CN111547044B - 一种卡车弯道自动驾驶调教方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卡车弯道自动驾驶调教方法及系统，包括利用采集模块采集车辆和路面的基本信息；利用判断模块分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值；若一侧胎压高于所述触碰调教阈值则触发车辆另一侧配置的角度调教模块，通过实时获取的所述触碰调教阈值实时获取调教角度；利用数据传输模块将所述调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；所述自动驾驶调教系统接收数据并通过控制模块控制车辆的弯道自动调教驾驶，创造性地将自动辅助驾驶的前沿技术运用至卡车的过弯辅助中，有效解决了载重卡车过弯的安全性和平顺性问题，保障了公共交通安全。

Description

一种卡车弯道自动驾驶调教方法及系统

技术领域

本发明涉及智能驾驶的技术领域，尤其涉及一种卡车弯道自动驾驶调教方法及系统。

背景技术

卡车，又称作载货汽车，一般称作货车，指主要用于运送货物的汽车，有时也指可以牵引其他车辆的汽车，属于商用车辆类别。一般可依照车的重量分为重型和轻型两种。绝大部分货车都以柴油引擎作为动力来源，但有部分轻型货车使用汽油、石油气或者天然气。

目前，卡车在工程建设和货物运输等方面均扮演着不可取代的作用，随着近年来车辆智能辅助驾驶的高速发展，运用在卡车上的前沿技术也越来越多。考虑到卡车，特别是载货卡车在过弯道时由于车身载重过大，侧滑和翻车事件时有发生，过弯的安全和平顺性问题一直没有得到有效的解决，威胁着公共交通安全，创造性地将车辆智能辅助驾驶技术运用到卡车上具有重要的意义。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有卡车过弯存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：解决现有卡车在过弯时由于载重过大导致的侧滑和翻车问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种卡车弯道自动驾驶调教方法，包括利用采集模块采集车辆和路面的基本信息；利用判断模块分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值；若一侧胎压高于所述触碰调教阈值则触发车辆另一侧的角度调教模块，通过实时获取的所述触碰调教阈值实时获取调教角度；利用数据传输模块将所述调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；所述自动驾驶调教系统接收数据并通过控制模块控制车辆的弯道自动调教驾驶。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：采集的车辆和路面的所述基本信息包括车辆的速度、车辆的载重和路面的湿滑状况。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：通过以下公式分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的所述触碰调教阈值，

其中，δ为所述触碰调教阈值；M为车辆载重；α为路面湿滑程度；F为车辆行驶的摩擦力表述值；β为车辆轮胎抓地参数；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：通过以下公式实现所述角度调教模块实时获取调教角度，

其中，τ为所述调教角度；δ为所述触碰调教阈值；θ为所述探测角度；L为所述探测面的弯道弧长；C为所述探测面的理论标准直线长度。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：所述探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整，包括5°、10°和15°三个标准。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：所述探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整包括，

若M小于P时，θ选用5°；

若M大于P且小于1.25P时，θ选用10°；

若M大于1.25P且小于1.5P时，θ选用15°；

其中，P为车辆型号下的标准最大载重。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教方法的一种优选方案，其中：通过所述控制模块控制车辆的弯道自动调教驾驶，包括，通过实时获取的所述调教角度修正方向盘的角度，并且依据以下公式进行刹车制动的调教，

其中，d为车辆刹车踏板需踩下的安全距离；D为车辆以时速80km/h紧急制动刹停的距离；τ为所述调教角度；θ为所述探测角度；L为所述探测面的弯道弧长；C为所述探测面的理论标准直线长度；S为车辆的速度。

为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种卡车弯道自动驾驶调教系统，包括采集模块，用于采集车辆和路面的基本信息；判断模块，用于分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值，并将判断结果发送至角度调教模块；角度调教模块，用于实时获取调教角度；数据传输模块，用于将所述调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；控制模块，用于根据接收到的数据控制车辆的弯道自动调教驾驶。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教系统的一种优选方案，其中：所述采集模块包括采集单元，用于采集车辆和路面的基本信息；测量单元，用于实时测量探测面的弯道弧长和理论标准直线长度。

