CN110293955A - 一种自动驾驶中的u型自动掉头控制系统及方法 - Google Patents

一种自动驾驶中的u型自动掉头控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种自动驾驶中的U型自动掉头控制系统及方法，其是根据高精度地图信息，准确判断是否进入掉头区域，通过超声波与毫米波雷达对车辆四周障碍物的实时感知，避免与障碍物发生碰撞，通过轮速信息实现对车辆行驶距离的推算，精确确定车辆前后行驶的距离，通过中央控制单元实现对档位、车速、转角的精确控制，确保自动驾驶能够在狭窄的道路完成自动掉头，提升自动驾驶道路适应能力以及系统的安全性。

Description

一种自动驾驶中的U型自动掉头控制系统及方法
技术领域
本发明属于自动驾驶技术，具体涉及自动驾驶中的掉头控制技术。
背景技术
L4级自动驾驶需要在城区路况运行，而城区路况结构复杂，有时需要进行U型的掉头。当前自动驾驶在城区非结构化道路行驶时，通常是根据轨迹行驶，如果要进行U型掉头，需要很宽的路面才能够完成，具体路面的宽度与车辆的转弯半径有关，而且考虑自动驾驶时EPS对最大转角速度和最大转角角度的限制，实际需求的路面宽度要大于人工驾驶的U型掉头路面宽度。因此，现有的自动驾驶汽车，在狭窄的道路很难完成U型掉头操作。
发明内容
针对传统的自动驾驶系统U型自动掉头需要较宽路面的缺点，本发明提出自动驾驶中的U型自动掉头控制系统及方法，当进入了U型掉头区域后，自动驾驶切换成U型掉头模式，通过对方向盘角度和档位的控制，实现U型自动掉头。
本发明提出的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法的技术方案如下：
该方法包括以下步骤：
步骤1、中央控制单元判断车辆是否进入U型掉头区域；
步骤2、若是，传感模块探测转向侧车道内是否有障碍物，并将探测信息传送给中央控制单元，由中央控制单元判断是立即启动掉头还是等待；
步骤3、当中央控制单元判断立即启动掉头，发送准备掉头指令，进入前进过程，中央控制单元向执行机构发送D档请求和以角度为m向转向侧转向的请求，并控制车辆保持安全速度前向行驶。所述m取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，通常为400°-500°之间。
步骤4、中央控制单元实时获取传感模块信息，判断此时车辆与前向障碍物距离是否小于a，或者车辆前进行驶距离是否大于b；所述距离a通过超声波雷达探测，通常超声波探测的范围0.25-4.5m。所述距离b通过轮速推算，通常距离范围为0.6-1.5m。
步骤5、如果不满足步骤4中的判断条件，则再判断车辆航向角是否与目标航向角绝对值差小于e度，若是，则U型掉头结束；若否，则返回步骤4，继续保持m角度和D挡前进；所述e由中央控制单元计算所得，e通常取30°以内。
步骤6、如果满足步骤4中的任何一项判断条件，则控制车辆停止前进；
步骤7、进入倒车过程，挂R档，反方向以固定角度n转向；所述n取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，通常为400°-500°之间。
步骤8、判断车辆与后方障碍物距离是否小于c，或者车辆倒退距离是否大于d，如果不满足以上条件，则返回步骤7，继续保持n角度和R档倒退，如果满足以上任何一项条件，则车辆停止倒车，并返回步骤3，重新请求m角度和D档前进。
所述m取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，范围为400°-500°；
所述距离a通过超声波雷达探测，通常超声波探测的范围0.25-4.5m；所述距离b通过轮速推算，通常距离范围为0.6-1.5m；
所述e由中央控制单元计算所得，e取30°以内；
所述n取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，范围为400°-500°，并且与m的转角方向相反。如m为400°，n则为-400°。
所述c表示与后方障碍物的距离，通过车辆后方的超声波雷达探测获取，范围0.25-4.5m。
优选地，所述步骤1中，中央控制单元是通过读取地图模块和定位模块的地图和定位信息，判断车辆是否进入U型掉头区域。
优选地，在步骤4中，中央控制单元发送掉头指令包括，向执行机构发送转向指令、车速控制指令、档位控制指令，和/或向转向灯控制系统发送开启即将转向侧转向灯的命令。
