CN110580038A - 自动驾驶跟车装置及自动驾驶车队系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动驾驶跟车装置及自动驾驶车队系统，所述跟车装置由目标信标、目标检测模块、路径生成模块、路径跟踪模块和第一通信模块组成，目标信标安装在目标车辆上，目标检测模块首先获取目标的动态点云，根据目标的先验模型、目标信标的形状和反射率进行目标识别，根据目标的动态点云获取目标位置信息，并将该位置信息发送给路径生成模块；路径生成模块根据目标的多个位置信息生成跟踪路径，并将该跟踪路径发送给路径跟踪模块；路径跟踪模块根据跟踪路径自动进行车速和转向控制，实现跟车自动跟随目标行驶。本发明通过管理装置集中控制多辆跟车编队行驶，可以有效城市交通系统的效率，节约人力。

Description

自动驾驶跟车装置及自动驾驶车队系统

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，具体地，涉及一种自动驾驶跟车装置及自动驾驶车队系统。

背景技术

车辆作为重要的交通工具，为人们生活带来极大便利的同时，也带来了许多不利因素，诸如交通拥堵、交通事故等问题严重困扰着人们，提高车辆出行的效率和安全性成为亟待解决的问题。

一般来说，建设更多的道路交通设施，从而提高道路网络的通行能力是解决交通问题最直接的方法。但是对于城市而言，空间资源有限，扩建交通设施很难从根本上解决交通系统中的复杂问题。同时对于出行者来说，交通设施老化、管理无序、人车之间的混乱都加剧了道路的拥堵和交通事故发生的几率。

因此，运用系统工程学的理论和方法，建立智能交通系统成为世界各国的共识。智能交通系统是将通信技术、环境感知技术、信息处理技术、车辆控制技术、人工智能技术等有效地集成在一起，形成智能交通运输管理体系，建立综合运输和管理系统，可以实时、准确、高效地管理和利用交通资源，是一种在大范围内通过网络来实施资源管理的系统。建立智能交通系统可以有效地提高现有交通系统的运行效率，增加路网的通行能力，提高交通安全性，充分利用现有交通设施的资源，节约大量的建设资金。

智能交通系统作为当代发展的新型交通系统，其安全性和系统效率的提高是通过多智能车辆的协作来实现的。通过多智能车辆的协作，进行信息共享和协同控制，使各个车辆有序行驶，避免了混乱和发生事故的危险。

车辆编队是多车协作的重要形式，如果多台车辆有公共的行驶路径，将其编队作为整体，那么只需要领航车辆需要驾驶员进行手动驾驶，其他车辆采用自动驾驶的方式进行跟车行驶和队形保持，可以节约大量人力成本，提高整体运行效率。

目前市场上有应用于开阔场景下的自动驾驶车队系统，主要服务于工程车辆，采用有人驾驶车辆领航+无人驾驶车辆编队跟随的模式运行，用于矿山、油田等开阔场地，车辆多为大型工程车辆。由于运行场地十分开阔，并无行人或车流相互影响，因此运行模式较为粗放，并不能直接用于城市道路环境。

某些车辆还安装了自动跟车装置，其作为辅助驾驶系统的一个模块，用于拥堵情景下的直线短距离间歇跟车。该辅助驾驶功能只是避免了交通拥堵时驾驶员注意力持续集中，并不能长距离持续进行跟车行驶，而且并不会对所跟车辆进行身份识别，也就无法进行多车辆编队行驶。

经过对现有技术文献检索发现，已公开的《一种矿山无人运输车队控制系统》(公布号为CN 106054902 A)中，提供了采用GPS技术进行头车的定位，跟车利用头车定位信息进行跟车行驶的车队控制系统。但是由于GPS依赖于卫星信号，因此该系统仅适用于矿山等开阔场地中的定位，在隧道或城市高层建筑物附近由于遮挡原因，会导致GPS定位精度急剧下降甚至无法定位，因此GPS定位技术应用场景有限。而且在车队应用中，由于GPS只能获取绝对位置信息，因此需要在被跟车辆目标上安装GPS才能获取目标的位置信息，这进一步限制了GPS技术用于复杂场景下的自动跟车。

在现有技术中，双目视觉也被广泛用于目标检测。例如现有已公开的《基于双目相机和面阵相机的自动跟车系统》(公布号为CN 106209546 A)中，采用双目相机采集目标纵向距离，采用面阵相机确定本车和车道线的位置关系，再结合车速给出合适的速度控制参数，辅助驾驶员进行跟车行驶。但是该系统在驾驶员干预或者目标变道、转弯、掉头情况下便不再起作用，不能全程自动跟车。另外相机的正常使用会受到环境光的影响，双目相机的安装和标定要求较高，导致系统的综合成本较高，限制了其用于多车编队的情景。

