CN117873048A - 多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统和多编组无轨电车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统和一种多编组无轨电车。自动驾驶辅助系统包括：设置于至少一节车头的正面的高精度激光雷达、前向补盲激光雷达、以及前向毫米波雷达，其中，高精度激光雷达用以进行环周探测，前向补盲激光雷达用以进行前向近距离探测，前向毫米波雷达用以进行前向远距离探测；以及设置于至少一节车身的侧面的侧向毫米波雷达和第一超声波雷达，其中，侧向毫米波雷达用以进行侧方远距离探测，第一超声波雷达用以探测静态障碍物。本发明中能够根据多编组无轨列车中车头和车身的位置和作用，结合传感器费效比，针对性地布局每节车厢上的多种类型的传感器，大幅度提升多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性。

Description

多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统和多编组无轨电车

技术领域

本发明涉及自动驾驶辅助领域，具体涉及了一种自动驾驶辅助系统和一种多编组无轨电车。

背景技术

智能驾驶是国家战略性新兴产业的重要组成部分，按照递阶控制结构理论及交通系统的层次性结构特征，通常智能驾驶可以分为感知层，网络层，分析层与应用层，感知层主要功能为采集车辆形成过程中涉及的驾驶信息。目前智能驾驶主要通过图像、激光、毫米波等多种传感器实现对车辆周边状态信息的感知，感知是智能驾驶的基础，基于准确高效的感知才能实现对车辆的精准控制。

在智能驾驶领域中，多编组无轨电车的传感器的布局目前仍然不尽完善。由于不同传感器的性能特种不同，多编组无轨电车需要根据特定的应用场景需求选择不同类型传感器。另外，不同传感器的费效比不同，需要后续计算资源不同，因而对于多编组无轨电车上的传感器的选择，需要综合考虑车辆主控计算性能和传感器综合成本。此外，不同传感器安装位置要求也不同，电子导向胶轮电车主要包括有头车和中间车(拖车)两种车型，需要对于不同车型的各自位置设计针对性的传感器的安装方案。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种多编组无轨电车的自动驾驶辅助技术，能够根据多编组无轨列车中的车头和车身的位置和作用，结合传感器的费效比，有针对性地进行每节车厢外部进行不同类型的传感器的布设，使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的一方面提供了一种多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统，包括：设置于至少一节车头的正面的高精度激光雷达、前向补盲激光雷达、以及前向毫米波雷达，其中，所述高精度激光雷达用以进行环周探测，所述前向补盲激光雷达用以进行前向近距离探测，所述前向毫米波雷达用以进行前向远距离探测；以及设置于至少一节车身的侧面的侧向毫米波雷达和第一超声波雷达，其中，所述侧向毫米波雷达用以进行侧方远距离探测，所述第一超声波雷达用以探测静态障碍物。本发明一方面提供的自动驾驶辅助系统能够根据多编组无轨列车中的车头和车身的位置和作用，结合传感器的费效比，有针对性地进行每节车厢外部进行不同类型的传感器的布设，使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

可选地，在一些实施例中，所述至少一节车头和/或所述至少一节车身中的至少一者的侧面，设有至少一个侧向补盲激光雷达，所述侧向补盲激光雷达位于所述距离地面三分之一车身高度处。

可选地，在一些实施例中，所述至少一节车头还包括多个第二超声波雷达，所述多个第二超声波雷达分布于所述前向毫米波雷达的下方，其中，至少两个所述第二超声波雷达分别分布于所述车头的两侧，至少一个所述第二超声波雷达设置于所述车头的正面。

可选地，在一些实施例中，所述侧向毫米波雷达被设置于所述至少一节车身的侧面沿前后方向的中部，多个所述第一超声波雷达被沿所述前后方向分布于所述侧向毫米波雷达的下方。

可选地，在一些实施例中，所述至少一节车头的正面还包括图像感知摄像头以识别前方的道路线。

可选地，在一些实施例中，所述至少一节车头的顶部设置有组合惯导天线以进行惯性导航。

进一步地，该自动驾驶辅助系统还包括车辆控制器，所述车辆控制器与所述前向补盲激光雷达、所述侧向补盲激光雷达以及所述高精度激光雷达之间通过以太网通信连接。

更进一步地，该自动驾驶辅助系统还包括域控制器，所述车辆控制器经由所述域控制器以扩展通信连接所述前向毫米波雷达、所述侧向毫米波雷达和所述第一超声波雷达。

本发明的另一方面还提供了一种多编组无轨电车。该多编组无轨电车包括上述任一项所述的自动驾驶辅助系统。本发明另一方面提供的包括上述一方面所述的自动驾驶辅助系统的多编组无轨电车，能够根据多编组无轨列车中的车头和车身的位置和作用，结合传感器的费效比，有针对性地进行每节车厢外部进行不同类型的传感器的布设，使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的车头正面的传感器的布局示意图；

