CN207328431U - 一种纯电动专用车用无人驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纯电动专用车用无人驾驶系统，包括中央处理器、DGPS导航系统、路径规划系统、变速转向系统、远程遥控及监控系统、紧急避险系统和综合显示面板；由中央处理器发布控制指令，通过速度传感器、转向传感器、距离传感器、红外传感器、位置传感器、激光测距仪等系统来实现对车辆的有效驾驶和安全管理。智能无人驾驶系统的中央处理器与纯电动驱动系统及电池管理系统之间实现CAN总线通讯控制，对车辆姿态控制有效操控，并能实现故障报警和排障。本实用新型能做到专用车智能无人驾驶作业，节省劳动力，提高效率，降低成本，使任务完成的更加精准到位，有效规避人为不确定因素对专业任务完成质量和效率的干扰。

Description

一种纯电动专用车用无人驾驶系统

技术领域

本实用新型涉及智能无人驾驶技术在纯电动专用车领域的应用；特别涉及到一种纯电动专用车用无人驾驶系统。

背景技术

目前，无人驾驶技术已经在多款燃油型公路车辆及新能源公路车辆上得以试用，目前也有无人驾驶技术在工程车辆上应用，但是在智能化方面存在明显缺陷，尤其是车辆精准控制，主动安全控制方面存在明显不足，尤其因车辆所运行实际路况条件较为复杂，如道路结构变化，自然气候变化等因素干扰系统的识别判断，特别是对于道路上突然出现的人或者障碍物的避让选择方面，尚不能做出百分百的有效判断。这对于应用在车辆中的人工智能系统感知环境条件的精准度以及智能系统在车辆运行过程中的对于障碍物的主动安全控制识别方面，提出了更高的要求。

发明内容

本实用新型将智能无人驾驶技术应用到场地纯电动专用车上，在特定的场地中完成特定或预定的作业需求，发挥人工智能在车辆行驶中的优势。

本实用新型所采用的技术方案为，一种纯电动专用车用无人驾驶系统，包括车体上的若干激光雷达、两个压力传感器和变速转向系统；所述变速转向系统包括变速系统和转向系统，所述变速系统包括牵引电机、控制器和电机转速传感器；所述转向系统包括电子转向器、机械转向臂和两个角度传感器；所述电机转速传感器设置在电机位于车头方向的输出端上，所述第一角度传感器设置在油缸活塞的左侧端，第二角度传感器设置在油缸活塞的右侧端，所述第一压力传感器设置在后桥左板簧的卡簧下端，第二压力传感器设置在后桥右板簧的卡簧下端。

进一步地，所述无人驾驶系统还包括中央处理器，所述中央处理器设置在车体内，中央处理器通过电信号连接电机转速传感器、角度传感器和压力传感器，中央处理器通过电信号连接变速转向系统，变速转向系统将测量到的行车信息反馈至中央处理器，中央处理器发布指令控制变速转向系统进行变速和转向。

进一步地，所述无人驾驶系统还包括紧急避险系统，紧急避险系统包括远红外测距仪、激光摄像头和若干个激光雷达，所述远红外测距仪设置在车辆前方，激光摄像头设置在车辆的前方和后方，若干个激光雷达设置在车辆周围，激光雷达和红外测距仪将测量信息传递给中央处理器，中央处理器发布指令调整车辆运行。

进一步地，所述若干个激光雷达设置在车辆周围，以车头方向为参照，车辆前方右面设置右前激光雷达，车辆前方左面设置左前激光雷达，车辆左面前方设置左前侧激光雷达，车辆左面后方设置左后侧激光雷达，车辆右面前方设置右前侧激光雷达，车辆右面后方设置右后侧激光雷达。

进一步地，所述无人驾驶系统还包括DGPS导航系统和路径规划系统，路径规划系统与中央处理器通过无线通讯连接，DGPS导航系统通过无线通讯连接至中央处理器并与中央处理器进行信息交互。

