CN111806435A - 一种低速电动车自动循迹控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低速电动车自动循迹控制系统，该系统包括包括视觉识别模块，差分GPS模块，协调控制模块，自动驾驶控制模块，该系统通过结合视觉模块与差分GPS模块共同进行自动循迹，保证了车辆循迹的准确性与稳定性；考虑到两模块在控制中出现的耦合影响，设计了协调控制策略，消除两模块间的互相干扰，发挥了视觉与差分GPS循迹的优点。

Description

一种低速电动车自动循迹控制系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，特别涉及一种低速电动车自动循迹控制系统。
背景技术
在科技进步，技术日新月异的今天，自动化与智能化成为现代生活与工业生产的主流，在车辆驾驶领域，如何解放驾驶员的双手，提高车辆的安全性与稳定性一直是人们要解决的问题，因此智能驾驶应运而生，智能驾驶将应用于各个领域，在工业中车辆可脱离驾驶员独立工作，而在交通运输中，通过车联网技术，实现交通网络数据化、可视化，大大提高生产效率和交通效率。
目前智能驾驶发展迅速，其实现方式主要有以下几种：
第一种，基于导轨，其主要方式有铺设引导轨，使车体与轮组在导轨上完成固定路线的行驶。或者在规划路线上铺设感应体(如铁线，磁条等)，在车辆上安装传感器，车辆识别出行驶路径，沿着铺设感应体的路径行驶。这种方式车辆行驶可靠性及稳定性很高，路线不容易出现偏差，但因其要提前铺设导轨或感应体，成本高，且灵活性差，若要改变其行驶路径，只能重新铺设新路径。
第二种，基于视觉识别，其主要依靠设置在车辆前部的摄像头拍摄图像，利用图像处理模块识别车道线及障碍物，连接自动驾驶控制模块，实现自动循迹行驶及躲避障碍物。这种方式车辆行驶路径更加灵活，可用于更大范围的自动驾驶，但其在多路径(如分岔路口)无法判断正确路径。且过度依赖路面条件，时间长后，由于摩擦或灰尘沉积，使车道线模糊，不容易辨识，不利于自动循迹。
第三种：基于红外探测，也是一种常见的手段，通过红外线传感器，实现循迹和避障。但是缺点也难以避免，这种方式受外界环境影响大，易受其他热源和光源的干扰。
第四种：基于雷达探测器，有激光雷达，超声波雷达等，这种方式具有非常精确的测距及定位能力，隐蔽性好、抗有源干扰能力强，但其价格成本让人望而却步。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提出一种低速电动车自动循迹控制系统，通过结合视觉识别模块和GPS模块，经协调控制，增强自动驾驶稳定性，实现良好的自动循迹效果。
为实现上述目的，本发明提出一种低速电动车自动循迹控制系统，包括视觉识别模块，差分GPS模块，协调控制模块，自动驾驶控制模块。
视觉识别模块，用以识别电动车行驶车道内的车道线及前方预设范围的障碍物；
差分GPS模块，用以获取电动车位置坐标，生成规划路径；
协调控制模块，用以协调视觉识别模块和差分GPS模块；
自动驾驶控制模块，与所述协调控制模块连接，接收协调控制信号，用于循迹行驶和遇到障碍物时制动。
优选的，所述视觉识别模块包括：
摄像头，设置在电动车前部，用于拍摄电动车所处车道内两车道线图像及前方预设范围的障碍物图像；
图像处理单元,与所述摄像头连接，用于处理所拍摄车道线及障碍物图像，获取电动车所在车道内相对位置，以及障碍物信息。
进一步优选的，所述障碍物包括高度大于底盘最小高度或宽度大于通行安全宽度的行人、木块、石块，所述障碍物信息包括所述障碍物的位置和几何形状。
优选的，所述差分GPS模块包括：
两个差分GPS接收器，设置在电动车顶部纵向排列且相距不少于一米，用以获取电动车行驶中实时位置坐标和车身姿态；
计算中心，与差分GPS接收器连接，接收电动车行驶信息，用以在程序中生成规划路径信息；
所述规划路径信息包括规划路径坐标，以及在多条路径(如分岔路口)设置解耦点。
优选的，所述协调控制模块与图像处理单元和计算中心连接，用以接收所述图像处理单元输出的电动车相对车道位置信息和障碍物信息以及计算中心生成的规划路径信息，运用协调控制算法，协调视觉识别模块和差分GPS模块，输出协调控制信号。
进一步优选的，所述协调控制算法包含三条判断依据，分别为是否检测到障碍物，是否检测到解耦点，规划路径与车道中心线距离是否≤d。经协调控制算法输出以下三种协调控制信号：制动；依据差分GPS循迹；依据差分GPS循迹且视觉模块辅助。