作为本发明所述的卡车弯道自动驾驶调教系统的一种优选方案，其中：所述判断模块包括获取单元，用于实时获取触碰调教阈值；判断单元，根据获取的所述触碰调教阈值判断是否触发角度调教模块。

本发明的有益效果：通过本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法，创造性地将自动辅助驾驶的前沿技术运用至卡车的过弯辅助中，有效解决了载重卡车过弯的安全性和平顺性问题，保障了公共交通安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法的方法流程图；

图2为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教系统的模块图；

图3为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法的角度探测示意图；

图4为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法仿真时不同探测角度与现有技术在辅助过弯时的对比示意图；

图5为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法仿真时探测角度为10°时的辅助过弯示意图；

图6为卡车过弯危险度随载重的关系示意图；

图7为相对于图6在采用本发明辅助过弯时的危险度随载重的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

卡车作为工程建设和货物运输等方面的主力军在过弯道时由于车身载重过大，侧滑和翻车事件时有发生，过弯的安全和平顺性问题一直没有得到有效的解决，威胁着公共交通安全。随着近年来智能驾驶技术的高速发展，在车辆上也开始运用越来越多的前沿技术，本发明创造性地将车辆智能辅助驾驶技术运用到卡车的过弯辅助上。

请参阅图1和图3～图7，为本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法：一种卡车弯道自动驾驶调教方法，包括：

利用采集模块100采集车辆和路面的基本信息；

利用判断模块200分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值；

若一侧胎压高于触碰调教阈值则触发车辆另一侧的角度调教模块300，通过实时获取的触碰调教阈值实时获取调教角度；

利用数据传输模块400将调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；

自动驾驶调教系统接收数据并通过控制模块500控制车辆的弯道自动调教驾驶。

进一步的，采集的车辆和路面的基本信息包括车辆的速度、车辆的载重和路面的湿滑状况。考虑到这三项参数是卡车在过弯路时主要决定车辆是否发生侧滑和翻车的因素，故此在车辆进入弯路前首先进行采集。

需要说明的是：

①车辆的速度和载重通过传感器直接可以实现采集，并将采集到的速度和载重参数量发送至自动驾驶调教系统的控制模块500中；

②路面的湿滑状况α的采集需要用到配置在车辆底部的红外探测器，在车辆正式进入弯道后，红外探测器探测路面的湿滑程度，此时红外探测器选择采集呈现三角状态的三点的路面情况进行分析，并通过估计算法实现整个弯路湿滑程度的大体估计，具体如下：

首先采集三点路面情况：

实现坐标系的转化，所估计的整体路面湿滑程度也可用呈现三角状的三点来进行表示，由一个正交旋转矩阵和一个平移变换矩阵表示为：

其中，

其中，r₁，r₂，r₃为第一个测量点三次所测量出的地面湿滑度，r₄，r₅，r₆为第二个测量点三次所测量出的地面湿滑度，r₇，r₈，r₉为第三个测量点三次所测量出的地面湿滑度，

其中，s为车辆此时的运行速度；α₁、α₂和α₃分别为三个测量点三次测量的平均地面湿滑度。

在测量地面湿滑度时，选择采集呈现三角状态的三点的路面情况进行分析，实现了以简单有效的三点成面计算整个采集面的湿滑度，以最简洁的取值法保证了采集的相对准确性。

更进一步的，通过以下公式分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值，

其中，δ为触碰调教阈值；M为车辆载重；α为路面湿滑程度；F为车辆行驶的摩擦力表述值；β为车辆轮胎抓地参数；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度。