进一步地，所述纯电动专用车设置人工驾驶装置。

进一步地，所述无人驾驶系统应用于带有电动牵引栓的纯电动牵引车，所述牵引栓设置在车体后方，牵引栓上设置控制牵引销升降的步进电机，步进电机的输出轴连接牵引销，所述步进电机连接中央处理器，所述车体后方设置泊车摄像头，所述泊车摄像头连接中央处理器。

进一步地，所述牵引车后挂接挂车，所述挂车上设置若干个激光雷达，以牵引车车头方向为参照，挂车左面前方设置挂车左前侧激光雷达，挂车左面后方设置挂车左后侧激光雷达，挂车右面前方设置挂车右前侧激光雷达，挂车右面后方设置挂车右后侧激光雷达，挂车后方设置挂车后置远红外测距仪。

本实用新型的有益效果为：能最大限度做到专用车智能无人驾驶作业，有效的节省劳动力，提高效率，降低成本，尤其是强化专用领域车辆的“专业”需求，使任务完成的更加精准到位，有效规避生理因素、情感因素等“人为”不确定因素对专业任务完成质量和效率的干扰。

附图说明

图1为纯电动专用车用无人驾驶系统原理图，

图2为以车头方向为参照的专用车左后侧示意图，

图3为以车头方向为参照的专用车左前侧示意图，

图4为以车头方向为参照的专用车右前侧示意图，

图5为专用车正视图，

图6为专用车俯视图，

图7为专用车内部结构示意图，

图8为带有牵引栓的牵引车结构示意图，

图9为以车头方向为参照的带挂车的牵引车左后侧示意图，

图10为以车头方向为参照的带挂车的牵引车左前侧示意图，

图11为以车头方向为参照的带挂车的牵引车右前侧示意图，

图中1、远程遥控及监控系统， 2、路径规划体统， 3、DGPS导航系统， 4、姿态纠偏系统， 5、自动变速转向系统， 6、紧急避险系统， 7、中央处理器， 8、综合显示界面，9、前激光摄像头， 10、远红外测距仪 ， 11、右前激光雷达 ， 12、左前激光雷达， 13、左前侧激光雷达， 14、左后侧激光雷达， 15、右前侧激光雷达， 16、右后侧激光雷达， 17、后激光摄像头， 18、挂车左前侧激光雷达， 19、挂车左后侧激光雷达 ， 20、挂车右前侧激光雷达， 21、挂车右后侧激光雷达， 22、挂车后置远红外测距仪， 23、电子转向器， 24、电机转速传感器， 25、第一压力传感器， 26、第二压力传感器， 27、第一角度传感器，28、第二角度传感器， 29、牵引栓， 30、步进电机， 31、牵引销，32、泊车摄像头。

具体实施方式

具体实施例1

结合附图1-7对本实用新型说明如下：场地用纯电动智能无人驾驶专用车行驶前，在车载综合显示界面电子地图上设定出目的地，并且设计行驶路径，将预备好的电子地图确认自动导入中央处理器中，中央处理器根据地块边界规划出合理的行驶路径。同时，多辆场地无人驾驶专用车可实时信息交互，包括货物信息、道路信息、近邻行驶车辆的信息，在所有车辆的信息共享过程中，有效提高了车载人工智能系统的识别判断，同时也利于远程遥控及监控中心对于作业任务分配，对全部车辆的有序调度和集中管理。

