CN210742743U - 一种自动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动驾驶系统，涉及通信领域，以解决现有系统结构复杂的问题。包括：智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口、显示器和用于提供GNSS差分改正数据的CORS服务器；其中，智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口和显示器设置在非道路车辆上，CORS服务器设置在非道路车辆的远端，通过移动互联网与显示器通信；智能控制天线包括：第一高精度GNSS天线、高精度定位/定向板卡、IMU和中央处理单元；第一高精度GNSS天线与高精度定位/定向板卡相连，高精度定位/定向板卡、IMU、显示器、电控方向盘以及车辆总线接口分别与中央处理单元相连。本实用新型可以应用在非道路车辆的作业过程中。

Description

一种自动驾驶系统

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体涉及一种自动驾驶系统。

背景技术

在现有技术中，农业作业过程一般是由驾驶员手动驾驶农机设备(如：播种机、收割机、拖拉机等)完成的。驾驶员需要熟悉田地作业路径，准确地按照作业路径进行驾驶，才能顺利完成作业。整个驾驶过程对驾驶员的操作要求极高，并且，由于农机设备的作业过程是由驾驶员手动驾驶完成的，使得土地的利用率以及作业效率受驾驶员自身操作熟练度影响较大。

为了解决上述问题，现有技术提供一种自动驾驶系统，该系统由设置在农机设备上的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)天线、电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)控制器、液压比例阀和转向角传感器；以及，设置在远端，通过空中链路与ECU控制器进行通信的实时动态(Real-time kinematic，RTK)基站组成。

其中，GNSS天线接收农机设备的定位数据，并将该定位数据发送给ECU控制器；RTK基站向ECU控制器发送GNSS差分改正数据；转向角传感器接收农机设备的车轮转向信息，并将该车轮转向信息发送给ECU控制器；ECU控制器根据定位数据以及GNSS差分改正数据生成高精度定位数据，根据车轮转向信息确定农机设备行驶姿态，根据高精度定位数据、农机设备行驶姿态以及预先设置的导航路径信息生成自动驾驶控制指令，将该自动驾驶控制指令发送给液压比例阀；液压比例阀根据自动驾驶控制指令调节电磁项圈左/右吸合比例，以此控制农机设备的行驶方向，完成农机设备自动驾驶。

在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现，现有技术提供的自动驾驶系统，需要安装转向角传感器，而转向角传感器的安装受车型的限制，不同的车型转向角传感器的形状以及安装位置均不相同，造成了系统结构复杂的问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例提出了一种自动驾驶系统，结构简单易于实现。

本实用新型实施例提供的自动驾驶系统，包括：智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口、显示器和用于获取全球导航卫星系统GNSS差分改正数据的跨域资源共享CORS服务器；其中，所述智能控制天线、所述电控方向盘、所述车辆总线接口和所述显示器设置在非道路车辆上，所述CORS服务器设置在所述非道路车辆的远端，并且所述CORS服务器通过移动互联网与所述显示器进行通信；

所述智能控制天线包括：第一高精度GNSS天线、高精度定位/定向板卡、惯性测量单元IMU和中央处理单元；其中，所述第一高精度GNSS天线与所述高精度定位/定向板卡相连，所述高精度定位/定向板卡与所述中央处理单元相连，所述IMU与所述中央处理单元相连，所述显示器与所述中央处理单元相连，所述电控方向盘与所述中央处理单元相连，所述车辆总线接口与所述中央处理单元相连。

可选地，所述自动驾驶系统，还包括：第二高精度GNSS天线，所述第二高精度GNSS天线与所述高精度定位/定向板卡相连。

可选地，所述第一高精度GNSS天线设置沿所述非道路车辆中轴线位置的车顶后端，所述第二高精度GNSS天线设置在沿所述非道路车辆中轴线位置的车顶前端。

可选地，所述自动驾驶系统，还包括：环境感知单元，所述环境感知单元与所述中央处理单元相连。

可选地，所述环境感知单元包括：摄像头或者用于感知周围物体的传感器。

可选地，所述智能控制天线还包括：无线通信单元；

所述显示器与所述中央处理单元相连具体为：

所述显示器通过所述无线通信单元与所述中央处理单元相连。

可选地，所述显示器设置在所述非道路车辆的仪表盘旁。

可选地，所述自动驾驶系统，还包括：用于监控自动驾驶作业的作业监控管理服务器，所述作业监控管理服务器设置在所述非道路车辆的远端，所述作业监控管理服务器通过移动互联网与所述显示器进行通信。

