CN110456788A - 一种自动驾驶客车控制系统及自动驾驶客车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动驾驶客车控制系统及自动驾驶客车，该系统包括环境感知系统、定位导航系统、决策规划系统及执行系统，其特征在于：环境感知系统对车体周围的环境参数进行采集，将采集得到的数据发送至决策规划系统；定位导航系统对客车进行导航定位；决策规划系统对环境感知系统及定位导航系统的及执行系统的交互数据进行获取并根据获取的数据对客车的行进进行决策规划；执行系统对客车进行对应控制。本发明的有益效果为：能降低所需成本，大幅度的减少客车盲区，实时探测客车外部周围环境信息、确定客车姿态及位置，为自动驾驶决策控制提供输入信息和判断依据，为客车的控制执行提供精确的命令信号。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，特别涉及一种自动驾驶客车控制系统及自动驾驶客车。
背景技术
自动驾驶客车巴士是属于国家大力倡导，优先鼓励发展的公共交通出行方式，具有环保节能，舒适方便，快捷便宜，载客量大且减少交通拥堵等特点。自动驾驶是新一轮汽车科技革命的下的新兴技术，集中运用了现代传感技术、信息与通信技术、自动控制技术、计算机技术及人工智能等技术，代表着未来汽车技术的战略制高点，是汽车产业转型升级的关键，且在减少交通事故，缓解交通拥堵，高效增加出行效率方面有很大的作用。Easymile、Navya、Coast等国外自动驾驶巴士在亚太、北美、中东和欧洲诸多国家及城市开展示范运营及投入使用，国内的如百度阿波龙、金旅、宇通等已有自动驾驶巴士亮相甚至量产，目前国内客车相关的自动驾驶专利和论文较少，有客车采用诸多激光雷达与毫米波雷达的安装方式，但对客车外形结构设计要求较高，实用性低，传感器容易受外在环境影响。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种自动驾驶客车控制系统及自动驾驶客车，通过检测区域全面覆盖车身周围，传感器信号稳定接收及控制输出信号稳定高效发送解决了对应的技术问题。
本发明的技术方案公开了一种自动驾驶客车控制系统，该系统包括环境感知系统、定位导航系统、决策规划系统及执行系统，其特征在于：所述环境感知系统包括设置于车体的多个图像采集器及多个雷达感应装置，用于对车体周围的环境参数进行采集，将采集得到的数据发送至决策规划系统；所述定位导航系统包括信号接发装置及定位装置，用于对客车进行导航定位；所述决策规划系统包括域控制器，用于对所述述环境感知系统及定位导航系统的及执行系统的交互数据进行获取并根据获取的数据对客车的行进进行决策规划；所述执行系统包括多个控制器，用于根据所述决策规划系统下发的决策规划对客车进行对应控制。
根据所述的自动驾驶客车控制系统，其中的环境感知系统包括：其中所述图像采集器包括设置于客车前挡风玻璃中间的图像采集装置，以及，设置于前挡风玻璃上方中间位置的高清图像采集装置；其中所述雷达感应装置包括设置于车体前端的毫米波雷达、设置于客车侧前方的两个激光雷达、设置于客车侧部中间区域的多个超声波雷达以及设置于客车后部区域的超声波雷达。
在一个优选的实施方案中，其中的图像采集装置被配置为单目相机，所述单目相机设置于客车前挡风玻璃中仪表台中间位置，水平视角为38°，用于检测障碍物的类型、位置、数量信息，以及，对车道线检测识别，根据车道线对客车是否偏移车道及寻线行驶进行实时监控。
在一个优选的实施方案中，其中高清图像采集装置被配置为红绿灯检测相机，所述红绿灯检测相机设置于客车前挡风玻璃中仪表台中上方位置，所述红绿灯检测相机检测范围配置为上下左右50°视角，用于在客车行驶的路径上确定红绿灯检测的位置点并识别红绿灯。
在一个优选的实施方案中，其中毫米波雷达设置于客车保险杠前方，并隐藏在车头蒙皮内部，用于检测前方一定范围内障碍物的速度与本车的距离等前方动态障碍物信息，所述毫米波雷达被配置为77GHZ长距毫米波雷达，检测精度为0.1km/h，检测距离为70m～150m，对应的检测俯仰角为9°～40°。