检索中还发现，申请号201710183867.9的中国专利，公开了一种车队编队驾驶方法及系统，但是该发明采用毫米波雷达作为跟踪目标检测装置，由于毫米波雷达的工作原理是发射特定电磁波脉冲并接收目标返回的电磁波，根据返回的波谱来分析目标的位置，现有条件下，毫米波雷达对目标位置的判断并不能保证稳定可靠，也不能判断目标的身份，因此基于毫米波雷达的目标定位仅能实现在直线道路或类似直线道路上的相邻车辆的定位，对于行人和无关车辆较多的城市道路环境可能会导致定位失败。

因此，开发一种可靠的、面向城市复杂道路环境的自动驾驶车队系统是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动驾驶跟车装置及自动驾驶车队系统，用于多车编队行驶，并可以用于城市复杂道路环境。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供一种自动驾驶跟车装置，包括：目标信标、目标检测模块、路径生成模块、路径跟踪模块和第一通信模块，所述目标信标安装在目标车辆上用于标识目标车辆，所述目标检测模块与所述路径生成模块连接，所述路径生成模块与所述路径跟踪模块连接，所述路径跟踪模块与所述第一通信模块连接；其中：

所述目标检测模块首先获取所述目标车辆的动态点云，根据所述目标车辆的先验模型、所述目标信标的形状和反射率进行目标识别，根据所述目标车辆的动态点云获取所述目标车辆的位置信息，并将该位置信息发送给所述路径生成模块；

所述路径生成模块根据所述目标车辆的多个位置信息生成跟踪路径，并将该跟踪路径发送给所述路径跟踪模块；

所述路径跟踪模块根据跟踪路径自动进行车速和转向控制，实现跟车自动跟随所述目标车辆行驶。

优选地，所述目标信标为圆柱形，在圆柱侧面贴有反光贴纸，使目标信标的表面反射率高于普通物体，从而使目标车辆产生的三维图像信息明显区别于其他车辆。

优选地，所述目标检测模块为激光雷达，激光雷达可以获取周围物体的三维图像信息，并保存为点云数据，激光雷达获取到的点云不仅包含每个点的位置信息，还包含反射光的强度信息，反射光的强度信息可以反映表面反射率，由于目标信标表面贴有反光贴纸，反射率较高，因此可以通过强度信息来识别目标信标，利用激光雷达精确的三维图像信息进行准确的定位和车辆识别。

优选地，在行驶途中，所述目标检测模块检测跟车当前道路的可通过性，在检测到不可通过的情况下控制跟车避免发生危险。

优选地，所述路径生成模块根据目标的多个位置信息生成跟踪路径，生成的跟踪路径与目标的实际运动轨迹一致。

根据本发明的第二方面，提供一种面向城市复杂道路环境的自动驾驶车队系统，包括上述跟车装置以及管理装置，所述管理装置接收所述跟车装置的状态信息进行监控管理。

优选地，所述管理装置由第二通信模块和人机交互模块组成，所述人机交互模块与所述第二通信模块连接，所述第二通信模块用于与所述跟车装置进行通信。

优选地，所述管理装置管理至少一部所述跟车装置，向至少一部所述跟车装置发送控制信息进行控制，从而集中控制同一编队中所有跟车。

优选地，所述管理装置的第二通信模块和多个所述跟车装置的第一通信模块可同时进行通信，这样一部管理装置可以同时管理多部跟车装置，可以进行多辆车编队自动跟车行驶。

本发明上述系统集成了激光雷达、无线通信、自动驾驶等技术为一体，利用激光雷达精确的三维图像信息，进行准确的定位和车辆识别，加上无线通信技术进行车队车辆之间信息共享，进行多车辆的自动跟车编队行驶，可以持续保持队形行驶，有效地提高了驾驶员的效率。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下的有益效果：

本发明所述跟车装置，利用激光雷达进行目标车辆的检测，获取目标车辆的动态点云，根据目标车辆的先验模型、目标信标的形状和反射率进行目标识别，从而获取目标的位置信息。本发明利用激光雷达配合信标，既完成目标车辆的定位，也完成目标车辆身份识别，同时进行其他障碍物的检测保证车辆安全，不受建筑遮挡的影响，在夜晚、雨雪天气等条件下也能正常定位，提高了系统的适应能力，解决了背景技术中提到的方案未解决的问题，能适用城市复杂道路环境的自动驾驶。

本发明所述管理系统，通过管理装置集中控制多辆跟车编队行驶，可以提高车队行驶的运行效率，有效城市交通系统的效率，节约人力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中自动驾驶车队系统结构示意图；

