CN113978722B - 一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法，包括：假人，假人用于自动驾驶碰撞测试的靶标；无人机，无人机用于挂载假人，无人机配备有自主飞行控制系统，自主飞行控制系统用于实时主动调整无人机的飞行姿态以及控制无人机自主飞行；距离传感器，距离传感器设置在云台的底端，距离传感器用于探测云台的底端与地面之间的距离；地面控制基站，地面控制基站与自主飞行控制系统通过无线信号通信；测试车辆，测试车辆自动驾驶进行碰撞测试。本发明旨在解决现有的自动驾驶碰撞测试系统无法适应各种复杂多变的地形，无法使假人的脚部与地面贴合，无法使假人模拟出各种运动情形等技术问题。

Description

一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法

技术领域

本发明涉及汽车自动驾驶技术领域，尤其涉及一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法。

背景技术

汽车自动驾驶是目前汽车智能化发展的一个趋势，根据国家发展和改革委员会等11部委于2020年2月10日发布的《智能汽车创新发展战略》，智能汽车为通过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功能，逐步成为智能移动空间和应用终端的新一代汽车。在研发汽车自动驾驶技术时需要进行各项性能测试，2018年4月，工业和信息化部、公安部和交通运输部联合印发《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》，明确了14项自动驾驶功能测试项目，包括限速信息识别及响应、跟车行驶等。碰撞测试是汽车自动驾驶功能的一个重要测试项目，其目的是测试在碰撞发生之前，车辆能否主动的及时进行制动。

在进行汽车自动驾驶碰撞测试时一般都会使用假人作为靶标，通过假人来模拟行人在道路上的行走状态，但是现有的假人一般都是固定在一个底座上，通过驱动底座运动来使假人模拟行人在道路上的运动情形，其一，由于底座的原因，假人的脚部不会与地面贴合而是产生较大间隔，与实际行人在道路上行走的情形具有偏差，从而影响了测试结果的可靠性；其二，底座带动假人模拟行人的运动情形单一，无法较好的模拟前后运动、左右运动、斜向运动、曲线运动、爬坡运动等各种情形，测试结果不可靠；其三，底座只能带动假人在平坦的地面上模拟运动，而实际情况下，道路上会出现斜坡，坑洼不平等情形，因此，现有的假人驱动系统无法适应复杂多变的地形，测试结果不可靠。

针对以上技术问题，本发明公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法，本发明具有假人的脚部可以与地面贴合、可以模拟各种情形下的运动、可以适应各种复杂多变的地形、提高测试结果的可靠性等优点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统及运行方法，以解决现有技术中假人驱动系统中假人的脚部无法与地面贴合，假人无法模拟出前后运动、左右运动、斜向运动、曲线运动、爬坡运动等各种情形下的运动，无法适应复杂多变的地形，测试结果不可靠等技术问题，本发明具有假人的脚部可以与地面贴合、可以模拟各种情形下的运动、可以适应各种复杂多变的地形、提高测试结果的可靠性等优点。

为解决以上技术问题，本发明公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，包括：

假人，假人用于自动驾驶碰撞测试的靶标，假人的体内设置有陀螺仪，陀螺仪用于对假人的姿态进行调整；

无人机，无人机用于挂载假人，无人机配备有自主飞行控制系统，自主飞行控制系统用于实时主动调整无人机的飞行姿态以及控制无人机自主飞行，无人机的底部设置有云台，云台的底部竖直设置有连杆，连杆的顶端与云台通过锁止释放机构连接，连杆的底端与假人固定连接，自主飞行控制系统包括飞控计算机模块，飞控计算机模块与锁止释放机构控制连接，锁止释放机构用于对连杆进行固定限位，同时飞控计算机模块可以控制锁止释放机构释放连杆；

