CN208477372U - 一种自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动驾驶技术领域，特别地涉及一种自动驾驶系统。本实用新型公开了一种自动驾驶系统，包括交通信号灯管理系统、云端服务器、分布设置在自动驾驶道路上的位置校准装置以及设置在车辆上的自动驾驶模块、驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块，所述驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块分别与自动驾驶模块连接。本实用新型大大提高定位精度，减少对视觉传感器和雷达探测机构的依赖，提高自动驾驶的安全性，减少道路交通事故的发生，提高道路的通行效率。

Description

一种自动驾驶系统

技术领域

本实用新型属于自动驾驶技术领域，具体地涉及一种自动驾驶系统。

背景技术

随着电子技术、图像识别技术、雷达探测技术和互联网技术等科学技术的进步，车辆自动驾驶开始走进人们的日常生活，如搭载Autopilot辅助驾驶技术的特斯拉轿车在某些特定场景下不需要驾驶员的干预即可实现自动驾驶，但不可否认的，该技术并不像特斯拉宣传的那么成熟，无论是在美国本土还是在中国国内，特斯拉都已因为系统识别问题发生多起碰撞事故，甚至危及到乘员生命安全。现有自动驾驶技术多是借助于单目相机、立体相机、激光雷达、毫米波雷达等对车辆周围环境的实时探测，通过GPS对车辆位置进行实时定位实现对车辆的自动驾驶控制。上述传感器虽然在大多数情况下能确定车辆周围的环境，但是在大雨或大雾等恶劣极端天气时，上述传感器的成像效果和探测效果将会大受影响，难以实现对周围环境实现准确探测，且GPS定位本身精度不够高，因而难以实现全天候的自动驾驶形态。即使在良好天气情况下，受障碍物形状和颜色的影响，上述视觉传感器和雷达探测装置也可能出现误判。因而如何实现车辆的精确定位并对车辆周围环境全天候准确探测成为自动驾驶技术发展的过程中一个不可回避的问题。

为了解决上述汽车自动驾驶系统的不足，虽然已经有人提出了一些方案，但是受限于汽车行驶过程中道路情况的复杂和天气变化的不确定性，仍然无法实现安全的自动驾驶，如公开专利CN107031600A，专利名称为“基于高速公路的自动驾驶系统”，公开了一种摒弃传统价格昂贵的激光雷达，根据GPS惯导和高精度地图计算出自车的绝对位置信息，并利用单目相机、立体相机、前向长距毫米波微雷达和四角中距毫米微波雷达检测车身周围环境信息，做成了一种嵌入式集成自动驾驶控制器，该系统虽然能对自车位置较为准确的定位，却并不能对周围车辆精确定位，在实际自动驾驶道路上高速行驶时，完全的自动驾驶仍有较高风险。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种自动驾驶系统用以解决上述的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种自动驾驶系统，包括交通信号灯管理系统、云端服务器、分布设置在自动驾驶道路上的位置校准装置以及设置在车辆上的自动驾驶模块、驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块，所述驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块分别与自动驾驶模块连接，所述位置校准装置通过通信模块将车辆位置校准数据发送给自动驾驶模块，所述通信模块还与周边车辆的通信模块通信连接，所述整车控制器用于根据自动驾驶模块发送过来的操作指令控制车辆自动行驶，所述故障检测模块用于检测捷联惯导模块和周围环境感知模块的各传感器信号是否正常，所述云端服务器分别与通信模块和交通信号灯管理系统通信连接，用于获取车辆的行车路线，并对自动驾驶道路上所有车辆的行车路线进行规划管理以及对自动驾驶道路的交通信号灯进行调控。