图2为本发明一实施例中跟车装置的结构框图；

图中：

1为目标车辆；

2为人机交互模块；

3为第二通信模块；

4为目标信标；

5为跟车；

6为目标检测模块；

7为路径生成模块；

8为路径跟踪模块；

9为第一通信模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参见附图1所示，为一种面向城市复杂道路环境的自动驾驶车队系统结构的较优实施例示意图，其中典型的车辆编队包含一辆领航车辆和多辆跟车5。为了方便说明，以下以一辆领航车辆和一辆跟车组成的车辆编队实施例进行描述。

如图1所示，一种自动驾驶车队系统，在该实施例中包括跟车装置以及管理装置，其中：

所述跟车装置，用于实现目标车辆检测，并根据检测的位置生成跟踪路径，进而实现路径跟踪；

所述管理装置，接收所述跟车装置的状态信息并对所述跟车装置进行监控管理。

参照图2所示，在本发明较优实施例中，所述跟车装置包括目标车辆1、目标信标4、目标检测模块6、路径生成模块7、路径跟踪模块8和第一通信模块9；目标信标4安装在跟踪目标即目标车辆1上，目标检测模块6与路径生成模块7连接，路径生成模块7与路径跟踪模块8连接，路径跟踪模块8与第一通信模块9连接；其中：

目标检测模块6首先获取所有点云数据，根据目标车辆1的先验模型、目标信标4的形状和反射率对点云数据进行筛选过滤，选出目标车辆1所产生的动态点云，然后与点云的历史数据进行对比匹配，得到对应的点云的位置变化，根据位置变化计算出目标车辆的位置变化量和方向变化量，累积这些位置变化量和方向变化量得到目标车辆1的位置信息，并将该位置信息发送给路径生成模块7；目标信标4有效地指示目标车辆1的当前位置和方向，在筛选点云时起关键作用；

路径生成模块7根据目标车辆1的多个位置信息生成跟踪路径，并将该跟踪路径发送给路径跟踪模块8；由位置信息生成跟踪路径的方法可参考相关的路径规划方法现有专利，生成平滑连续的跟踪路径，使跟车行驶过程平稳顺利，避免车速或方向出现突然变化或大幅波动，从而避免影响周围车辆的正常行驶；

路径跟踪模块8根据跟踪路径自动进行车速和转向控制，实现跟车自动跟随目标车辆1行驶。其中车速和转向控制方法可参考相关的自动驾驶控制方法，车速和转向的控制不仅平稳可靠，还要满足交通法规的约束，如转弯时转向灯的控制。

在一具体实施例中，所述目标信标4优选为圆柱形，直径为8cm、长度为30cm，外侧面贴有反光贴纸。圆柱形被激光雷达扫描得到的图像是圆形，不会随着目标的运动发生改变，便于进行匹配定位，提高定位精度。当然，在其他实施例中所述目标信标4也可以是其他形状和尺寸。

在一具体实施例中，所述目标检测模块6为激光雷达。激光雷达获取到的点云不仅包含每个点的位置信息，还包含反射光的强度信息，反射光的强度信息可以反映表面反射率，由于目标信标表面贴有反光贴纸，反射率较高，因此可以通过强度信息来识别目标信标。

在本发明部分优选实施例中，所述管理装置包括人机交互模块2和第二通信模块3，所述管理装置通过第二通信模块3接收跟车装置的状态信息进行监控，管理多辆跟车装置，向多部跟车装置发送控制信息进行控制。所述人机交互模块2收集车队中各车辆的位置和行驶状态信息，并进行显示，用于对车队进行管理，同时，接受输入信息，启动或停止各车辆的跟车功能，调整车队队形。

所述跟车5首先停靠在领航车辆后部进行等候，有多辆跟车时，依次排队组成编队队形。车队管理员可操作人机交互模块2，控制所有已加入编队的跟车装置，进入自动跟车状态。跟车装置的目标检测模块6首先获取目标车辆的动态点云，根据目标车辆的先验模型、目标信标的形状和反射率进行目标识别，根据目标车辆的动态点云获取目标位置信息，并将该位置信息发送给路径生成模块7。路径生成模块7根据目标车辆的多个位置信息生成跟踪路径，并将该跟踪路径发送给路径跟踪模块8。路径跟踪模块8根据跟踪路径自动进行车速和转向控制，实现跟车自动跟随目标车辆行驶。此时领航车驾驶员可驾驶领航车进行车辆编队行驶。

在行驶途中，跟车装置的目标检测模块6会检测跟车当前道路的可通过性，在检测到不可通过的情况下控制跟车避免发生危险，保障交通安全。可通过性检测方法可参考现有的自动驾驶环境感知系统技术，同时结合车辆本身所具有的可通行性检测或障碍检测的功能，综合给出是否可通行的结果，进行合理决策，在不可通行的情况下及时停车并通过无线通信方式通知管理系统，由车队管理员介入操作，合理地通过该道路，到达合适的编队行驶位置后再继续进行编队行驶。