优选的，所述自动驾驶控制模块包括：
驱动器41：控制电动车10启动和驱动；
转向器42：控制电动车10转向；
制动器43：控制电动车10前方预设范围出现所述障碍物时制动；
所述自动驾驶控制模块与所述协调控制模块连接，接收协调控制信号，控制电动车制动和依据规划路径信息行驶，同时在规定差值范围内选择依据车道位置信息，进一步修正电动车在车道中心行驶。本发明的有益效果是：通过将视觉识别模块和差分GPS模块结合，以差分GPS模块为主，视觉识别模块为辅，运用协调控制算法实现两模块间的耦合与解耦。运用差分GPS模块实现自动循迹的完整性，结合视觉识别模块修正自动循迹的细节，大大发挥了各自的优势，提高了自动循迹的精确性和稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的自动循迹控制系统的结构框图；
图2是本发明提供的协调控制模块的算法流程图；
图3是本发明提供的电动车工况一行驶状态示意图；
图4是本发明提供的电动车工况二行驶状态示意图。
其中：
1是视觉识别模块，11摄像头，12图像处理单元；
2是差分GPS模块，21是差分GPS接收器，22是计算中心；
3是协调控制模块；
4是自动驾驶控制模块，41是驱动器，42是转向器，43是制动器；
10电动车，
13车道线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实提供了一种低速电动车自动循迹控制系统，所述系统包括包括视觉识别模块1，差分GPS模块2，协调控制模块3，自动驾驶控制模块4。
所述视觉识别模块包括摄像头11，设置在电动车10前部，用于拍摄电动车10所处车道内两车道线13图像及前方预设范围的障碍物图像；
图像处理单元12,与所述摄像头11连接，用于处理所拍摄车道线13及障碍物图像，获取电动车所在车道内相对位置，以及障碍物信息；
所述障碍物包括高度大于底盘最小高度或宽度大于通行安全宽度的行人、木块、石块，所述障碍物信息包括所述障碍物的位置和几何形状。
所述差分GPS模块2包括两个差分GPS接收器21，设置在电动车10顶部纵向排列且为保证定位精确性，两接收器相距不少于一米，用以获取电动车10行驶中实时位置坐标和车身姿态；
计算中心22，与差分GPS接收器21连接，接收电动车行驶信息，用以在程序中生成规划路径信息；
所述规划路径信息包括规划路径坐标，以及在多条路径(如分岔路口)设置解耦点。
所述协调控制模块3与图像处理单元12和计算中心22连接，用以接收所述图像处理单元12输出的电动车相对车道位置信息和障碍物信息以及计算中心22生成的规划路径信息，运用协调控制算法，协调视觉识别模块1和差分GPS模块2，输出协调控制信号。
所述自动驾驶控制模块4包括：
驱动器41：控制电动车10启动和驱动。
转向器42：控制电动车10转向。
制动器43：控制电动车10前方预设范围出现所述障碍物时制动。
当电动车10自动循迹行驶前，由人工提前驾驶电动车10行驶在规划路径，利用差分GPS模块2采集规划路径坐标，且生成规划路径信息。所述规划路径信息包括规划路径坐标，以及在多条路径(如分岔路口)前设置解耦点。
由于视觉识别模块和差分GPS模块都可引导自动循迹，为协调两模块，提出一种协调控制算法。
如图2所示，在本发明实施例中，所述协调控制算法包含三条判断依据，分别为是否检测到障碍物，是否检测到解耦点，规划路径距车道中心线距离是否≤Δd。经协调控制算法输出以下三种协调控制信号：制动，依据差分GPS循迹，依据差分GPS循迹且视觉模块辅助。
协调控制模块3首先检测是否出现障碍物，接着检测解耦点，进一步检测规划路径距车道中心线距离是否≤Δd。
下面依据两种工况具体描述协调控制算法：
工况一：如图3所示，自动驾驶控制模块4控制电动车10行驶于单条路径，协调控制模块3实时检测以下信息。为保证自动循迹安全，协调控制模块3实时检测是否遇到障碍物，若检测到障碍物信息，则发出制动信号，自动驾驶控制模块4控制制动器43制动；若未检测到障碍物信息，则进一步检测是否有解耦点，由于此时在单条路径，未设置解耦点。进一步检测规划路径距车道中心线距离是否≤Δd，若规划路径距车道中心线距离≤Δd，表示规划路径与车道中心线无较大偏差，则自动循迹方式为依据差分GPS循迹且视觉模块辅助。如图3所示，此时电动车10按规划路径行驶，规划路径与车道中心线距离为d,若d≤Δd，则依据差分GPS循迹且视觉模块辅助，自动驾驶模块4控制驱动器41和转向器42将电动车10修正至车道中心，若d＞Δd,电动车依据差分GPS循迹。
