CN111497835B - 车辆平行驾驶及自动防撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆平行驾驶及自动防撞系统，车辆的处理器通过位于车辆外部的视频采集单元获取车辆的环境视频数据，并将环境视频数据合成处理得到第一环境视频信息，通过处理器中的通信模块将第一环境视频信息发送至外部的平行驾驶后台，平行驾驶后台接收第一环境视频信息并展示，同时将控制指令发送给通信模块；处理器解析控制指令并发送给控制器，控制器根据指令对车辆进行相应的控制；处理器通过障碍物探测单元探测车辆行驶轨迹内是否存在障碍物，当车辆行驶轨迹内存在障碍物且障碍物距离小于安全距离时，处理器生成制动指令控制车辆停车。由此，实现了对车辆的远程平行驾驶及平行驾驶过程中的自动防撞，保证了车辆的安全。

Description

车辆平行驾驶及自动防撞系统

技术领域

本发明涉及无人车辆驾驶领域，尤其涉及一种车辆平行驾驶及自动防撞系统。

背景技术

目前，低速无人驾驶车辆在一些特殊情况下可能存在定位丢失或者避障失败的情况，出于安全考虑，车辆会原地停车。此时，需要人工干预使车辆脱离该区域，这就要求我们要有远程控制车辆的能力。而目前远程控制的安全性纯粹靠操控人员自主识别风险，由于远程控制时远程视频的视觉盲区以及视频信息及远程控制指令通过网络传输时存在不确定延时的问题，都会增加车辆碰撞的概率，存在极大的安全风险。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种车辆平行驾驶及自动防撞系统，以解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种车辆平行驾驶及自动防撞系统，所述系统包括：处理器、视频采集单元、障碍物探测单元和控制器；

所述视频采集单元位于被控车辆的外部，用于获取所述车辆的环境视频数据；

所述障碍物探测单元位于所述车辆的四周，用于获取所述车辆的环境障碍物数据；

所述处理器位于所述车辆中，分别与所述视频采集单元和障碍物探测单元相连接，用于接收所述视频采集单元发送的环境视频数据和所述障碍物探测单元发送的环境障碍物数据；所述处理器具有通信模块；

所述处理器还用于，将所述环境视频数据进行合成处理，得到第一环境视频信息，并通过所述通信模块向外部的平行驾驶后台发送所述第一环境视频信息；

所述平行驾驶后台，通过网络与所述通信模块相连接，用于接收所述第一环境视频信息，并将接收到的控制指令发送给所述通信模块；

所述处理器对所述通信模块接收到的控制指令进行解析，从而用于对所述车辆进行控制的控制器接收，并进行对应的所述车辆的控制处理；

所述处理器还用于，根据所述车辆的自重、刹车力矩及当前速度进行计算，得到第一安全距离和第二安全距离；

所述处理器还用于，接收处理所述环境障碍物数据，并获取所述环境障碍物数据中的第一障碍物距离和第二障碍物距离；所述第一安全距离和第一障碍物距离为车辆前左及前右超声波探头探测区域内对应的安全距离和探测到的障碍物与车辆的距离；所述第二安全距离和第二障碍物距离为车辆左前超声波探头探测区域内对应的安全距离和探测到的障碍物与车辆的距离；

当车辆左转时，当所述第一障碍物距离不为空，且所述第一障碍物距离小于所述第一安全距离时，生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理；或者

当所述第二障碍物距离不为空，且所述第二障碍物距离小于所述第二安全距离时，生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理。

优选的，所述视频采集单元包括4个摄像头，分别设置于所述车辆的顶部，分别用于测量所述车辆的前部、后部、左部和右部的环境视频数据。

优选的，所述障碍物探测单元包括12个超声波探头，所述车辆的前部及后部分别各设置4个超声波探头，所述车辆的左部及右部分别各设置2个超声波探头。

进一步优选的，所述环境障碍物数据中还包括探测到障碍物的所述超声波探头的探头标识。

优选的，所述平行驾驶后台还用于，将接收到的所述第一环境视频信息进行展示。

优选的，当所述第一障碍物距离不为空，且所述第一障碍物距离小于所述第一安全距离时，所述处理器不解析所述通信模块接收的控制指令；或者

当所述第二障碍物距离不为空，且所述第二障碍物距离小于所述第二安全距离时，所述处理器不解析所述通信模块接收的控制指令。

优选的，所述控制指令包含有所述平行驾驶后台的第一系统时间戳，所述处理器在接收到所述控制指令后，将所述控制指令中的第一系统时间戳与所述车辆的第二系统时间戳进行比对，得到通信时延信息；