在行驶途中，若车队管理员发现特殊情况，需要立即结束车辆编队行驶，可通过操作人机交互模块2快速完成。

在到达目的地后，车队管理员可操作人机交互模块2，控制所有已加入编队的跟车装置，解除自动跟车状态，完成编队行驶任务。

上述是本发明提出的自动驾驶车队系统的实施例说明，应该理解的是，上述自动驾驶车队系统中涉及的跟车装置可以单独构成一个技术方案，形成一个自动驾驶跟车装置，即图2所示的跟车装置，包括目标车辆1、目标信标4、目标检测模块6、路径生成模块7、路径跟踪模块8和第一通信模块9；目标信标4安装在目标车辆即目标车辆1上，目标检测模块6与路径生成模块7连接，路径生成模块7与路径跟踪模块8连接，路径跟踪模块8与第一通信模块9连接。各模块具体功能在此不再赘述。

本发明上述实施例中跟车装置通过在目标车辆上安装目标信标，在跟车5上的目标检测模块检测目标车辆的特征和目标信标进行目标车辆的定位，根据目标车辆定位的结果规划跟踪路径，进行自动跟车行驶。

本发明上述实施例中所述系统集成了激光雷达、信标、无线通信、自动驾驶等技术为一体，利用激光雷达精确的三维图像信息，进行准确的定位和车辆识别，加上无线通信技术进行车队车辆之间信息共享，进行多车辆的自动跟车编队行驶，可以持续保持队形行驶，有效地提高了驾驶员的效率。本发明可以有效城市交通系统的效率，节约人力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种自动驾驶跟车装置，其特征在于：包括：目标信标、目标检测模块、路径生成模块、路径跟踪模块和第一通信模块，所述目标信标安装在目标车辆上，所述目标检测模块与所述路径生成模块连接，所述路径生成模块与所述路径跟踪模块连接，所述路径跟踪模块与所述第一通信模块连接；其中：

所述目标检测模块首先获取所述目标车辆的动态点云，根据所述目标车辆的先验模型、所述目标信标的形状和反射率进行目标识别，根据所述目标车辆的动态点云获取所述目标车辆的位置信息，并将该位置信息发送给所述路径生成模块；

所述路径生成模块根据所述目标车辆的多个位置信息生成跟踪路径，并将该跟踪路径发送给所述路径跟踪模块；

所述路径跟踪模块根据跟踪路径自动进行车速和转向控制，实现跟车自动跟随所述目标车辆行驶。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶跟车装置，其特征在于：所述目标信标为圆柱形，在圆柱侧面贴有反光贴纸，使目标信标的表面反射率高于普通物体，从而使目标车辆产生的三维图像信息明显区别于其他车辆。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶跟车装置，其特征在于：所述目标检测模块为激光雷达，激光雷达获取周围物体的三维图像信息，并保存为点云数据，激光雷达获取到的点云不仅包含每个点的位置信息，还包含反射光的强度信息，反射光的强度信息可以反映表面反射率，所述目标信标表面贴有反光贴纸，反射率高，从而通过反射光的强度信息来识别目标信标，利用激光雷达精确的三维图像信息进行准确的定位和车辆识别。

4.根据权利要求1所述的自动驾驶跟车装置，其特征在于：在行驶途中，所述目标检测模块检测跟车当前道路的可通过性，在检测到不可通过的情况下控制跟车避免发生危险。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶跟车装置，其特征在于：所述路径生成模块根据所述目标车辆的多个位置信息生成跟踪路径，生成的跟踪路径与所述目标车辆的实际运动轨迹一致。

6.一种自动驾驶车队系统，其特征在于：包括权利要求1-5任一项所述跟车装置以及管理装置，所述管理装置接收所述跟车装置的状态信息进行监控管理。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶车队系统，其特征在于：所述管理装置由第二通信模块和人机交互模块组成，所述人机交互模块与所述第二通信模块连接，所述第二通信模块用于与所述跟车装置进行通信，所述人机交互模块收集车队中各车辆的位置和行驶状态信息，并进行显示，用于对车队进行管理，同时，接受输入信息，启动或停止各车辆的跟车功能，调整车队队形。

8.根据权利要求6所述的自动驾驶车队系统，其特征在于：所述管理装置管理至少一部所述跟车装置，向至少一部所述跟车装置发送控制信息进行控制，从而集中控制同一编队中所有跟车。

9.根据权利要求6所述的自动驾驶车队系统，其特征在于：所述管理装置的第二通信模块和多个所述跟车装置的第一通信模块可同时进行通信，这样一部管理装置可以同时管理多部跟车装置，可以进行多辆车编队自动跟车行驶。

10.根据权利要求6所述的自动驾驶车队系统，其特征在于：操作所述人机交互模块，能控制所有已加入编队的跟车装置，解除自动跟车状态，完成编队行驶任务。