优选地，所述步骤2中传感模块探测到转向侧车道内有障碍物时，中央控制单元则控制车辆停车等待，直至传感模块探测到转向侧车道内障碍物消失后，则进入步骤3。
优选地，在步骤2中央控制单元判断立即启动掉头或者等待后，均向转向灯控制系统发送开启即将转向侧转向灯的命令。
基于上述方法，本发明进一步提出一种U型自动掉头控制系统，包括传感器模块、地图模块、定位模块、CAN网络、中央控制单元、执行机构、转向灯控制系统。
所述传感模块，主要是指超声波、毫米波等传感器，用于探测障碍物信息；
所述地图模块，主要是指高精度地图，用于预置U型掉头的区域。高精度地图对每个位置的经纬度进行了编号，U型掉头区域对应地图中一段编号范围。
所述定位模块，主要用于计算当前车辆所处的位置信息，包括航向角；
所述CAN网络用于提供整车信息，并传递控制命令；
所述中央控制单元，用于获取传感模块、地图模块以及CAN网络发来的信息，计算并判断执行U型掉头的各种条件，并生成相应的控制指令，并将控制指令通过CAN网络发送给执行机构和转向灯控制系统。
所述执行机构，用于执行中央控制单元的控制指令。主要包括EPS、ESP、动力系统和电子换挡器，EPS实现转向控制，ESP实现减速或者刹车控制，动力系统实现增速控制，电子换挡器实现档位控制。
所述转向灯控制系统，主要负责转向灯的控制。
具体地，所述中央控制单元单元根据地图模块和定位模块提供的信息，判断车辆是否进入U型掉头的区域，当进入U型掉头区域后，中央控制单元单元根据传感器模块提供的信息判断是否满足U型掉头条件，如果满足条件，中央控制单元单元首先通过CAN网络向转向灯模块发送转向灯控制指令，提示车辆即将掉头，然后向执行机构发送转向指令、车速控制指令、档位控制指令，车辆开始进入U型掉头前进过程，中央控制单元单元根据轮速计算车辆前进距离是否大于b，或者根据传感模块提供信息计算与前方障碍物距离是否小于a，当不满足以上条件，通过定位模块提供的车辆航向角与目标航向角判断U型掉头是否结束。当满足以上其中一个条件，中央控制单元通过CAN网络，向执行机构单元发送停车，挂R档，方向盘角度控制指令，进入倒车过程。倒车过程中，中央控制单元根据轮速技术车辆后退距离是否大于d，或者根据传感模块提供信息判断与后方障碍物信息距离是否小于c，当不满足以上条件，则继续倒车，当满足以上其中一个条件，则停车，挂D档，执行前进过程。如此循环，直至车辆的航向角与目标航向角满足一定条件，U型掉头结束。
本发明具有以下优点：根据本发明提出的新U型掉头系统，能够根据高精度地图信息，准确判断是否进入掉头区域；通过超声波与毫米波雷达对车辆四周障碍物的实时感知，避免与障碍物发生碰撞；通过轮速信息实现对车辆行驶距离的推算，精确确定车辆前后行驶的距离，提升系统的安全性；中央控制单元能够实现对档位、车速、转角的精确控制，确保自动驾驶能够在狭窄的道路（指一般人工才能够完成掉头的道路宽度）完成自动掉头，提升了自动驾驶道路适应能力。
附图说明
图1 本U型掉头控制系统的架构图。
图2 本U型掉头控制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1：
U型掉头控制系统如图1所示，其包括中央控制单元单元1、传感器模块2、地图模块3、定位模块4、CAN网络模块5、执行机构模块6、转向灯模块7等。
所述传感器模块2用于探测障碍物信息。本实施例中，传感器模块2采用超声波、毫米波等传感器，超声波雷达主要用于掉头过程中对近距离障碍物的探测，毫米波雷达主要是在等待掉头时判断远方来车情况，布置在汽车车头和车尾，探测前方和后方的障碍物信息。该传感器可以采用现有智能智能汽车上使用的各类型传感器，可直接将采集的目标发送到CAN总线，中央控制单元直接从CAN总线读取目标信息。
所述地图模块3采用高精度地图，此地图由自动驾驶自行采集制作。高精度地图需要预置U型掉头的区域，对每个位置的经纬度进行编号，U型掉头区域对应地图中一段编号范围。
所述CAN网络用于提供整车信息，并传递控制命令。本实施例中，整车信息包括自动驾驶过程中通过CAN总线读取上各种信号。
所述执行机构，用于执行中央控制单元的控制指令。执行机构主要包括EPS、ESP、动力系统和电子换挡器，EPS实现转向控制，ESP实现减速或者刹车控制，动力系统实现增速控制，电子换挡器实现档位控制。
所述转向灯控制系统，主要负责转向灯的控制。