当所述通信时延信息大于预设的指令传送周期时，所述处理器生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理，同时将所述通信时延信息通过所述通信模块发送给所述平行驾驶后台。

优选的，所述处理器通过所述通信模块将所述环境障碍物数据发送给所述平行驾驶后台；

所述平行驾驶后台将接收到的所述环境障碍物数据进行展示。

通过应用本发明提供的车辆平行驾驶及自动防撞系统，能够实现车辆的远程平行驾驶，同时在车辆端通过对障碍物信息以及网络传输延时信息的判断，实现车辆的自动防撞控制。由此，实现了无人车辆的平行驾驶以及自动防撞，保证了远程平行驾驶状态下的车辆的安全。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车辆平行驾驶及自动防撞系统示意图；

图2为本发明实施例提供的第一环境视频信息示意图；

图3为本发明实施例提供的车辆直行时障碍物探测示意图；

图4为本发明实施例提供的车辆左转时障碍物探测示意图；

图5为本发明实施例提供的车辆右转时障碍物探测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本发明实施例提供的车辆平行驾驶及自动防撞系统示意图，该系统应用于低速无人清扫车辆。如图1所示，该车辆平行驾驶及自动防撞系统包括：处理器1、视频采集单元3、障碍物探测单元4和控制器2。视频采集单元3包括摄像头，障碍物探测单元4包括超声波探头，处理器1可以是车载电脑,其可以处理并发送车辆及环境数据，也可以接收并解析控制指令发送给控制器2，控制器2可根据指令控制车辆工作。

视频采集单元3用于采集车辆的环境视频数据，包括4个广角摄像头，分别安装在车辆外部的四个方向上，分别用于采集车辆的前部、后部、左部及右部的环境视频数据。

障碍物探测单元4共包括12个超声波探头，安装在车辆的四周，用于探测车辆行进轨迹上的障碍物信息。其中，车辆的前部和后部分别各安装4个超声波探头，车辆的左部和右部分别各安装2个超声波探头。

处理器1位于车辆中，分别与视频采集单元3和障碍物探测单元4相连接，用于接收视频采集单元3发送的环境视频数据和障碍物探测单元4发送的环境障碍物数据。

处理器1中嵌入安装有通信模块11，通信模块11可以为4g/5g通信模块。处理器1通过该通信模块11与外部的平行驾驶后台5进行通信，推送环境视频数据及环境障碍物数据，同时接收平行驾驶后台5发送的控制指令。由于通信模块11采用4g/5g网络通信，为了更有效地使用通信带宽，本实施例中，前部摄像头采用640*480的分辨率，其它三个摄像头采用320*240的分辨率。

处理器1在接收到视频采集单元3发来的车辆4个方向上的环境视频数据后，通过GStreamer(一种视频处理软件)工具对4个方向上的环境视频数据进行合成处理，得到第一环境视频信息，如图2所示，第一环境视频信息中包括车辆前部环境视频数据101、车辆左部环境视频数据102、车辆后部环境视频数据103和车辆右部环境视频数据104。处理器1通过通信模块11将合成的第一环境视频信息发送到平行驾驶后台5。

平行驾驶后台5在接收到第一环境视频信息后，将其展示给后台操作员，后台操作员根据实时展示的第一环境视频信息，通过平行驾驶后台5提供的操控台远程操控车辆。平行驾驶后台5在接收到操作员通过操控台输入的控制指令后，将控制指令发送给通信模块11。

控制指令的传输可以采用socket通信方式进行传输，数据传输协议可以采用JSON格式。控制指令具体包括：前进、倒车、左转、右转、加速、减速、停车、启动清扫、关闭清扫、启动平行驾驶及关闭平行驾驶等。

处理器1对通过通信模块11接收到的控制指令进行解析，得到可用于对车辆进行控制的控制代码并发送给控制器2，控制器2通过控制代码对车辆进行相应的控制。

由于控制指令传输过程中不可避免地会出现延时的情况，因此，为保证平行驾驶过程中车辆的安全性，需要对控制指令的传输进行监控，具体的，在控制指令中加入第一系统时间戳，其中，第一系统时间戳为控制指令开始传输时平行驾驶后台5的系统时间戳，应至少精确至毫秒级别。在处理器1接收到控制指令并进行解析之前，处理器1获取第二系统时间戳，其中，第二系统时间戳为接收到控制指令时车辆的系统时间戳，应至少精确至毫秒级别。通过比较第二系统时间戳和第一系统时间戳得到通信时延信息。同时，处理器1中预设有指令传送周期500ms，即可接受的指令传输时延不得超过500ms。当通信时延大于500ms时，处理器1生成执行制动指令发送给控制器2，控制器2根据执行制动指令控制车辆制动停车，使车辆保持静止状态，同时上传通信时延信息，直到通信时延信息符合要求。