在车辆行驶时，DGPS导航系统测得动态数据，通过无线通讯传送到汽车中央处理器，计算得到位置信息。当车辆行驶过程中，会有实时位置信息，当车辆偏离预设路线后，就会出现补偿位置信息。中央处理器和路径规划系统实现信息交互，中央处理器将补偿后的位置信息与之前在电子地图上已规划好的路径进行对比，纠正行驶路径偏差，中央处理器通过自动变速转向系统即变速转向系统，来控制场地用无人驾驶专用车的行驶速度和方向。在行车过程中，自动变速转向系统主要依赖角度传感器、电动机转速传感器、远红外测距仪、压力传感器等传感器测量行车信息，并将行车信息转换为电信号传递给中央处理器进行运算，中央处理器在发布控制指令的前，保持与远程控制系统无线通讯，中央处理器对接收到的指令运算，发出指令控制自动变速转向系统。其中，自动变速转向系统分为两个子系统，包括自动变速系统和自动转向系统，所述自动变速系统包括牵引电机、控制器和电机转速传感器，所述控制器设置在牵引电机上，控制器控制牵引电机转速，所述电机转速传感器设置在电机位于车头方向的输出端上；所述自动转向系统包括电子转向器、机械转向臂和两个角度传感器；所述电子转向器安装在转向液压油缸与前桥的固定支架的底端，并与液压油缸的供油系统控制器相配合工作，电子转向器连接机械转向臂，两个角度传感器设置在油缸活塞的两端。自动变速系统主要通过调整车辆的速度和力矩，输出相应动力；其中压力传感器为两个，第一压力传感器设置在后桥左板簧的卡簧下端，第二压力传感器设置在后桥右板簧的卡簧下端，压力传感器在车辆载荷发生变化时，能感知后悬架的变化，并给中央处理器发送信息，中央处理器进行计算，进而发布控制指令给电机控制器，完成力矩和速度的调控。中央处理器实时传递信息给综合显示界面，如提供车辆的行车信息等内容，并将车辆运行信息通过远程监控系统上传给控制中心。远程遥控系统在车辆遇到不可预见的干扰因素而行驶异常时，可通过无线通讯来人为发布运行指令，调整车辆姿态，以保证车辆正常运行。智能无人驾驶系统构成闭环系统，实现对汽车驾驶的智能控制。车辆姿态调整是通过姿态纠偏系统实现的，该系统主要是程序软件来控制方向及调整车辆转向功能，实现车辆按预定路线行驶，包括防止车辆因路况和载荷的变化所发生偏离时往预定路线回调。

在行车主动安全方面，由车辆紧急避险系统来保障，主要通过车辆的激光雷达和红外测距仪将测量信息传递给中央处理器进行判断决策，构成紧急避险系统。当测得汽车与障碍物或行人的距离进入危险范围时，车辆首先紧急自动刹车，与此同时，系统将识别出障碍物或人的信息，并实时传送给远程监视系统，发布警示信息。当对于意外出现的人，阻碍正常行车时，会发出避让警示。远程监视系统通过车前后方的摄像头获取图像信息，传送给仪表台的显示屏上，当出现紧急情况意外停车时，方便调取图像查看原因。

为了保证测量信息准确全面，纯电动专用车可以设置若干激光雷达，以车头方向为参照，车辆正前方设有前激光摄像头和远红外测距仪，车辆前方右面设置右前激光雷达，车辆前方左面设置左前激光雷达，车辆左面前方设置左前侧激光雷达，车辆左面后方设置左后侧激光雷达，车辆右面前方设置右前侧激光雷达，车辆右面后方设置右后侧激光雷达，车辆后方设置后激光摄像头。

智能无人驾驶技术在纯电动专用车上应用，更利于发挥电驱系统的优势，能更快的响应智能无人驾驶系统的控制指令，更精准操纵车辆前进、驻车、倒车、转向等姿态调整。智能无人驾驶系统的中央处理器与车辆电驱动控制系统、电池组管理系统之间通过CAN总线通讯控制，可实现车辆的电驱动系统自启动（重启）、关机控制，并对系统故障做出识别判断。纯电动专用车电驱动系统及电池管理系统，为应对所有故障，都预设了故障代码，当系统故障出现时，智能无人驾驶系统会接收识别代码，并做出对车辆姿态控制。对于智能无人驾驶系统能应对的系统死机，电量不足报警等，能采取相应的重启控制，或将车辆移动到充电站点，来规避可能出现的阻碍其他车辆运行的问题。对于智能无人驾驶系统不能应对的车辆部件故障，包括形式系、制动系、转向系、驱动系、动力电池等硬件故障，在故障出现的同时，将故障信息传递给远程遥控和监控中心以及仪表台的综合显示界面，交由人工来排除故障。智能无人驾驶专用车保留人工驾驶功能，包括涉及车辆驾驶的方向盘、电控踏板、制动踏板以及各种操纵件，以便于在人工排障时，对车辆操纵的介入。