图2为图1所示的多编组无轨电车的车头正面的传感器的探测区域示意图；

图3示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的侧面的传感器的布局示意图；以及

图4示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的传感器的关联关系拓扑图。

附图标记：

100 多编组无轨电车；

110 车头；

111 高精度激光雷达；

112 前向补盲激光雷达；

113 第二超声波雷达；

114 图像感知摄像头；

115、125 侧向补盲激光雷达；

116 前向毫米波雷达；

117 组合惯导天线；

120 车身；

121 侧向毫米波雷达；

122 第一超声波雷达；

130 车辆控制器；

140 域控制器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，目前在智能驾驶领域中，多编组无轨电车的传感器的布局目前仍然不尽完善。由于不同传感器的性能特种不同，多编组无轨电车需要根据特定的应用场景需求选择不同类型传感器。另外，不同传感器的费效比不同，需要后续计算资源不同，因而对于多编组无轨电车上的传感器的选择，需要综合考虑车辆主控计算性能和传感器综合成本。此外，不同传感器安装位置要求也不同，电子导向胶轮电车主要包括有头车和中间车(拖车)两种车型，需要对于不同车型的各自位置设计针对性的传感器的安装方案。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统和一种多编组无轨电车，能够根据多编组无轨列车中的车头和车身的位置和作用，结合传感器的费效比，有针对性地进行每节车厢外部进行不同类型的传感器的布设，使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

在一些非限制性的实施例中，本发明的一方面提供的上述自动驾驶辅助系统可以设置于本发明的另一方面提供的上述多编组无轨电车中。

以下将结合一些多编组无轨电车的实施例来描述上述自动驾驶辅助系统的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些多编组无轨电车的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该自动驾驶辅助系统的全部工作方式或全部功能。

具体来说，请结合参看图1～图3。图1示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的车头正面的传感器的布局示意图，图2为图1所示的多编组无轨电车的车头正面的传感器的探测区域示意图。图3示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的侧面的传感器的布局示意图。

如图1所示，本发明一方面提供的自动驾驶辅助系统可以配置于多编组无轨电车100。多编组无轨电车100可以具体可以是电子导向胶轮电车、智轨电车等。多编组无轨电车100可以包括至少一节车头110并连接有至少一节车身120。例如，多编组无轨电车100可以是包括首尾两节车头110的双头多编组无轨电车。

多编组无轨电车100的自动驾驶辅助系统主要包括：设置于至少一节车头110的正面的三种类型的激光雷达，以及设置于至少一节车身120的侧面的两种类型的激光雷达。

具体来说，多编组无轨电车100的车头110布设有高精度激光雷达111、前向补盲激光雷达112、以及前向毫米波雷达116。

结合图1和图2，高精度激光雷达111布设于车头110的正面的顶部A位置，用以进行环周探测。如图2所示，虚线AA₁和AA₂的上方区域即为高精度激光雷达111的探测覆盖范围。

高精度激光雷达111是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，甚至可以包括目标车辆和本车之间的相对参数关系，例如相对速度。

具体地，在一些实施例中，高精度激光雷达111可以选用80线激光雷达。80线激光雷达兼具0.1度垂直角分辨率和230米的最远测距，其水平视场角(即横向视角)为360°，垂直视场角(即纵向视角)40°。通过将其布设于车头110的顶部所获得的俯视角度，可以进一步增加其横向视角和纵向视角，使得80线激光雷达的视角范围更远、更开阔。

但是高精度激光雷达111适用于远距离的精准探测，其横向视角的探测范围还是相对有限。例如，如图2所示，虚线AA₁和AA₂下方的区域，高精度激光雷达111无法探测。而且由于目前大多数自动驾驶车辆方案中，受限于高精度激光雷达111的垂直视场角范围以及顶置安装方式的限制，车身四周近场区域会出现激光雷达难以覆盖的感知盲区，这个区域潜在的低矮障碍物(常见如宠物、小孩等)，隐藏着大量未被解决的探测死角，有极大的风险。

因而，继续回到图1和图2，本发明提供的自动驾驶辅助系统还可以在车头110正面的中下位置B处，例如车头110的前视玻璃的下方，布设前向补盲激光雷达112，以进行前向近距离的探测。如图2所示，虚线BB₁和BB₂的上方区域即为前向补盲激光雷达112的探测覆盖范围，前向补盲激光雷达112在一定程度上开阔了多编组无轨电车100车头110前方的横向视角，部分弥补上述高精度激光雷达111横向视角的缺陷。