进一步的，所述位置校准装置在自动驾驶道路上的设置位置至少包括自动驾驶道路上的入口。

更进一步的，所述位置校准装置在自动驾驶道路上至少每隔20km设置一处。

更进一步的，所述位置校准装置通过激光雷达或者超声波雷达确定车辆的位置校准数据，并将位置校准数据通过通信模块传输给该车辆的自动驾驶模块。

进一步的，所述周边环境感知模块包括单目摄像机、立体摄像机、毫米波雷达和超声波雷达，用以检测周围障碍物的位置、大小和运动形态。

进一步的，所述通讯模块包括短距离无线通信子模块和远距离无线通信子模块。

更进一步的，所述远距离无线通信子模块为GPRS通信子模块。

进一步的，还包括车辆执行机构、行驶参数检测模块和ECU，所述车辆执行机构、行驶参数检测模块和ECU分别与整车控制器连接，所述ECU用于控制车辆的发动机的工作状态，所述行驶参数检测模块用于检测车辆的行驶参数，所述车辆执行机构用于执行整车控制器发送的操作指令，实现车辆自动驾驶。

更进一步的，所述车辆执行机构包括转向机构、油门机构、刹车机构、换挡机构和悬架机构。

进一步的，所述云端服务器用于根据道路上的突发情况对相关车辆进行交通信息紧急通报，并对预计通过道路上突发情况地点的车辆作出线路更改建议。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型采用捷联惯导模块对车辆位置进行实时定位，大大提高定位精确度，减少对视觉传感器和雷达探测机构的依赖，不仅提高自动驾驶的自动化程度，提高汽车自动行驶的安全性，减少公路上交通事故的发生，还能大大提高公路的通行效率。

每隔20km通过位置校准装置对捷联惯导模块的定位进行精确校准，且所有车辆都是在设定的固定校准点校正，最大程度减小不同车辆上所用捷联惯导模块之间定位的误差，从而解决了捷联惯导模块在长时间运行下由于累计误差导致定位精度下降的问题。

云端服务器对道路上的车辆行驶路线进行实时监测并在必要时对车辆行驶状态、行驶路线作出干预，实现云端服务器对道路上的所有自动驾驶车辆统一调度，相当于道路上的所有车辆由一个大脑来做路线规划、监测、调度，从而完美解决目前道路上车辆各行其道、杂乱无章的状态，使各车辆有序、高速、安全的行驶。

云端服务器可以结合道路上实时的高峰和波谷通行情况，在必要时更改道路交通信号灯的设置，进一步提高道路通行效率。

云端服务器可以根据道路上的突发情况(如堵车、交通事故、道路施工等)对相关车辆进行交通信息紧急通报，并对预计通过道路上突发情况地点的车辆作出线路更改建议，由驾驶员选择是否更改线路规划，避免因信息不畅引起的道路交通拥堵情况。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的结构框图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种自动驾驶系统，包括交通信号灯管理系统15、云端服务器14、分布设置在自动驾驶道路上的位置校准装置9以及设置在车辆(可以是传统发动机驱动的燃油汽车，也可以是混合动力汽车、纯电动汽车、氢燃料汽车等新能源车)上的自动驾驶模块1、驾驶模式切换模块2、故障检测模块3、多媒体控制面板4、卫星导航模块5、捷联惯导模块6、通信模块8、整车控制器10和周边环境感知模块7，所述驾驶模式切换模块2、故障检测模块3、多媒体控制面板4、卫星导航模块5、捷联惯导模块6、通信模块8、整车控制器10和周边环境感知模块7分别与自动驾驶模块1连接，本具体实施例中，驾驶模式切换模块2、故障检测模块3、多媒体控制面板4、卫星导航模块5、捷联惯导模块6、通信模块8、整车控制器10和周边环境感知模块7分别通过CAN总线与自动驾驶模块1连接。

所述位置校准装置9通过通信模块8将车辆的位置校准数据发送给自动驾驶模块1，用于对捷联惯导模块6的定位进行校准，本具体实施例中，所述位置校准装置9在自动驾驶道路上的设置位置至少包括自动驾驶道路上的入口(红绿灯或道路交通指示牌)，上述的自动驾驶道路上的入口应广泛设置，以便车辆能够方便的通行在自动驾驶路段和非自动驾驶路段。