纯电动专用车用无人驾驶的控制方法，主要包括以下步骤：

步骤一：车辆行驶前，在车载综合显示界面的电子地图上设定目的地和行驶路径，将设定好的电子地图通过路径规划系统导入中央处理器，中央处理器根据地块边界规划出合理的行驶路径；

步骤二：在车辆行驶时，DGPS导航系统测得动态数据，并通过无线通讯传送到中央处理器，计算得到位置信息；

步骤三：中央处理器和路径规划系统进行实时信息交互，中央处理器将补偿后的位置信息与之前在电子地图上已规划好的路径进行对比，纠正行驶路径偏差；

步骤四：自动变速转向系统测量车辆运行信息，并将车辆运行信息转换为电信号传递给中央处理器进行运算；

步骤五：中央处理器对接收到的信号运算后，发出指令控制自动变速转向系统，调控车辆的运行速度和方向；同时中央处理器实时传递车辆运行信息给综合显示界面，并将车辆运行信息通过远程监控系统上传给控制中心；

步骤六：车辆紧急避险系统通过车身上的激光雷达和远红外测距仪将测量信息传递给中央处理器进行判断决策，当测得汽车与障碍物或行人的距离进入危险范围时，车辆紧急自动刹车，车辆紧急避险系统将识别出的障碍物或人的信息通过中央处理器实时传送给远程监控系统，发布警示信息；

步骤七：车辆行驶异常时，远程遥控系统通过无线通讯来人为发布运行指令，调整车辆姿态，保证车辆正常运行。

场地用智能无人驾驶专用车技术是通过车载人工智能系统，尤其是传感系统感知周围环境，在固定运行区域内自动规划或人为设定行车路线并控制车辆到达预定目标的智能纯电动专用车。单车是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，并辅之以DGPS系统，通过中央处理器来控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。因其使用环境限定在场地，即常见的物流园区、物流仓库等限定的作业区域，运行速度较低，运行环境条件简单，动态干扰物极少，同时，实现车与车间的信息交互，并由远程监控中心集中管理。车辆操控更简易，系统更稳定，作业安全性更高。

该技术是集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度集成的产品。无人驾驶纯电动专用车技术可自动识别指示牌和行车信息，具备智能计算机、雷达、激光摄像机、DGPS差分全球定位系统等电子设施，并安装同步传感器，车辆管理者只要向导航系统输入目的地，车辆即可自动行驶，前往目的地。

具体实施例2

根据附图1-11，在具体实施例1的前提下，所述的纯电动专用车为带有电动牵引栓的纯电动牵引车时，牵引栓设置在车体后方，牵引栓上设置控制牵引销升降的步进电机，步进电机的输出轴连接牵引销，所述步进电机连接中央处理器，所述车体后方设置泊车摄像头，泊车摄像头连接中央处理器和综合显示界面。

步进电机一输出端上连接一段螺栓，牵引销内腔实际是带螺纹的长形“螺母”，步进电机通过带动螺栓旋转来实现牵引销的升降。工作时，牵引销通过螺纹导引来上下移动。

泊车摄像头自动探测周围环境，并将信息传送给中央处理器，中央处理器根据信息对步进电机发布控制指令，促使牵引栓上的牵引销升或者降，实现自动挂接，在挂接过程中，泊车摄像头实时将信息传输到综合显示界面和中央处理器。

牵引栓上的牵引销的升降，设置了上下两个止点，止点是由步进电机的控制器设置的，主要是通过控制电机旋转转数来实现，当牵引销升降过程到达任何一止点时，中央处理器发布限位指令给步进电机，不会出现升的时候顶死或降的时候下降不到位的现象，防止无效挂接。