本领域的技术人员可以理解，上述图2中所绘示的由虚线AA₁、AA₂上方区域所表示的高精度激光雷达111探测范围，和由虚线BB₁、BB₂上方区域所表示的前向补盲激光雷达112探测范围，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

选用不同类型的高精度激光雷达111和前向补盲激光雷达112，其对应的探测范围的区域可以不同，例如可以是如图2中表示的伞形外部的探测区域，也可以垂直于车身并向外延伸的平行面探测区域等。

进一步地，为了更好地覆盖多编组无轨电车100的车头110前方的探测死角区域，如图1和图2所示，在前向补盲激光雷达112的下方C位置处，还可以布设有前向毫米波雷达116。前向毫米波雷达116是工作在毫米波波段探测的雷达(使用范围：30～300GHz频域，波长为1～10mm)。前向毫米波雷达116的测距原理是把无线电波(雷达波/电磁波)发射出去，根据接收回波与发送之间的时间差测得目标位置距离数据。一般的探测距离在0-200米之间，与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。

本实施例中，前向毫米波雷达116可以用于进行前向远距离探测。如图2所示，虚线CC₁和CC₂的上方区域即为前向毫米波雷达116的探测覆盖范围。前向毫米波雷达116既可以作为前向补盲激光雷达112在横向视角上、以及高精度激光雷达111在探测距离上的冗余探测方案，同时也可以进一步弥补上述两个探测雷达的探测盲区。

本领域的技术人员可以理解，上述图2中所绘示的由虚线CC₁、CC₂上方区域所表示的前向毫米波雷达116探测范围只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

选用不同类型的前向毫米波雷达116，其对应的探测范围的区域可以不同，例如可以是如图2中表示的伞形外部的探测区域，也可以垂直于车身并向外延伸的平行面探测区域等。

在一些优选的实施例中，至少一节车头110还可以包括多个第二超声波雷达113。请继续参看图1，多个第二超声波雷达113分布于前向毫米波雷达116的下方。其中，至少两个第二超声波雷达113分别分布于车头110的正面的两侧，以及有至少一个第二超声波雷达113设置于车头110的正面前方。

第二超声波雷达113是通过超声波发射装置向外发出超声波，再利用接收器接收反射回来的超声波时间差来测算距离。一般来说，频率越高灵敏度越高，而水平与垂直方向的探测角度就越小(使用范围：40KHz/48KHz/58KHz)。因而，第二超声波雷达113适用于在上述布设有高精度激光雷达111、前向补盲激光雷达112和前向毫米波雷达116的基础上，作为较优的辅助方案，以进一步提升整个自动驾驶辅助系统的探测灵敏性。通常来说，第二超声波雷达113的探测距离在0.1-3米之间时精度较高。

由于本发明所提供的自动驾驶辅助系统主要应用于多编组无轨电车100上，尤其是虚拟轨道列车。自动驾驶辅助系统的至少一节车头110的正面还可以包括图像感知摄像头114，通过该图像感知摄像头114可以识别前方的道路线，例如交通感应标记线。

进一步地，至少一节车头110的顶部还优选地设置有组合惯导天线117以进行惯性导航。

接下来请参看图3，多编组无轨电车100中的至少一节车身120的侧面包括侧向毫米波雷达121和第一超声波雷达122。

相比于多编组无轨电车100的车身高度，由于道路上常见的行人、摩托车、家用车等小型的交通工具的身高大约都位于多编组无轨电车100的车身高度的一半及以下。所以，图1～图3所示的实施例中，侧向毫米波雷达121和第一超声波雷达122均设置于车身高度一半的下方位置。侧向毫米波雷达121可以用于进行侧方远距离探测，第一超声波雷达122用以探测侧方的静态障碍物。

具体来说，侧向毫米波雷达121被设置于至少一节车身120的侧面沿前后方向的中部，并且在该侧向毫米波雷达121的下方，沿车身120的前后方向分布多个第一超声波雷达122。

进一步地，如图1和图3所示，在上述至少一节车头110和/或至少一节车身120中的至少一者的侧面，还可以设有至少一个侧向补盲激光雷达115、125，以进一步完善多编组无轨电车100在行驶过程中车头110侧向、以及车身120侧向的探测盲区，以避免该多编组无轨电车100的行驶过程中车头110和/或车身120的侧面碰撞到侧边的行人或车辆。优选地，该侧向补盲激光雷达115、125可以布设位于距离地面三分之一车身高度处。

相比于传统的有轨列车，例如火车、地铁等，由于外部肉眼可见的轨道的存在，多编组有轨列车只需按照外部肉眼可见的轨道行驶即可，无需在车头和/或车身布设上述多种不同类型的传感器以进行道路、车辆、行人等的探测。另外，相比于传统的车身较短的单体车辆，例如家用车、公交车等，本发明中的多编组无轨电车100包括车头110和车身120两种不同位置和作用的车厢。