在一个优选的实施方案中，其中激光雷达设置于车头侧前方两端，用于检测客车前方与侧方一定范围内的障碍物，所述激光雷达被配置为：检测俯仰角85°，检测范围为70m～100m，离地高度1m。
在一个优选的实施方案中，其中超声波雷达具体包括：设置一组或多组超声波雷达于车身左右两侧及车尾两侧共四个方向，用于检测侧边及尾部近距离的障碍物的位置信息，每组超声波雷达的探头数量的个数可以自定义设定。
根据所述的自动驾驶客车控制系统，其中的定位导航系统包括一组计算机装置及一组天线，所述计算机装置包括用于计算客车位置的主机，以及，用于计算客车方向的主机，所述计算机装置设置于客车硬件箱内；所述天线包括设置于车头顶部的主天线，以及，设置于车尾顶部的从天线；所述计算机装置与天线完成对客车的导航定位。
根据所述的自动驾驶客车控制系统，其中的计算机装置被配置为：基于全球导航卫星系统GNSS、惯性测量单元IMU、北斗地基增强系统与实时高精度位置解算服务对客车进行导航定位。
根据所述的自动驾驶客车控制系统，其中的决策规划系统包括域控制器，所述域控制器用于对图像采集器、雷达装置及定位装置的控制和数据采集，以及，用于根据采集的数据对客车的定位、路径规划、决策控制、无线通讯及高速通讯基于决策定制。
根据所述的自动驾驶客车控制系统，其中的执行系统包括包含自动驾驶控制器、制动控制器、转向控制器，用于对整车的线控进行控制，并执行决策规划系统下发的转向及制动信号，其中，所述制动控制器用于接收上位机的控制信号，输出比例继动阀的控制信号；所述转向控制器用于接收上位机的控制信号，输出转向助力电机的控制信号。
本发明的技术方案还包括一种自动驾驶客车，应用有上述任意一项所述控制系统。
本发明的有益效果为：将多种车载传感器的感知属性进行合理组合，既能完成基本的自动驾驶功能，也能降低所需成本，大幅度的减少客车盲区，实时探测客车外部周围环境信息、确定客车姿态及位置，为自动驾驶决策控制提供输入信息和判断依据，为客车的控制执行提供精确的命令信号。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1所示为根据本发明实施方式的总体系统框图；
图2所示为根据本发明实施方式的各系统的子部件连接关系图；
图3所示为本发明实施方案的客车雷达及摄像头的覆盖范围示意图
具体实施方式
本发明技术方案公开了自动驾驶客车控制系统及自动驾驶客车，特别适用于传统客车或公交车改装成具有自动驾驶功能的商用车或公交车
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
图1所示为根据本发明实施方式的总体系统框图。该系统包括环境感知系统、定位导航系统、决策规划系统及执行系统。其中环境感知系统包括设置于车体的多个图像采集器及多个雷达感应装置，用于对车体周围的环境参数进行采集，将采集得到的数据发送至决策规划系统；定位导航系统包括信号接发装置及定位装置，用于对客车进行导航定位；决策规划系统包括域控制器，用于对环境感知系统及定位导航系统的及执行系统的交互数据进行获取并根据获取的数据对客车的行进进行决策规划；执行系统包括多个控制器，用于根据决策规划系统下发的决策规划对客车进行对应控制。
图2所示为根据本发明实施方式的各系统的子部件连接关系图。如图所示，图中USB、LAN、COM、CAN分别表示通用串行总线通信、局域网通信、串口通信及控制器局域网通信。参考图1，其中环境感知系统包括用于安装在客车车身前部的毫米波雷达、用于放置在客车前挡风玻璃中间的图像采集装置(单目相机)、用于安装在前挡风玻璃上方中间位置的高清图像采集装置、用于安装在客车侧前方的两个激光雷达、用于安装在客车侧部中间区域的多个超声波雷达、用于安装在客车后部区域的超声波雷达；其中定位导航系统包括用于设置在车身内部中部硬件箱里组合导航定位系统，用于安装在车身顶部的两个接收天线装置，其中决策规划系统包括放置于车身内部中部硬件箱里的域控制器，功能是处理运算各个传感器数据，进行决策规划。其中执行系统包括放置于车身内部的自动驾驶控制器、制动控制器、转向控制器、电源控制器、灯光车门控制器等。
本发明的技术方案对对应的设备进行配置以保证客车的硬件数量及分配合理，降低成本，并且使得安装快速简洁，盲区完整覆盖。
