视摄像机；
所述前360环视摄像机安装在前保险杠上，所述后360环视摄像机安装在后保险杠上，所述前、后360环视摄像机的安装方向与水平面呈一定角度，以斜向下拍摄车身周边的目标信息；
所述侧向360环视摄像机安装在左右两侧后视镜下方，以拍摄车身侧面的目标信息。
6.根据权利要求5所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，所述超声波雷达感知模块包括：12个超声波雷达；
12个所述超声波雷达环绕在车身的前后保险杠周边，以感知车辆周围环境的障碍物信息。
7.根据权利要求6所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，还包括：第一CAN通讯模块和第二CAN通讯模块；
所述第一CAN通讯模块用于对所述16线激光雷达、所述前视摄像机、所述侧视摄像机、所述后毫米波雷达、车辆后部的所述角毫米波雷达和所述超声波雷达的CAN总线通讯；
所述第二CAN通讯模块用于对所述32线激光雷达、所述后视摄像机、所述前毫米波雷达、车辆前部的所述角毫米波雷达、前360环视摄像机、后360环视摄像机和侧向360环视摄像机的CAN总线通讯。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶汽车道路环境感知系统，其特征在于，还包括：数据处理单元；
所述数据处理单元与所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块信号连接；
所述数据处理单元用于获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
9.一种自动驾驶汽车道路环境感知方法，其特征在于，包括：
在车顶上设置激光雷达感知模块，以形成感知车辆周边环境的激光雷达感知层；
在车辆的前后保险杠上设置毫米波雷达感知模块，以形成感知车身前后方和两侧的目标信息的毫米波雷达感知层；
在前后档风玻璃和左右侧后视镜边缘上设置周视感知模块，以形成拍摄车辆前后方和两侧的目标信息的周视摄像机感知层；
在前后保险杠和左右侧后视镜下方处设置环视感知模块，以形成360°全方面拍摄车辆周边的目标信息的360环视摄像机感知层；
在前后保险杠上设置超声波感知模块，以形成感知车身周周的障碍物信息的超声波雷达感知层。
10.根据权利要求9所述的自动驾驶汽车道路环境感知方法，其特征在于，还包括：
获取所述激光雷达感知模块、所述毫米波雷达感知模块、所述周视感知模块、所述环视感知模块和所述超声波感知模块探测到的信息，并对获取的信息进行处理，以使车辆根据处理后的信息进行决策。
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