所述中央控制单元单元1根据地图模块3和定位模块4提供的信息，判断出车辆是否进入U型掉头的区域，当进入U型掉头区域后，中央控制单元单元1根据传感器模块2提供的信息判断是否满足U型掉头条件，如果满足条件，中央控制单元单元1首先通过CAN网络5向转向灯模块7发送转向灯控制指令，提示车辆即将掉头，然后向执行机构6发送转向指令、车速控制指令、档位控制指令，车辆开始进入U型掉头前进过程，中央控制单元单元1根据轮速计算车辆前进距离是否大于b，或者根据传感模块2提供信息计算与前方障碍物距离是否小于a，当不满足以上条件，通过定位模块4提供的车辆航向角与目标航向角判断U型掉头是否结束。当满足以上其中一个条件，中央控制单元单元1通过CAN网络5，向执行机构6发送停车，挂R档，方向盘角度控制指令，进入倒车过程。倒车过程中，中央控制单元1根据轮速计算车辆后退距离是否大于d，或者根据传感模块2提供信息判断与后方障碍物信息距离是否小于c，当不满足以上条件，则继续倒车，当满足以上其中一个条件，则停车，挂D档，执行前进过程。如此循环，直至车辆的航向角与目标航向角满足一定条件，U型掉头结束。
实施例2：
采用上述系统进行U型掉头的方法，参见图2，具体包括以下步骤：
步骤1、本车处于自动驾驶模式，横向和纵向由中央控制单元1自动控制。
步骤2、中央控制单元1通过读取地图模块3和定位模块4的高精度地图和定位信息，判断车辆是否进入了U型掉头区域。
步骤3、当进入U型掉头区域后，中央控制单元1向执行机构6发送停车指令，车辆停止等待，同时转向灯7发送转向灯控制命令，提醒车辆上的人员以及其他道路上的车辆自动驾驶车辆要进行U型掉头。
步骤4、传感模块2判断即将掉头方向的道路是否满足掉头条件，即是否有障碍物。并将感知信息传送给中央控制单元1，由中央控制单元1做最终判断是立即启动掉头还是等待。
步骤5、当满足掉头后，进入前进过程，中央控制单元1向执行机构6发送D档请求和以角度为m向转向侧转向请求，并控制车辆保持一定的安全速度前向行驶。
步骤6、中央控制单元1通过收集传感器信息，判断此时车辆与前向障碍物距离是否小于a，或者车辆前进行驶距离是否已经大于b。
步骤7，如果不满足步骤六中的判断条件，则再判断车辆航向角是否与目标航向角绝对值差小于e度，如果此时判断车辆航向角与目标航向角绝对值差小于e度，则此时U型掉头完成，退出U型掉头模式。如果此时车辆航向角与目标航向角绝对值差大于e度，则U型掉头未完成，返回步骤5，继续保持m角度和D挡前进。
步骤8、如果满足步骤六中的任何一项判断条件，则车辆停止，
步骤9、进入倒车过程，挂R档，反方向以固定角度n转向，车辆倒退。
步骤10、判断车辆与后方障碍物距离是否小于c，或者车辆倒退距离是否大于d。如果不满足以上，则返回步骤9，继续保持n角度和R档倒退。如果满足以上任何一项条件，则车辆停止，并返回步骤5，重新请求m角度和D档。
以上a取0.6m；b取1.1m；c取0.6m；m取420°；e取30°，n与m值反向，取值为420°。
采用以上系统和方式，自动驾驶车辆即能够在狭窄道路进行U型掉头。
本领域的技术人员应该理解，结合本文中所公开的实施例描述的方法可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合等方式来实施。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、中央控制单元（1）判断车辆是否进入U型掉头区域；
步骤2、若是，传感模块（2）探测转向侧车道内是否有障碍物，并将探测信息传送给中央控制单元（1），由中央控制单元（1）判断是立即启动掉头还是等待；
步骤3、当中央控制单元（1）判断立即启动掉头，发送准备掉头指令，进入前进过程，中央控制单元（1）向执行机构（6）发送D档请求和以角度为m向转向侧转向的请求，并控制车辆保持安全速度前向行驶；
步骤4、中央控制单元（1）实时获取传感模块信息，判断此时车辆与前向障碍物距离是否小于a，或者车辆前进行驶距离是否大于b；
步骤5、如果不满足步骤4中的判断条件，则再判断车辆航向角是否与目标航向角绝对值差小于e度，若是，则U型掉头结束，若否，则返回步骤4，继续保持m角度和D挡前进；
步骤6、如果满足步骤4中的任何一项判断条件，则控制车辆停止前进；
步骤7、进入倒车过程，挂R档，反方向以固定角度n转向；