位置校准装置9在自动驾驶道路上至少每隔20km设置一处，可利用现有的固定测速点、路标、路况信息LED显示屏、红绿灯等进行架设。位置校准装置9通过激光雷达、超声波雷达或其它装置确定车辆的精确位置(位置校准数据)，并将位置校准数据通过通信模块8传输给该车辆的自动驾驶模块1。

所述驾驶模式切换模块2用来供驾驶员控制车辆在自动驾驶模式和手动驾驶模式之间切换。

所述捷联惯导模块6包括惯性测量元件和惯导解算单元，其中惯导测量元件包括加速度计和陀螺仪，具体可以参见现有技术，此不再细说。

所述卫星导航模块5包括GPS定位装置并能通过通信模块8联网从云端服务器14获取行驶路段的路径信息、坡度信息、交通标志信息、限速和岔路口等车辆在行驶过程中所需的地图信息(所述地图信息可以是服务器从高德地图、百度地图上获取的，也可以是服务器自己本身具备的)。

所述周边环境感知模块7包括单目摄像机、立体摄像机、毫米波雷达和超声波雷达等，用以检测周围障碍物的位置、大小和运动形态，并将检测的结果传输给自动驾驶模块1，以便自动驾驶模块1能根据接收到的这些信息对突发状况作出及时正确的反应。

所述故障检测模块3用于驾驶模式切换为自动驾驶模式之前检测捷联惯导模块6和周围环境感知模块7的各传感器信号是否正常，如检测到有传感器故障，则禁止切换为自动驾驶模式。

所述通讯模块6包括短距离无线通信子模块和远距离无线通信子模块，短距离无线通信子模块用于与位置校准装置通信连接，短距离无线通信子模块还用于与周边车辆的通信模块车辆通信连接，使车辆之间能够共享实时位置、车辆行驶状态(如变线、超车、刹车)等信息，所述远距离无线通信子模块为GPRS通信子模块，用于与云端服务器14通信连接。

所述整车控制器10用于根据自动驾驶模块1发送过来的操作指令控制车辆自动行驶，具体的，还包括车辆执行机构11、行驶参数检测模块13和ECU(电子控制单元)12，所述车辆执行机构11、行驶参数检测模块13和ECU 12分别与整车控制器10连接，所述ECU 12用于控制车辆的发动机的工作状态，所述行驶参数检测模块13用于检测车辆的行驶速度、车轮速度、方向盘转角、横摆角速度、油门开度、轮距等确定车辆行驶状态所需要的参数，所述车辆执行机构11包括转向机构、油门机构、刹车机构、换挡机构和悬架机构等，用来执行整车控制器10发送的控制指令，控制车辆按照自动驾驶模块或驾驶员的意图行驶。

所述云端服务器14用于获取车辆的行车路线，并对自动驾驶道路上所有车辆的行车路线进行规划管理；同时，在必要时通过GPRS通信子模块向目标车辆发送指令，更改车辆的路线规划、使车辆紧急停车等；云端服务器14还与交通信号灯管理系统15通信连接，在必要的时候分别更改红绿灯的红灯、绿灯的时长，通过调控使道路通行更加畅通高效。

云端服务器14还根据道路上的突发情况(如堵车、交通事故、道路施工等)对相关车辆进行交通信息紧急通报，并对预计通过道路上突发情况地点的车辆作出线路更改建议，由驾驶员选择是否更改线路规划。

工作过程：

a.卫星导航模块5识别车辆即将进入的自动驾驶道路，通过多媒体控制面板4获取驾驶员的目的地和路线要求(诸如途径加油站、便利店等)，并通过卫星导航模块5规划行车路线，同时将规划好的行车路线上传给云端服务器14，云端服务器14对自动驾驶道路上所有车辆的行车路线进行规划管理。

b.路线规划成功后，通过多媒体控制面板4提示是否切换为自动驾驶模式，驾驶员确认切换为自动驾驶模式。

b1.故障检测模块3检测捷联惯导模块6和周边环境感知模块7的传感器信号是否正常，如正常则进入自动驾驶模式，并通过卫星导航模块5初步确定车辆位置；如检测到故障，则不能进入自动驾驶模式。

c.车辆进入自动驾驶道路后，通过位置校准装置9校准捷联惯导模块6的初始位置，开始自动驾驶模式。

d.车辆在自动驾驶过程中，车辆每次经过位置校准装置9设置点时校准捷联惯导模块6的定位位置；车辆行驶过程中通过短距离无线通信子模块获取车辆周围其他车辆的实时位置，由于捷联惯导模块6的精确度可达厘米级，故自动驾驶模块1结合卫星导航模块5的地图可对车辆位置进行准确控制，并能准确确认周围车辆所在位置，保持适当的车间距，避免发生交通意外。