车头110位于多编组无轨电车100的首和/或尾部，用以作为车辆行驶的牵引部，车身120位于多编组无轨电车100的中部，可以作为车辆行驶的跟随部。

在作为牵引部的车头110从上到下，从中间到两侧分别布设有根据不同工作原理，获得不同探测距离的多种类的传感器，从而保证多编组无轨电车100在行驶过程中避免主动碰撞到其前方和/或侧方的行人、车辆等。

而在作为跟随部的车身120，由于其在多编组无轨电车100的行驶过程中，车身120的横向偏移不会很大，无需判断是否会主动碰撞到行人、车辆等。因而考虑到不同种类型的传感器的费效比，车身120上布设的传感器种类可以相对减少，只需在行驶过程中，保证在行驶过程中，车身120不会被行人、车辆等碰撞到即可。对此，上述实施例中，有针对性地对多编组无轨列车中位于不同位置、起到不同作用的车厢进行结合多种类型的传感器的布设，不仅可以提高传感器的费效比，还可以使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

接下来请参看图4，图4示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种多编组无轨电车的传感器的关联关系拓扑图。

如图4所示，自动驾驶辅助系统中还包括车辆控制器130。车辆控制器130与上述前向补盲激光雷达112、侧向补盲激光雷达115、125以及高精度激光雷达111之间通过以太网通信连接。由于上述多种激光雷达的数据量较大，因而优选采用可以进行大量数据传输的以太网作为主干的网络通讯。

进一步地，自动驾驶辅助系统中还包括域控制器140。车辆控制器130可以经由域控制器140以扩展通信连接其他数据量较小的传感器的传输数据。如图4所示，毫米波雷达(包括前向毫米波雷达116、侧向毫米波雷达121)、图像感知摄像头114、以及超声波雷达(包括第一超声波雷达122、第二超声波雷达113)，采用can通信传输数据至域控制器140，再由该域控制器140将这些数据传输给车辆控制器130。

综上所述，本发明提供了一种自动驾驶辅助系统，和一种包括该自动驾驶辅助系统的多编组无轨电车，能够根据多编组无轨列车中的车头和车身的位置和作用，结合传感器的费效比，有针对性地进行每节车厢外部进行不同类型的传感器的布设，使得多编组无轨电车自动驾驶过程中的自主性和安全性得到大幅度提升。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (9)

1.一种多编组无轨电车的自动驾驶辅助系统，其特征在于，包括：

设置于至少一节车头的正面的高精度激光雷达、前向补盲激光雷达、以及前向毫米波雷达，其中，所述高精度激光雷达用以进行环周探测，所述前向补盲激光雷达用以进行前向近距离探测，所述前向毫米波雷达用以进行前向远距离探测；以及

设置于至少一节车身的侧面的侧向毫米波雷达和第一超声波雷达，其中，所述侧向毫米波雷达用以进行侧方远距离探测，所述第一超声波雷达用以探测静态障碍物。

2.如权利要求1所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，所述至少一节车头和/或所述至少一节车身中的至少一者的侧面，设有至少一个侧向补盲激光雷达，所述侧向补盲激光雷达位于所述距离地面三分之一车身高度处。

3.如权利要求1所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，所述至少一节车头还包括多个第二超声波雷达，所述多个第二超声波雷达分布于所述前向毫米波雷达的下方，其中，至少两个所述第二超声波雷达分别分布于所述车头的两侧，至少一个所述第二超声波雷达设置于所述车头的正面。

4.如权利要求1所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，所述侧向毫米波雷达被设置于所述至少一节车身的侧面沿前后方向的中部，多个所述第一超声波雷达被沿所述前后方向分布于所述侧向毫米波雷达的下方。

5.如权利要求1所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，所述至少一节车头的正面还包括图像感知摄像头以识别前方的道路线。

6.如权利要求1所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，所述至少一节车头的顶部设置有组合惯导天线以进行惯性导航。

7.如权利要求2所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，还包括车辆控制器，所述车辆控制器与所述前向补盲激光雷达、所述侧向补盲激光雷达以及所述高精度激光雷达之间通过以太网通信连接。

8.如权利要求7所述的自动驾驶辅助系统，其特征在于，还包括域控制器，所述车辆控制器经由所述域控制器以扩展通信连接所述前向毫米波雷达、所述侧向毫米波雷达和所述第一超声波雷达。

9.一种多编组无轨电车，其特征在于，包括上述权利要求1～8中任一项所述的自动驾驶辅助系统。