图3为本发明实施例提供的车辆直行时障碍物探测示意图，如图3所示，包括：车辆直行轨迹区域301、左前探头探测区域201、前左探头探测区域202、前右探头探测区域203、右前探头探测区域204、第一安全距离401。其中，第一安全距离401根据车辆的自重、车辆的刹车力矩以及车辆当前速度实时计算得出。

车辆自动防撞无需使用到所有的超声波探头，只需要判断车辆行驶轨迹所涉及的超声波探头探测数据即可。

车辆直行时，车辆的行驶轨迹始终位于车辆前左、前右超声波探头的探测范围内，因此，只需判断车辆行驶轨迹内车辆前左及前右超声波探头的障碍物探测数据即可。当前左及前右超声波探头在车辆行驶轨迹内探测到障碍物时，得到第一障碍物距离。当第一障碍物距离小于第一安全距离401时，处理器1自动启动刹车过程，刹车过程具体为：处理器1不再解析通过通信模块11接收的平行驾驶后台5发送的控制指令，而是自动生成执行制动指令，并发送给控制器2，控制器2根据执行制动指令控制车辆停车。

当车辆后退时，只需判断车辆行驶轨迹内车辆后左及后右超声波探头的障碍物探测数据即可，其处理方式与车辆直行时相同，此处不再赘述。

图4为本发明实施例提供的车辆左转时障碍物探测示意图，如图4所示，包括：车辆左转弯轨迹区域302、左前探头探测区域201、前左探头探测区域202、前右探头探测区域203、右前探头探测区域204、第一安全距离401及第二安全距离402。其中，第一安全距离401根据车辆的自重、车辆的刹车力矩以及车辆当前速度实时计算得出。由于车辆转弯时存在转弯角度，第二安全距离402略小于第一安全距离401，具体计算公式为：第二安全距离402等于第一安全距离401减去半个车身宽度。

当车辆左转时，车辆行驶轨迹落入左前、前左及前右三个超声波探头的探测区域内，因此，除了要判断车辆行驶轨迹内车辆前左及前右超声波探头探测区域内的第一安全距离401内有无障碍物外，还要判断车辆行驶轨迹内车辆左前超声波探头探测区域内的第二安全距离402内有无障碍物。当车辆行驶轨迹内第一安全距离401内存在障碍物或者第二安全距离402内存在障碍物时，处理器1自动启动上述刹车过程，控制车辆停车。

图5为本发明实施例提供的车辆右转时障碍物探测示意图，如图5所示，包括：车辆右转弯轨迹区域303、左前探头探测区域201、前左探头探测区域202、前右探头探测区域203、右前探头探测区域204、第一安全距离401及第三安全距离403。其中，第一安全距离401根据车辆的自重、车辆的刹车力矩以及车辆当前速度实时计算得出。由于车辆转弯时存在转弯角度，第三安全距离403略小于第一安全距离401，具体计算公式为：第三安全距离403等于第一安全距离401减去半个车身宽度。

当车辆右转时，车辆行驶轨迹落入前左、前右及右前三个超声波探头的探测区域内，因此，除了要判断车辆行驶轨迹内车辆前左及前右超声波探头探测区域内的第一安全距离401内有无障碍物外，还要判断车辆行驶轨迹内车辆右前超声波探头探测区域内的第三安全距离403内有无障碍物。当车辆行驶轨迹内第一安全距离401内存在障碍物或者第三安全距离403内存在障碍物时，处理器1自动启动上述刹车过程，控制车辆停车。

在车辆的处理器1探测到障碍物并控制车辆停车后，处理器1通过通信模块11将环境障碍物数据发送至平行驾驶后台5，平行驾驶后台5将环境障碍物数据展示给后台操作员，方便其进行远程避障操作。其中，环境障碍物数据还包括探测到障碍物的超声波探头的探头标识，用于告诉操作员障碍物相对于车辆的大致位置，方便操作员进行避障操作。