短距离无线通信子模块发送的车辆的实时位置为修正过的位置，该位置为车辆形心所在位置，同时包括车辆的长、宽信息，供自动驾驶模块1更加精确的确认车辆与周围其它车辆间的距离。

车辆在行驶过程中，主要依靠捷联惯导模块6提供的车辆位置和卫星导航模块5提供的地图信息进行自动驾驶行驶状态的控制，单目摄像机、立体摄像机、毫米波雷达、超声波雷达等传感器提供辅助控制，用于检测其它可能存在的障碍物或临时出现的障碍物等，以便自动驾驶模块1能对突发情况作出及时的应对措施。

e.车辆在自动驾驶过程中，如检测到外力踩制动踏板、踩油门踏板或扭转方向盘中有两个动作同时发生，则切换为手动驾驶模式。

f.当车辆按照预定的行驶路线行驶即将到达目的地或即将驶出自动驾驶道路时，则自动驾驶模块1通过多媒体控制面板4提示驾驶员转换为手动驾驶模式，驾驶员接到提示后通过步骤e转换为手动驾驶模式。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动驾驶系统，其特征在于：包括交通信号灯管理系统、云端服务器、分布设置在自动驾驶道路上的位置校准装置以及设置在车辆上的自动驾驶模块、驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块，所述驾驶模式切换模块、故障检测模块、多媒体控制面板、卫星导航模块、捷联惯导模块、通信模块、整车控制器和周边环境感知模块分别与自动驾驶模块连接，所述位置校准装置通过通信模块将车辆位置校准数据发送给自动驾驶模块，所述通信模块还与周边车辆的通信模块通信连接，所述整车控制器用于根据自动驾驶模块发送过来的操作指令控制车辆自动行驶，所述故障检测模块用于检测捷联惯导模块和周围环境感知模块的各传感器信号是否正常，所述云端服务器分别与通信模块和交通信号灯管理系统通信连接，用于获取车辆的行车路线，并对自动驾驶道路上所有车辆的行车路线进行规划管理以及对自动驾驶道路的交通信号灯进行调控。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述位置校准装置在自动驾驶道路上的设置位置至少包括自动驾驶道路上的入口。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述位置校准装置在自动驾驶道路上至少每隔20km设置一处。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述位置校准装置通过激光雷达或者超声波雷达确定车辆的位置校准数据，并将位置校准数据通过通信模块传输给该车辆的自动驾驶模块。

5.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述周边环境感知模块包括单目摄像机、立体摄像机、毫米波雷达和超声波雷达，用以检测周围障碍物的位置、大小和运动形态。

6.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述通信模块包括短距离无线通信子模块和远距离无线通信子模块。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述远距离无线通信子模块为GPRS通信子模块。

8.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：还包括车辆执行机构、行驶参数检测模块和ECU，所述车辆执行机构、行驶参数检测模块和ECU分别与整车控制器连接，所述ECU用于控制车辆的发动机的工作状态，所述行驶参数检测模块用于检测车辆的行驶参数，所述车辆执行机构用于执行整车控制器发送的操作指令，实现车辆自动驾驶。

9.根据权利要求8所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述车辆执行机构包括转向机构、油门机构、刹车机构、换挡机构和悬架机构。

10.根据权利要求1所述的自动驾驶系统，其特征在于：所述云端服务器还用于根据道路上的突发情况对相关车辆进行交通信息紧急通报，并对预计通过道路上突发情况地点的车辆作出线路更改建议。