本实用新型提供的自动驾驶系统，智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口和显示器均设置在非道路车辆上，各部件之间通信距离短，避免了长距离通信容易受到环境中障碍物的影响导致通信质量不好的问题，另外，显示器通过移动互联网与CORS服务器进行通信，移动互联网信号传输相对稳定，进而保证了远距离通信的通信质量，并且，由于采用CORS服务器获取GNSS差分改正数据，解决了现有技术采用RTK基站获取差分改正数据作业距离短的问题，并且，由于采用电控方向盘以及车辆总线接口对车辆进行自动驾驶控制，解决了现有技术需要设置转向角传感器进行控制，转向角传感器受车型限制，安装复杂的问题，简化了系统结构，易于安装和操作。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例一提供的自动驾驶系统的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例一提供的自动驾驶系统的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例二提供的自动驾驶系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的自动驾驶系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例四提供的自动驾驶系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供一种自动驾驶系统，包括：智能控制天线1、电控方向盘2、车辆总线接口3、显示器4和用于获取GNSS差分改正数据的跨域资源共享(Cross-Origin Resource Sharing，CORS)服务器5；其中，智能控制天线1、电控方向盘2、车辆总线接口3和显示器4设置在非道路车辆上，CORS服务器5设置在非道路车辆的远端，并且CORS服务器5通过移动互联网与显示器4进行通信；

智能控制天线1包括：第一高精度GNSS天线11、高精度定位/定向板卡12、惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)13和中央处理单元14；其中，第一高精度GNSS天线11与高精度定位/定向板卡12相连，高精度定位/定向板卡12与中央处理单元14相连，IMU13与中央处理单元14相连，显示器4与中央处理单元14相连，电控方向盘2与中央处理单元14相连，车辆总线接口3与中央处理单元14相连。

在本实施例中，非道路车辆可以包括：农业车辆以及各种工程作业车辆等，本实施例不对非道路车辆的具体类型或者型号进行限定，在实际的使用过程中，非道路车辆可以为任意类型的作业类车辆。为了便于理解，以下实施例仅以非道路车辆为农业车辆，如：拖拉机、播种机、收割机等为例进行说明。

在本实施例中，第一高精度GNSS天线11用于接收GNSS星座卫星播发的卫星时间和位置数据，以及地球同步卫星播发的钟差和电离层改正数据；高精度定位/定向板卡12用于根据第一高精度GNSS天线11接收的卫星时间和位置数据、钟差和电离层改正数据，生成第一高精度位置/航向信息；IMU13用于获取车辆姿态信息；中央处理单元14用于根据车辆姿态信息对第一高精度位置/航向信息进行修正，生成第二高精度位置/航向信息，根据第二高精度位置/航向信息及预先输入的非道路车辆的车型参数，根据车辆运动模型算法生成车辆控制点的高精度位置/航向信息，根据车辆控制点的高精度位置/航向信息以及预先设置的规划路径，生成自动驾驶控制指令，并且，将自动驾驶控制指令分别发送给电控方向盘2和车辆总线接口3；电控方向盘2和车辆总线接口3根据自动驾驶控制指令控制非道路车辆进行自动驾驶。

进一步地，在本实施例中，电控方向盘2根据自动驾驶控制指令控制非道路车辆进行自动驾驶具体可以包括：电控方向盘2根据自动驾驶控制指令自动转动方向，带动非道路车辆的液压转向器转动，液压转向器转动控制液压油缸向左或者向右运动，从而达到控制非道路车辆转向轮向左或者向右转向的目的，进而控制非道路车辆自动驾驶的方向。

进一步地，在本实施例中，车辆总线接口3根据自动驾驶控制指令控制非道路车辆进行自动驾驶具体可以包括：车辆总线接口3根据自动驾驶控制指令控制非道路车辆的车速以及启停等动作。

需要说明的是，本实施例不对自动驾驶控制指令的具体内容进行限定，在实际的使用过程中，可以根据自动驾驶的路况需求以及非道路车辆的作业需求等设置自动驾驶控制指令的具体内容。例如：在本实施例中，自动驾驶控制指令的内容可以包括：车速、行驶方向、行驶时间以及用于控制电控方向盘转动角度和方向的编码数据等。

进一步地，在本实施例中，车辆总线接口3还可以用于向中央处理单元14反馈非道路车辆的运动状态信息；电控方向盘2还可以用于向中央处理单元14反馈方向盘转动位置信息；则此时，中央处理单元14还可以根据第二高精度位置/航向信息以及预先设置的规划路径，结合运动状态信息和方向盘转动位置信息，生成自动驾驶控制指令。

进一步地，在本实施例中，第一高精度GNSS天11具体可以设置在非道路车辆的车顶位置；高精度定位/定向板卡12、IMU13和中央处理单元14可以设置在非道路车辆的车体内部。

在本实施例中，显示器4可以通过有线的方式与中央处理单元14相连。进一步地，为了简化布线，到简化自动驾驶系统结构的目的，如图2所示，显示器4还可以通过智能控制天线1内部设置的无线通信单元15与中央处理单元14相连。需要说明的是，本实施例不对无线通信单元15进行限定，在实际的使用过程中，无线通信单元15可以为蓝牙模块、WIFI模块或者其他具有无线通信功能的模块，此处不做赘述。