距离传感器，距离传感器设置在云台的底端，距离传感器与飞控计算机模块电连接，距离传感器用于探测云台的底端与地面之间的距离；

地面控制基站，地面控制基站与自主飞行控制系统通过无线信号通信，陀螺仪与地面控制基站通过无线信号通信；

测试车辆，测试车辆自动驾驶进行碰撞测试，测试车辆上设置有无线通信模块，无线通信模块与地面控制基站以及自主飞行控制系统均通过无线信号通信。

优选的，为了可以对无人机进行很好的保护，无人机的外部固定设置有保护罩，云台固定设置在保护罩的底端。

优选的，保护罩包括外圆框体和内圆框体，内圆框体设置在外圆框体的内部，并且内圆框体与外圆框体垂直，内圆框体与外圆框体的顶端之间以及内圆框体与外圆框体的底端之间均固定连接，无人机的外壁分别与内圆框体的两侧固定连接。

优选的，为了便于对无人机与保护罩之间进行安装与拆卸，无人机的外壁与内圆框体通过螺栓固定连接。

优选的，锁止释放机构包括推拉式电磁铁和挡销，云台的底端设置有插槽，插槽的左右分别设置有与其连通的横槽，连杆的顶部插接在插槽内，并且连杆顶部的外周壁的两侧还分别设置有限位卡槽，推拉式电磁铁分别设置在横槽内，并且推拉式电磁铁的铁芯朝向连杆且与挡销固定连接，挡销与限位卡槽位置对应，飞控计算机模块通过继电器控制推拉式电磁铁通电和断电，从而控制推拉式电磁铁的铁芯做伸缩运动，进而带动挡销伸缩，挡销伸出时，挡销卡入限位卡槽内，将连杆固定在云台的底部，挡销收缩时，挡销从限位卡槽内退出，云台将连杆释放，从而将假人释放。

本发明还公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统的运行方法，包括以下步骤：

步骤一：先通过连杆将假人安装在云台的底部，然后托起无人机并驱动无人机起飞，使假人直立；

步骤二：在地面控制基站中设置假人的姿态参数，同时在自主飞行控制系统中设置碰撞测试的起始运动位置参数以及无人机开始飞行时测试车辆与假人之间的距离参数，陀螺仪解算姿态参数并实时调整假人姿态；

步骤三：通过自主飞行控制系统校正无人机自身位置坐标，距离传感器将采集到的距离数据实时传输到自主飞行控制系统，自主飞行控制系统根据接收到的距离数据实时调整无人机的高度，使假人的脚部可以一直保持与地面贴合；

步骤四：无人机带动假人运动到碰撞测试的起始运动位置；

步骤五：测试车辆启动进行自动驾驶；

步骤六：当测试车辆与假人之间的距离到达设定的参数时，测试车辆上的无线通讯模块将信号传输到自主飞行控制系统，自主飞行控制系统控制无人机飞行从而带动假人开始运动；

步骤七：假人到达预定碰撞地点时，测试车辆也到达预定碰撞地点，若测试车辆在碰撞发生之前及时制动，则测试通过；若测试车辆撞上假人，则测试失败；

步骤八：若测试车辆碰撞上假人，陀螺仪采集到碰撞信号，并将碰撞信号传输到地面控制基站，地面控制基站将碰撞信号传输到自主飞行控制系统中的飞控计算机模块，飞控计算机模块控制锁止释放机构释放连杆，从而将假人释放。

优选的，步骤四中，无人机带动假人运动到碰撞测试的起始运动位置可以通过地面控制基站遥控无人机飞行到起始运动位置，也可以通过自主飞行控制系统控制无人机自主飞行到起始运动位置。

本发明具有以下优点：本发明通过云台和连杆将假人挂载在无人机的底部，云台的底部设置有距离传感器，无人机配备的自主飞行控制系统根据距离传感器采集到的云台底部至地面之间的距离数据实时的调整无人机的高度，从而使假人的脚部可以一直与地面保持贴合，更加真实的模拟出实际中行人的运动情形，同时在地面出现斜坡以及坑洼时无人机可以及时根据距离传感器采集到的数据及时调整高度，适应于各种复杂多变的地形，通过无人机还可以驱动假人模拟前后运动、左右运动、斜向运动、曲线运动、爬坡运动等各种运动情形，使模拟的测试场景更加全面，提高了测试结果的可靠性，当测试失败，车辆碰撞上假人时，无人机可以主动释放假人，避免假人受到的撞击传递到无人机上造成无人机的摔损，降低损失。