其中激光雷达，安装在车头侧前方两端的位置，距地面高度为1m，主要用于检测客车前方与侧方70-100米内的障碍物，保证客车前方与侧方的安全行驶区域；其优点有较长的使用寿命，该雷达避免了机械旋转式扫描，因此寿命较长；激光雷达接收的数据更稳定；测距精度为10cm，距离分辨率4cm；俯仰角为85°，针对智能车将高度设在1m左右，此时扫描盲区仅为1m，考虑到智能车的自身高度，扫描盲区1m以达到最短盲区距离，考虑到智能车的载重量及长度，其安全距离应保证在10m以上，因此1m盲区可以保证客车安全；检测距离可达150m。
其中毫米波雷达选用规格为77GHZ长米距毫米波雷达，毫波雷达安装于客车保险杠前方，隐藏在车头蒙皮内部，主要功能为检测前方150米范围内障碍物的速度、与本车的距离等前方动态障碍物信息。毫米波雷达最远测距可达250m，用于动态目标检测；可检测动态目标速度精度为0.1km/h；当检测距离为150m时俯仰角为9°，70m时俯仰角为40°。
摄像头为Mobileye(单目相机)，安装于客车前挡风玻璃中仪表台中间位置，水平视角为38°，主要作用是检测障碍物的类型、位置、数量等信息，以及车道线检测识别，检测到的车道线一方面用于车道偏离预警，另一方面用于客车直线循迹行驶；该相机检测到的障碍物也是为提高系统的冗余性与可靠性。
其中摄像机是红绿灯检测相机，安装在客车前挡风玻璃中仪表台中上方位置，其检测范围为上下左右50°视角，主要作用是在客车行驶的路径上确定红绿灯检测的位置点，当客车到达该位置点时，相机就在感兴趣区域进行搜索，进而识别红绿灯。
其中超声波雷达，包括四组超声波雷达安装在车身左右两侧及车尾两侧共四个方向，用于检测侧边及尾部近距离的障碍物的位置信息，每组超声波雷达的探头数量的个数依据实际需求而设定，本发明的方案中，左右每组8个探头，尾部每组4个探头。
其中GPS与组合导航，如图2中的惯导系统。包含一套组合导航定位装置包括主机、接收天线等，其中两个接收天线安装在车顶，主天线安装在车头顶部，从天线安装在车尾顶部，主从天线连线与客车载体轴线平行，其中1台用于计算智能车位置，另外1台用于计算智能车方向。主机安装于客车车内硬件箱中，基于全球导航卫星系统GNSS、惯性测量单元IMU、北斗地基增强系统与实时高精度位置解算服务实现厘米级组合导航定位，可将定位精度精确至水平0.02m，垂直0.03m，方向0.1°。
其中决策规划系统，如图2的域控制器。包括一套域控制器作为计算平台，主要负责外接摄像头、毫米波雷达、激光雷达，以及IMU等设备，完成多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯等自动驾驶所需功能。
其中执行系统，包括车门灯光控制器、自动驾驶控制器、制动控制器、转向控制器，负责对整车的线控控制，执行计算平台给出的转向及制动信号。
制动控制器，主要作用是接收上位机的控制信号，输出比例继动阀的控制信号；其中转向控制器，主要作用是接收上位机的控制信号，输出转向助力电机的控制信号。
图3所示为本发明实施方案的客车雷达及摄像头的覆盖范围示意图。如图所示的雷达和摄像机，构成了自动驾驶客车的环境感知系统。包括：安装在客车车身前部的毫米波雷达、用于放置在客车前挡风玻璃中间的图像采集装置、用于安装在前挡风玻璃上方中间位置的高清图像采集装置、用于安装在客车侧前方的两个激光雷达、用于安装在客车侧部中间区域的多个超声波雷达、用于安装在客车后部区域的超声波雷达，用于完成全方位覆盖的环境检测。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (12)
1.一种自动驾驶客车控制系统，该系统包括环境感知系统、定位导航系统、决策规划系统及执行系统，其特征在于：
所述环境感知系统包括设置于车体的多个图像采集器及多个雷达感应装置，用于对车体周围的环境参数进行采集，将采集得到的数据发送至决策规划系统；
所述定位导航系统包括信号接发装置及定位装置，用于对客车进行导航定位；
所述决策规划系统包括域控制器，用于对所述环境感知系统及定位导航系统的及执行系统的交互数据进行获取并根据获取的数据对客车的行进进行决策规划；