若牵引销在上下移动过程中，受外力作用偶发卡死现象，中央处理器发出过载保护信息，而过载保护信息直接反馈至远程遥控及监控系统，通过人工进行调整操作，防止无效挂接。

对于无人驾驶专用车技术在驾驶安全上的难点除了车辆前进、转弯、驻车等姿态调整，更在于车辆的倒车方面。尤其是无人驾驶的牵引车，因其后面会拖挂挂车，就必须在挂车上也相应安装激光雷达，激光摄像头和远红外测距仪，将信息实时传输给中央处理器，并做出相应判别，来保证倒车安全。挂车上激光雷达的安装位置为，以车头方向为参照，挂车左面前方设置挂车左前侧激光雷达，挂车左面后方设置挂车左后侧激光雷达，挂车右面前方设置挂车右前侧激光雷达，挂车右面后方设置挂车右后侧激光雷达，挂车后方设置挂车后置远红外测距仪。

Claims (8)

1.一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：包括车体上的若干激光雷达、两个压力传感器和变速转向系统；所述变速转向系统包括变速系统和转向系统，所述变速系统包括牵引电机、控制器和电机转速传感器；所述转向系统包括电子转向器、机械转向臂和两个角度传感器；所述电机转速传感器设置在电机位于车头方向的输出端上，所述第一角度传感器设置在油缸活塞的左侧端，第二角度传感器设置在油缸活塞的右侧端，所述第一压力传感器设置在后桥左板簧的卡簧下端，第二压力传感器设置在后桥右板簧的卡簧下端。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：还包括中央处理器，所述中央处理器设置在车体内，中央处理器通过电信号连接电机转速传感器、角度传感器和压力传感器，中央处理器通过电信号连接变速转向系统，变速转向系统将测量到的行车信息反馈至中央处理器，中央处理器发布指令控制变速转向系统进行变速和转向。

3.根据权利要求2所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：所述无人驾驶系统还包括紧急避险系统，紧急避险系统包括远红外测距仪、激光摄像头和若干个激光雷达，所述远红外测距仪设置在车辆前方，激光摄像头设置在车辆的前方和后方，若干个激光雷达设置在车辆周围，激光雷达和远红外测距仪将测量信息传递给中央处理器，中央处理器发布指令调整车辆运行。

4.根据权利要求1或3所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：所述若干个激光雷达设置在车辆周围，以车头方向为参照，车辆前方右面设置右前激光雷达，车辆前方左面设置左前激光雷达，车辆左面前方设置左前侧激光雷达，车辆左面后方设置左后侧激光雷达，车辆右面前方设置右前侧激光雷达，车辆右面后方设置右后侧激光雷达。

5.根据权利要求2所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：还包括DGPS导航系统和路径规划系统，路径规划系统与中央处理器通过无线通讯连接，DGPS导航系统通过无线通讯连接至中央处理器并与中央处理器进行信息交互。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：所述纯电动专用车设置人工驾驶装置。

7.根据权利要求2所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：所述无人驾驶系统应用于带有电动牵引栓的纯电动牵引车，所述牵引栓设置在车体后方，牵引栓上设置控制牵引销升降的步进电机，步进电机的输出轴连接牵引销，所述步进电机连接中央处理器，所述车体后方设置泊车摄像头，所述泊车摄像头连接中央处理器。

8.根据权利要求7所述的一种纯电动专用车用无人驾驶系统，其特征在于：所述牵引车后挂接挂车，所述挂车上设置若干个激光雷达，以牵引车车头方向为参照，挂车左面前方设置挂车左前侧激光雷达，挂车左面后方设置挂车左后侧激光雷达，挂车右面前方设置挂车右前侧激光雷达，挂车右面后方设置挂车右后侧激光雷达，挂车后方设置挂车后置远红外测距仪。