附图说明

图1为无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统结构示意图；

图2为锁止释放机构锁止固定连杆时连杆与云台安装结构示意图；

图3为锁止释放机构释放连杆时结构示意图。

图中：1、假人；2、无人机；3、云台；31、插槽；32、横槽；4、连杆；41、限位卡槽；5、锁止释放机构；51、推拉式电磁铁；52、挡销；6、保护罩；61、外圆框体；62、内圆框体；7、距离传感器；8、地面控制基站；9、测试车辆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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

实施例1公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，如图1所示，包括：

假人1，假人1用于自动驾驶碰撞测试的靶标，假人1的体内设置有陀螺仪，陀螺仪用于对假人1的姿态进行调整；

无人机2，无人机2用于挂载假人1，无人机2配备有自主飞行控制系统，自主飞行控制系统用于实时主动调整无人机2的飞行姿态以及控制无人机2自主飞行，无人机2的底部设置有云台3，云台3的底部竖直设置有连杆4，连杆4的顶端与云台3通过锁止释放机构5连接，连杆4的底端与假人1固定连接，具体的，无人机2的外部固定设置有保护罩6，云台3固定设置在保护罩6的底端，保护罩6包括外圆框体61和内圆框体62，内圆框体62设置在外圆框体61的内部，并且内圆框体62与外圆框体61垂直，内圆框体62与外圆框体61的顶端之间以及内圆框体62与外圆框体61的底端之间均固定连接，无人机2的外壁分别与内圆框体62的两侧固定连接，具体的，无人机2的外壁与内圆框体62通过螺栓固定连接，自主飞行控制系统包括飞控计算机模块，飞控计算机模块与锁止释放机构5控制连接，锁止释放机构5用于对连杆4进行固定限位，同时飞控计算机模块可以控制锁止释放机构5释放连杆4，具体的，如图2和图3所示，锁止释放机构5包括推拉式电磁铁51和挡销52，云台3的底端设置有插槽31，插槽31的左右分别设置有与其连通的横槽32，连杆4的顶部插接在插槽内，并且连杆4顶部的外周壁的两侧还分别设置有限位卡槽41，推拉式电磁铁51分别设置在横槽内，并且推拉式电磁铁51的铁芯朝向连杆4且与挡销52固定连接，挡销52与限位卡槽41位置对应，飞控计算机模块通过继电器控制推拉式电磁铁51通电和断电，从而控制推拉式电磁铁51的铁芯做伸缩运动，进而带动挡销52伸缩，挡销52伸出时，挡销52卡入限位卡槽41内，将连杆4固定在云台3的底部，挡销52收缩时，挡销52从限位卡槽41内退出，云台3将连杆4释放，从而将假人1释放；

距离传感器7，距离传感器7设置在云台3的底端，距离传感器7与飞控计算机模块电连接，距离传感器7用于探测云台3的底端与地面之间的距离；

地面控制基站8，地面控制基站8与自主飞行控制系统通过无线信号通信，陀螺仪与地面控制基站8通过无线信号通信；

测试车辆9，测试车辆9自动驾驶进行碰撞测试，测试车辆9上设置有无线通信模块，无线通信模块与地面控制基站8以及自主飞行控制系统均通过无线信号通信。

本实施例还公开了一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统的运行方法，包括以下步骤：

步骤一：先通过连杆4将假人1安装在云台3的底部，然后托起无人机2并驱动无人机2起飞，使假人1直立；

步骤二：在地面控制基站8中设置假人的姿态参数，同时在自主飞行控制系统中设置碰撞测试的起始运动位置参数以及无人机2开始飞行时测试车辆与假人1之间的距离参数，陀螺仪解算姿态参数并实时调整假人1姿态；