工况二：如图4，此时电动车前方出现多条路径(如分岔路口)，路径分为直行与转弯，若此时继续使用视觉识别模块辅助自动驾驶，则可能出现下列情况：
①规划路径为直行，此时电动车使用视觉识别模块辅助，行驶在车道中心，若视觉识别模块识别出转弯车道线，控制电动车转向，而协调控制模块3检测出规划路径距车道中心线距离d＞Δd，电动车偏离规划路径较大，自动循迹方式变为依据差分GPS循迹，控制电动车回到规划路径。
②规划路径为转弯，若视觉识别模块识别出直行车道线，控制电动车继续直行，而协调控制模块3检测出规划路径距车道中心线距离d＞Δd，电动车偏离规划路径较大，自动循迹方式变为依据差分GPS循迹，控制电动车回到规划路径。
①②两种情况都会造成较大行驶偏差，导致电动车无法回到规划路径，造成交通堵塞甚至交通事故。
因此，为避免上述情况，在多条路径(如分岔路口)路段设置解耦点，此时若电动车依据差分GPS循迹且视觉模块辅助，进入分岔路口路段时，协调控制模块3检测到解耦点，解除差分GPS模块与视觉识别模块的耦合，自动循迹方式变为依据差分GPS循迹，电动车驶出分岔路口路段，协调控制模块3检测不到解耦点，自动循迹方式与工况一相同。
补充地，当电动车遇到障碍物制动，清除障碍物后，协调控制模块3未检测到障碍物，自动驾驶控制模块控制驱动器41重新驱动电动车，自动循迹方式按所述协调控制算法得到。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低速电动车自动循迹控制系统，其特征在于，所述低速电动车自动循迹控制系统包括视觉识别模块，差分GPS模块，协调控制模块，自动驾驶控制模块。视觉识别模块，用以识别电动车行驶车道内的车道线及前方预设范围的障碍物。差分GPS模块，用以获取电动车位置坐标，生成规划路径。协调控制模块，用以协调视觉识别模块和差分GPS模块。自动驾驶控制模块，与所述协调控制模块连接，接收协调控制信号，用于循迹行驶和遇到障碍物时制动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉识别模块包括：
摄像头，设置在电动车前部，用于拍摄电动车所处车道内两车道线图像及前方预设范围的障碍物图像；
图像处理单元,与所述摄像头连接，用于处理所拍摄车道线及障碍物图像，获取电动车所在车道内相对位置，以及障碍物信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述障碍物包括高度大于底盘最小高度或宽度大于通行安全宽度的行人、木块、石块，所述障碍物信息包括所述障碍物的位置和几何形状。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述差分GPS模块包括：
两个差分GPS接收器，设置在电动车顶部纵向排列且相距不少于一米，用以获取电动车行驶中实时位置坐标和车身姿态；
计算中心，与差分GPS接收器连接，接收电动车行驶信息，用以在程序中生成规划路径信息；
所述规划路径信息包括规划路径坐标，以及在多条路径(如分岔路口)路段设置解耦点。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述协调控制模块与图像处理单元和计算中心连接，用以接收所述图像处理单元输出的电动车相对车道位置信息和障碍物信息以及计算中心生成的规划路径信息，运用协调控制算法，协调视觉识别模块和差分GPS模块，输出协调控制信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述协调控制算法包含三条判断依据，分别为是否检测到障碍物，是否检测到解耦点，规划路径与车道中心线距离是否≤d。经协调控制算法输出以下三种协调控制信号：制动；依据差分GPS循迹；依据差分GPS循迹且视觉模块辅助。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自动驾驶控制模块包括：
驱动器：控制电动车转向。
转向器：控制电动车启动和驱动。
制动器：控制电动车前方预设范围出现所述障碍物时制动；
所述自动驾驶控制模块与所述协调控制模块连接，接收协调控制信号，控制电动车制动和依据规划路径信息行驶，同时在规定差值范围内选择依据车道位置信息，进一步修正电动车在车道中心行驶。
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