步骤8、判断车辆与后方障碍物距离是否小于c，或者车辆倒退距离是否大于d，如果不满足以上条件，则返回步骤7，继续保持n角度和R档倒退，如果满足以上任何一项条件，则车辆停止倒车，并返回步骤3，重新请求m角度和D档前进。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，所述步骤1中，中央控制单元（1）是通过读取地图模块（3）和定位模块（4）的地图和定位信息，判断车辆是否进入U型掉头区域。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，步骤4中，中央控制单元（1）发送掉头指令包括，向执行机构（6）发送转向指令、车速控制指令、档位控制指令，和/或向转向灯控制系统发送开启即将转向侧转向灯（7）的命令。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，所述步骤2中传感模块（2）探测到转向侧车道内有障碍物时，中央控制单元则控制车辆停车等待，直至传感模块（2）探测到转向侧车道内障碍物消失后，则进入步骤3。
5.根据权利要求3所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，在步骤2中央控制单元（1）判断立即启动掉头或者等待后，均向转向灯控制系统发送开启即将转向侧转向灯（7）的命令。
6.根据权利要求1所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，所述m取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，范围为400°-500°；
所述距离a通过超声波雷达探测，通常超声波探测的范围0.25-4.5m；所述距离b通过轮速推算，通常距离范围为0.6-1.5m；
所述e由中央控制单元计算所得，e取30°以内；
所述n取EPS在自动驾驶状态下最大允许的转角度数，范围为400°-500°，并且与m的转角方向相反；
所述c表示与后方障碍物的距离，通过车辆后方的超声波雷达探测获取，范围0.25-4.5m。
7.一种自动驾驶中的U型自动掉头控制系统，其特征在于，包括传感器模块、地图模块、定位模块、CAN网络、中央控制单元、执行机构和转向灯控制系统；
所述传感模块，用于探测障碍物信息，将信息发送给中央控制单元；
所述地图模块，是高精度地图，用于预置U型掉头的区域；
所述定位模块，用于计算当前车辆所处的位置信息，包括航向角；
所述CAN网络，用于提供整车信息，并传递控制命令；
所述中央控制单元，用于获取传感模块、地图模块以及CAN网络发来的信息，计算并判断执行U型掉头的各种条件，并生成相应的控制指令，并将控制指令通过CAN网络发送给执行机构和转向灯控制系统；
所述执行机构，用于执行中央控制单元的控制指令，完成掉头；主要包括EPS、ESP、动力系统和电子换挡器，EPS实现转向控制，ESP实现减速或者刹车控制，动力系统实现增速控制，电子换挡器实现档位控制；
所述转向灯控制系统，用于接收中央控制单元的控制指令，开启和关闭即将转向侧的转向灯。
8.根据权利要求7所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制系统，其特征在于，所述中央控制单元单元根据地图模块和定位模块提供的信息，判断车辆是否进入U型掉头的区域，当进入U型掉头区域后，中央控制单元单元根据传感器模块提供的信息判断是否满足U型掉头条件，如果满足条件，中央控制单元单元首先通过CAN网络向转向灯模块发送转向灯控制指令，然后向执行机构发送掉头指令，车辆开始进入U型掉头前进过程：中央控制单元单元根据轮速计算车辆前进距离是否大于b，或者根据传感模块提供信息计算与前方障碍物距离是否小于a，当不满足以上条件，通过定位模块提供的车辆航向角与目标航向角判断U型掉头是否完成；当满足以上其中一个条件，中央控制单元通过CAN网络，向执行机构发送停车、挂R档、方向盘角度控制指令，进入倒车过程；倒车过程中，中央控制单元根据轮速计算车辆后退距离是否大于d，或者根据传感模块提供信息判断与后方障碍物距离是否小于c，当不满足以上条件，则继续倒车，当满足以上其中一个条件，则停车、挂D档、执行前进过程；如此循环，直至车辆的航向角与目标航向角满足一定条件，U型掉头完成。
9.根据权利要求7所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制系统，其特征在于，所述传感模块包括超声波传感器和/或毫米波传感器。
10.根据权利要求7所述的自动驾驶中的U型自动掉头控制方法，其特征在于，所述掉头指令包括转向指令、车速控制指令、档位控制指令。
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