步骤三：通过自主飞行控制系统校正无人机2自身位置坐标，距离传感器7将采集到的距离数据实时传输到自主飞行控制系统，自主飞行控制系统根据接收到的距离数据实时调整无人机2的高度，使假人1的脚部可以一直保持与地面贴合；

步骤四：无人机2带动假人1运动到碰撞测试的起始运动位置，具体的，无人机2带动假人1运动到碰撞测试的起始运动位置可以通过地面控制基站8遥控无人机2飞行到起始运动位置，也可以通过自主飞行控制系统控制无人机2自主飞行到起始运动位置；

步骤五：测试车辆9启动进行自动驾驶；

步骤六：当测试车辆9与假人1之间的距离到达设定的参数时，测试车辆9上的无线通讯模块将信号传输到自主飞行控制系统，自主飞行控制系统控制无人机2飞行从而带动假人1开始运动；

步骤七：假人1到达预定碰撞地点时，测试车辆9也到达预定碰撞地点，若测试车辆9在碰撞发生之前及时制动，则测试通过；若测试车辆撞上假人1，则测试失败；

步骤八：若测试车辆9碰撞上假人2，陀螺仪采集到碰撞信号，并将碰撞信号传输到地面控制基站8，地面控制基站8将碰撞信号传输到自主飞行控制系统中的飞控计算机模块，飞控计算机模块控制锁止释放机构释5放连杆，从而将假人1释放，具体的，飞控计算机模块通过继电器控制推拉式电磁铁52通电和断电，推拉式电磁铁52的通断电会控制铁芯做伸缩运动进而带动挡销53伸缩，挡销53伸出时，挡销53与锥形块51卡合，将连杆4固定在云台3的底部，挡销53收缩时，挡销53与锥形块51之间松开，云台3将连杆4释放，从而将假人1释放。

需要说明的是，无人机技术已是现有比较成熟的技术，自主飞行控制系统还包括障碍探测模块、导航定位模块、驱动控制模块、执行机构、姿态参考模块、无线通信模块等等，地面控制基站还包括遥控模块、无线通信模块等等，上述模块的结构以及各模块之间的连接关系及控制原理均属于现有技术，是本领域技术人员的公知常识，同时，通过继电器来控制推拉式电磁铁通断电也属于现有技术，其控制原理及电路连接也均属于本领域技术人员的公知常识，因此，在本申请中并未对上述现有技术作赘述，但该赘述的省略并不影响对本申请技术方案的理解，本申请通过将假人挂载在无人机的底部，通过通过距离传感器实时采集云台底部至地面的距离，从而使无人机可以实时的调整高度，使假人的脚部可以一直与地面贴合，同时可以模拟各种情形下的运动、可以适应各种复杂多变的地形、提高测试结果的可靠性，该技术方案及原理是汽车自动驾驶测试领域的空白，具有创造性。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，其特征在于，包括：

假人，所述假人用于自动驾驶碰撞测试的靶标，所述假人的体内设置有陀螺仪，所述陀螺仪用于对假人的姿态进行调整；

无人机，所述无人机用于挂载所述假人，所述无人机配备有自主飞行控制系统，所述自主飞行控制系统用于实时主动调整所述无人机的飞行姿态以及控制所述无人机自主飞行，所述无人机的底部设置有云台，所述云台的底部竖直设置有连杆，所述连杆的顶端与所述云台通过锁止释放机构连接，所述连杆的底端与所述假人固定连接，所述自主飞行控制系统包括飞控计算机模块，所述飞控计算机模块与所述锁止释放机构控制连接，所述锁止释放机构用于对所述连杆进行固定限位，同时所述飞控计算机模块可以控制所述锁止释放机构释放连杆；