本发明实施例提供的车辆平行驾驶及自动防撞系统，通过安装在车辆上的视频采集单元3采集车辆周围环境视频数据，并通过车辆的处理器1上的通信模块11将车辆周围的环境视频数据发送给外部的平行驾驶后台5，展示给后台操作员，并将操作员输入的控制指令发送至车辆的处理器1实现对车辆的控制，实现车辆的远程平行驾驶。同时，通过安装在车辆周围的障碍物探测单元4实时探测车辆行驶轨迹内是否存在障碍物以及障碍物距离车辆的距离，当车辆安全距离内出现障碍物时，车辆的处理器1不再执行平行驾驶后台5发送的控制指令并生成执行制动指令，控制车辆停车，实现车辆自动防撞，并将障碍物信息发送至平行驾驶后台5，展示给操作员，方便操作员进行避障操作。

本发明实施例所提供的车辆平行驾驶及自动防撞系统，能够在车辆无法自主驾驶时实现车辆的远程平行驾驶，同时在车辆端通过对障碍物信息以及网络传输延时信息的判断，实现车辆的自动防撞控制。由此，实现了无人车辆的平行驾驶及自动防撞以及远程平行驾驶状态下的车辆安全。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，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 (8)

1.一种车辆平行驾驶及自动防撞系统，其特征在于，所述系统包括：处理器、视频采集单元、障碍物探测单元和控制器；

所述视频采集单元位于被控车辆的外部，用于获取所述车辆的环境视频数据；

所述障碍物探测单元位于所述车辆的四周，用于获取所述车辆的环境障碍物数据；

所述处理器位于所述车辆中，分别与所述视频采集单元和障碍物探测单元相连接，用于接收所述视频采集单元发送的环境视频数据和所述障碍物探测单元发送的环境障碍物数据；所述处理器具有通信模块；

所述处理器还用于，将所述环境视频数据进行合成处理，得到第一环境视频信息，并通过所述通信模块向外部的平行驾驶后台发送所述第一环境视频信息；

所述平行驾驶后台，通过网络与所述通信模块相连接，用于接收所述第一环境视频信息，并将接收到的控制指令发送给所述通信模块；

所述处理器对所述通信模块接收到的控制指令进行解析，从而用于对所述车辆进行控制的控制器接收，并进行对应的所述车辆的控制处理；

所述处理器还用于，根据所述车辆的自重、刹车力矩及当前速度进行计算，得到第一安全距离和第二安全距离；

所述处理器还用于，接收处理所述环境障碍物数据，并获取所述环境障碍物数据中的第一障碍物距离和第二障碍物距离；所述第一安全距离和第一障碍物距离为车辆前左及前右超声波探头探测区域内对应的安全距离和探测到的障碍物与车辆的距离；所述第二安全距离和第二障碍物距离为车辆左前超声波探头探测区域内对应的安全距离和探测到的障碍物与车辆的距离；

当车辆左转时，当所述第一障碍物距离不为空，且所述第一障碍物距离小于所述第一安全距离时，生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理；或者当所述第二障碍物距离不为空，且所述第二障碍物距离小于所述第二安全距离时，生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频采集单元包括4个摄像头，分别设置于所述车辆的顶部，分别用于测量所述车辆的前部、后部、左部和右部的环境视频数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述障碍物探测单元包括12个超声波探头，所述车辆的前部及后部分别各设置4个超声波探头，所述车辆的左部及右部分别各设置2个超声波探头。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述环境障碍物数据中还包括探测到障碍物的所述超声波探头的探头标识。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述平行驾驶后台还用于，将接收到的所述第一环境视频信息进行展示。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述第一障碍物距离不为空，且所述第一障碍物距离小于所述第一安全距离时，所述处理器不解析所述通信模块接收的控制指令；或者

当所述第二障碍物距离不为空，且所述第二障碍物距离小于所述第二安全距离时，所述处理器不解析所述通信模块接收的控制指令。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制指令包含有所述平行驾驶后台的第一系统时间戳，所述处理器在接收到所述控制指令后，将所述控制指令中的第一系统时间戳与所述车辆的第二系统时间戳进行比对，得到通信时延信息；

当所述通信时延信息大于预设的指令传送周期时，所述处理器生成执行制动指令，并将所述执行制动指令发送给所述控制器，进行所述车辆制动处理，同时将所述通信时延信息通过所述通信模块发送给所述平行驾驶后台。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器通过所述通信模块将所述环境障碍物数据发送给所述平行驾驶后台；

所述平行驾驶后台将接收到的所述环境障碍物数据进行展示。

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