较佳的，探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整，包括5°、10°和15°三个标准。

其中，探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整包括：

若M小于P时，θ选用5°；

若M大于P且小于1.25P时，θ选用10°；

若M大于1.25P且小于1.5P时，θ选用15°；

其中，P为车辆型号下的标准最大载重。

如图3所示，不难理解的是，自动驾驶调教系统能够沿着车辆行驶方向通过传感器探测出卡车车头距离弯道防护设施的直线距离，即探测面的理论标准直线长度C。并且，自动驾驶调教系统能够在车辆载重开始由重力传感器感应车辆的实际载重与车辆型号下的标准最大载重(已知)的比重关系，从而选择相应合适的探测角度θ，考虑到实际载重中，几乎不可能存在卡车理想状态下的载重情况，设置三个探测角度θ实现了触碰调教阈值能够根据实际的载重情况进行调整，不同的探测角度θ体现在卡车探测面的角度不同，从而增加了L与C两个变量，进一步的保证了触碰调教阈值的实时调整。也同样由于需要根据实际情况选择不同的探测角度θ，故此将角度调教模块300配置于车辆的另一侧。并且，β作为车辆轮胎抓地参数，以已知量参与车辆行驶的摩擦力表述值F的计算，同样保证了车辆行驶的摩擦力表述值F能够根据实际的探测情况和卡车自身的状态进行准确的测量，保障了卡车过弯时的安全性和平顺性。

更进一步的，通过以下公式实现角度调教模块300实时获取调教角度，

其中，τ为调教角度；δ为触碰调教阈值；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度。

在上述步骤中计算了触碰调教阈值δ的实时数据，根据公式能够实时获取调教角度τ的数据，并利用数据传输模块400将调教角度实时传输至自动驾驶调教系统，通过控制模块500控制车辆的弯道自动调教驾驶。

需要说明的是：将调教角度τ的数据实时传输至自动驾驶调教系统后，自动驾驶调教系统通过控制模块500控制车辆修正方向盘的角度和刹车制动以完成弯道自动调教驾驶。

其中，依据以下公式进行刹车制动的调教：

其中，d为车辆刹车踏板需踩下的安全距离；D为车辆以时速80km/h紧急制动刹停的距离；τ为调教角度；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度；S为车辆的速度。

不难理解的是：D作为车辆以时速80km/h紧急制动刹停的距离是已知的量，为卡车的基本参数，d作为车辆刹车踏板需踩下的安全距离能够保证卡车在载重状态下以稳定的姿态安全平顺的完成过弯，实现自动辅助驾驶。

为了验证本发明的有效性，基于ROS平台，建立模型并运行本发明。

请参阅图4和图5，图4中，(a)为现有卡车的过弯，没有采用任何的过弯辅助，(b)为探测角度θ为5°时经过自动调整的安全平顺过弯路径(取自图中的较黑粗路径线)；(c)为探测角度θ为10°时经过自动调整的安全平顺过弯路径(取自图中的较黑路径线)；(d)为探测角度θ为15°时经过自动调整的安全平顺过弯路径(取自图中的较黑路径线)，可以明显看出自动辅助驾驶的优越性。

图5展示的为仿真平台上选用探测角度θ为10°时经过自动调整的安全平顺过弯路径。

请参阅图6和图7，为采用本发明和现有技术在辅助卡车过弯时的危险度随载重的关系示意图的对比，由图中的对比可以看出，采用本发明在过弯时的危险度和平顺性均能得到良好的保证。

以车辆载重均处于探测角度10°的范围为例，下表1表明了卡车在过弯时本发明的调教过程：

表1：卡车在过弯时的调教过程图

载重(kg)	调教次数(次)	调教角度(度/次)	车速减幅(100％)
				5000	9	0.845	20.04
6000	13	0.531	36.73
				7000	14	0.447	31.70

上表1中展示了当车辆在过弯弧度圆心角为45°、原有车速在40km/h入弯时的调教过程图。

通过本发明提供的卡车弯道自动驾驶调教方法，创造性地将自动辅助驾驶的前沿技术运用至卡车的过弯辅助中，有效解决了载重卡车过弯的安全性和平顺性问题，保障了公共交通安全。

实施例2

请参阅图2，为本发明提供的一种卡车弯道自动驾驶调教系统的第一个实施例：一种卡车弯道自动驾驶调教系统，包括：

采集模块100，用于采集车辆和路面的基本信息；

判断模块200，用于分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值，并将判断结果发送至角度调教模块300；