所述执行系统包括多个控制器，用于根据所述决策规划系统下发的决策规划对客车进行对应控制。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述环境感知系统包括：
其中所述图像采集器包括设置于客车前挡风玻璃中间的图像采集装置，以及，设置于前挡风玻璃上方中间位置的高清图像采集装置；
其中所述雷达感应装置包括设置于车体前端的毫米波雷达、设置于客车侧前方的两个激光雷达、设置于客车侧部中间区域的多个超声波雷达以及设置于客车后部区域的超声波雷达。
3.根据权利要求2所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述图像采集装置被配置为单目相机，所述单目相机设置于客车前挡风玻璃中仪表台中间位置，水平视角为38°，用于检测障碍物的类型、位置、数量信息，以及，对车道线检测识别，根据车道线对客车是否偏移车道及寻线行驶进行实时监控。
4.根据权利要求2所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述高清图像采集装置被配置为红绿灯检测相机，所述红绿灯检测相机设置于客车前挡风玻璃中仪表台中上方位置，所述红绿灯检测相机检测范围配置为上下左右50°视角，用于在客车行驶的路径上确定红绿灯检测的位置点并识别红绿灯。
5.根据权利要求2所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述毫米波雷达设置于客车保险杠前方，并隐藏在车头蒙皮内部，用于检测前方一定范围内障碍物的速度与本车的距离等前方动态障碍物信息，所述毫米波雷达被配置为77GHZ长距毫米波雷达，检测精度为0.1km/h，检测距离为70m～150m，对应的检测俯仰角为9°～40°。
6.根据权利要求2所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述激光雷达设置于车头侧前方两端，用于检测客车前方与侧方一定范围内的障碍物，所述激光雷达被配置为：检测俯仰角85°，检测范围为70m～100m，离地高度1m。
7.根据权利要求2所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述超声波雷达具体包括：
设置一组或多组超声波雷达于车身左右两侧及车尾两侧共四个方向，用于检测侧边及尾部近距离的障碍物的位置信息，每组超声波雷达的探头数量的个数可以自定义设定。
8.根据权利要求1所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述定位导航系统包括一组计算机装置及一组天线，所述计算机装置包括用于计算客车位置的主机，以及，用于计算客车方向的主机，所述计算机装置设置于客车硬件箱内；所述天线包括设置于车头顶部的主天线，以及，设置于车尾顶部的从天线；所述计算机装置与天线完成对客车的导航定位。
9.根据权利要求8自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述计算机装置被配置为：基于全球导航卫星系统GNSS、惯性测量单元IMU、北斗地基增强系统与实时高精度位置解算服务对客车进行导航定位。
10.根据权利要求1所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述决策规划系统包括域控制器，所述域控制器用于对图像采集器、雷达装置及定位装置的控制和数据采集，以及，用于根据采集的数据对客车的定位、路径规划、决策控制、无线通讯及高速通讯基于决策定制。
11.根据权利要求1所述的自动驾驶客车控制系统，其特征在于，所述执行系统包括包含自动驾驶控制器、制动控制器、转向控制器，用于对整车的线控进行控制，并执行决策规划系统下发的转向及制动信号，其中，所述制动控制器用于接收上位机的控制信号，输出比例继动阀的控制信号；所述转向控制器用于接收上位机的控制信号，输出转向助力电机的控制信号。
12.一种自动驾驶客车，所述自动驾驶客车应用有权利要求1-11任一项所述控制系统。
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