距离传感器，所述距离传感器设置在所述云台的底端，所述距离传感器与所述飞控计算机模块电连接，所述距离传感器用于探测所述云台的底端与地面之间的距离；

地面控制基站，所述地面控制基站与所述自主飞行控制系统通过无线信号通信，所述陀螺仪与所述地面控制基站通过无线信号通信；

测试车辆，所述测试车辆自动驾驶进行碰撞测试，所述测试车辆上设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述地面控制基站以及所述自主飞行控制系统均通过无线信号通信。

2.如权利要求1所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，其特征在于，所述无人机的外部固定设置有保护罩，所述云台固定设置在所述保护罩的底端。

3.如权利要求2所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，其特征在于，所述保护罩包括外圆框体和内圆框体，所述内圆框体设置在所述外圆框体的内部，并且所述内圆框体与所述外圆框体垂直，所述内圆框体与所述外圆框体的顶端之间以及所述内圆框体与所述外圆框体的底端之间均固定连接，所述无人机的外壁分别与所述内圆框体的两侧固定连接。

4.如权利要求3所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，其特征在于，所述无人机的外壁与所述内圆框体通过螺栓固定连接。

5.如权利要求1所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统，其特征在于，所述锁止释放机构包括推拉式电磁铁和挡销，所述云台的底端设置有插槽，所述插槽的左右分别设置有与其连通的横槽，所述连杆的顶部插接在所述插槽内，并且所述连杆顶部的外周壁的两侧还分别设置有限位卡槽，所述推拉式电磁铁分别设置在所述横槽内，并且所述推拉式电磁铁的铁芯朝向所述连杆且与所述挡销固定连接，所述挡销与所述限位卡槽位置对应，所述飞控计算机模块通过继电器控制所述推拉式电磁铁通电和断电，从而控制推拉式电磁铁的铁芯做伸缩运动，进而带动所述挡销伸缩，挡销伸出时，挡销卡入所述限位卡槽内，将连杆固定在云台的底部，挡销收缩时，挡销从限位卡槽内退出，云台将连杆释放，从而将假人释放。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：先通过所述连杆将所述假人安装在所述云台的底部，然后托起所述无人机并驱动所述无人机起飞，使假人直立；

步骤二：在地面控制基站中设置假人的姿态参数，同时在自主飞行控制系统中设置碰撞测试的起始运动位置参数以及无人机开始飞行时测试车辆与所述假人之间的距离参数，所述陀螺仪解算所述姿态参数并实时调整假人姿态；

步骤三：通过所述自主飞行控制系统校正所述无人机自身位置坐标，所述距离传感器将采集到的距离数据实时传输到所述自主飞行控制系统，所述自主飞行控制系统根据接收到的距离数据实时调整所述无人机的高度，使所述假人的脚部可以一直保持与地面贴合；

步骤四：所述无人机带动所述假人运动到碰撞测试的起始运动位置；

步骤五：测试车辆启动进行自动驾驶；

步骤六：当所述测试车辆与所述假人之间的距离到达设定的参数时，测试车辆上的无线通讯模块将信号传输到自主飞行控制系统，自主飞行控制系统控制无人机飞行从而带动假人开始运动；

步骤七：假人到达预定碰撞地点时，测试车辆也到达预定碰撞地点，若测试车辆在碰撞发生之前及时制动，则测试通过；若测试车辆撞上假人，则测试失败；

步骤八：若测试车辆碰撞上假人，陀螺仪采集到碰撞信号，并将碰撞信号传输到地面控制基站，地面控制基站将碰撞信号传输到自主飞行控制系统中的飞控计算机模块，飞控计算机模块控制锁止释放机构释放连杆，从而将假人释放。

7.如权利要求6所述的一种无人机挂载假人的自动驾驶碰撞测试系统的运行方法，其特征在于，步骤四中，所述无人机带动所述假人运动到碰撞测试的起始运动位置能够通过所述地面控制基站遥控无人机飞行到起始运动位置，或通过所述自主飞行控制系统控制无人机自主飞行到起始运动位置。