角度调教模块300，用于实时获取调教角度；

数据传输模块400，用于将调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；

控制模块500，用于根据接收到的数据控制车辆的弯道自动调教驾驶。

进一步的，采集模块100包括：

采集单元，用于采集车辆和路面的基本信息；

测量单元，用于实时测量探测面的弯道弧长和理论标准直线长度。

更进一步的，判断模块200包括：

获取单元，用于实时获取触碰调教阈值；

判断单元，根据获取的触碰调教阈值判断是否触发角度调教模块300。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种卡车弯道自动驾驶调教方法，其特征在于：包括，

利用采集模块(100)采集车辆和路面的基本信息；

利用判断模块(200)分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值；

若一侧胎压高于所述触碰调教阈值则触发车辆另一侧配置的角度调教模块(300)，通过实时获取的所述触碰调教阈值实时获取调教角度；

利用数据传输模块(400)将所述调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；

所述自动驾驶调教系统接收数据并通过控制模块(500)控制车辆的弯道自动调教驾驶；

采集的车辆和路面的所述基本信息包括车辆的速度、车辆的载重和路面的湿滑状况；

通过以下公式分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的所述触碰调教阈值，

其中，δ为所述触碰调教阈值；M为车辆载重；α为路面湿滑程度；F为车辆行驶的摩擦力表述值；β为车辆轮胎抓地参数；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度。

2.根据权利要求1所述的卡车弯道自动驾驶调教方法，其特征在于：通过以下公式实现所述角度调教模块(300)实时获取调教角度，

其中，τ为所述调教角度；δ为所述触碰调教阈值；θ为所述探测角度；L为所述探测面的弯道弧长；C为所述探测面的理论标准直线长度。

3.根据权利要求2所述的卡车弯道自动驾驶调教方法，其特征在于：所述探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整，包括5°、10°和15°三个标准。

4.根据权利要求3所述的卡车弯道自动驾驶调教方法，其特征在于：所述探测角度θ根据车辆的载重状况进行自动调整包括，

若M小于P时，θ选用5°；

若M大于P且小于1.25P时，θ选用10°；

若M大于1.25P且小于1.5P时，θ选用15°；

其中，P为车辆型号下的标准最大载重。

5.根据权利要求4所述的卡车弯道自动驾驶调教方法，其特征在于：通过所述控制模块控制车辆的弯道自动调教驾驶，包括，通过实时获取的所述调教角度修正方向盘的角度，并且依据以下公式进行刹车制动的调教，

其中，d为车辆刹车踏板需踩下的安全距离；D为车辆以时速80km/h紧急制动刹停的距离；τ为所述调教角度；θ为所述探测角度；L为所述探测面的弯道弧长；C为所述探测面的理论标准直线长度；S为车辆的速度。

6.一种卡车弯道自动驾驶调教系统，其特征在于：包括，

采集模块(100)，用于采集车辆和路面的基本信息；

判断模块(200)，用于分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的触碰调教阈值，并将判断结果发送至角度调教模块(300)；

角度调教模块(300)，用于实时获取调教角度；

数据传输模块(400)，用于将所述调教角度实时传输至自动驾驶调教系统；

控制模块(500)，用于根据接收到的数据控制车辆的弯道自动调教驾驶；

通过以下公式分别判断车辆两侧的胎压是否高于车辆载重的所述触碰调教阈值，

其中，δ为所述触碰调教阈值；M为车辆载重；α为路面湿滑程度；F为车辆行驶的摩擦力表述值；β为车辆轮胎抓地参数；θ为探测角度；L为探测面的弯道弧长；C为探测面的理论标准直线长度。

7.根据权利要求6所述的卡车弯道自动驾驶调教系统，其特征在于：所述采集模块(100)包括，

采集单元，用于采集车辆和路面的基本信息；

测量单元，用于实时测量探测面的弯道弧长和理论标准直线长度。

8.根据权利要求7所述的卡车弯道自动驾驶调教系统，其特征在于：所述判断模块(200)包括，

获取单元，用于实时获取触碰调教阈值；

判断单元，根据获取的所述触碰调教阈值判断是否触发角度调教模块(300)。

Images