进一步地，在本实施例中，显示器4还具有与驾驶员进行人机交互的界面，显示器4可以向驾驶员显示与自动驾驶相关的信息，如行驶路径、非道路车辆在自动驾驶过程中的行驶参数以及故障信息等；显示器4也可以接收驾驶员在自动驾驶过程中输入的控制指令，如：停止自动驾驶、自动驾驶的行驶时长以及重新启动自动驾驶等，并将该控制指令发送给中央处理单元14，以使得中央处理单元14能够结合控制指令生成自动驾驶控制指令。

进一步地，为了使驾驶员操作方便，在本实施例中，显示器4设置在驾驶室中，具体可以设置在驾驶员方便操作的位置上，如：方向盘旁边或者仪表盘旁边等。

需要说明的是，在本实施例中，预先设置的规划路径的获取方法可以包括：由驾驶员手动驾驶非道路车辆，在驾驶的过程中第一高精度GNSS天线11实时获取卫星位置及时间等信息、钟差和电离层改正数据，高精度定位/定向板卡12根据卫星位置及时间等信息、钟差和电离层改正数据实时生成高精度位置/航向信息，并将驾驶过程中获取的所有高精度位置/航向信息绘制成规划路径；或者，由驾驶员通过显示器4手动输入规划路径。当然，以上方法仅为举例，在实际的使用过程中，还可以通过其他方法获取规划路径，此处不对每种情况进行一一赘述。

本实用新型提供的自动驾驶系统，智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口和显示器均设置在非道路车辆上，各部件之间通信距离短，避免了长距离通信容易受到环境中障碍物的影响导致通信质量不好的问题，另外，显示器通过移动互联网与CORS服务器进行通信，移动互联网信号传输相对稳定，进而保证了远距离通信的通信质量，并且，由于采用CORS服务器获取GNSS差分改正数据，解决了现有技术采用RTK基站获取差分改正数据作业距离短的问题，并且，由于采用电控方向盘以及车辆总线接口对车辆进行自动驾驶控制，解决了现有技术需要设置转向角传感器进行控制，转向角传感器受车型限制，安装复杂的问题，简化了系统结构，易于安装和操作。进一步地，由于显示器具有人机交互界面，使得驾驶员可以通过显示器输入控制指令，对整个自动驾驶过程进行控制，使得本实用新型实施例提供的自动驾驶系统更加人性化。

实施例二

如图3所示，本实用新型实施例提供一种自动驾驶系统，该系统与如图1所示的实施例一基本相同，区别在于，还包括：第二高精度GNSS天线6，第二高精度GNSS天线6与高精度定位/定向板卡12相连。

在本实施例中，第二高精度GNSS天线6也设置在非道路车辆的车顶位置，为了保持第一高精度GNSS天线11和第二高精度GNSS天线6接收信号的差异性，第一高精度GNSS天线11设置在沿非道路车辆中轴线位置的车顶后端，第二高精度GNSS天线6设置在沿非道路车辆中轴线位置的车顶前端。当然，以上仅为举例，在实际的使用过程中，也可以将第一高精度GNSS天线11设置在沿非道路车辆中轴线位置的车顶前端，第二高精度GNSS天线6设置在沿非道路车辆中轴线位置的车顶后端，此处不对每种情况进行一一赘述。

在本实施例中，第二高精度GNSS天线6用于接收与第一高精度GNSS天线11相同的GNSS星座卫星播发的卫星时间及位置数据，以及地球同步卫星播发的钟差和电离层改正数据；则此时，高精度定位/定向板卡12可以根据第一高精度GNSS天线11接收的卫星时间和位置数据、钟差和电离层改正数据，以及第二高精度GNSS天线6接收的卫星时间和位置数据、钟差和电离层改正数据，生成第一高精度位置/航向信息。

本实施例提供的技术方案，在达到实施例一带来的所有有益效果的基础上，由于增加了第二高精度GNSS天线，使得高精度定位/定向板卡可以根据第一高精度GNSS天线和第二高精度GNSS天线接收到的信号，生成更精确的第一高精度位置/航向信息，进一步提高了对非道路车辆自动驾驶过程的定位精度，进而更加确保整个自动驾驶过程的顺利完成。

实施例三

如图4所示，本实用新型实施例提供一种自动驾驶系统，该系统与如图1所示的实施例一基本相同，区别在于，还包括：环境感知单元7，环境感知单元7与中央处理单元14相连。

在本实施例中，环境感知单元7用于对非道路车辆自动驾驶路径上的环境进行监测，获取环境中障碍物信息；则此时，中央处理单元14还用于根据车辆控制点的高精度位置/航向信息以及预先设置的规划路径，结合环境感知单元7获取的障碍物信息，生成自动驾驶控制指令。

需要说明的是，本实施例并不对环境感知单元7的具体类型进行限定，在实际的使用过程中环境感知单元7可以为摄像头，也可以为用于感知周围物体的传感器等，此处不对每种情况进行赘述。环境感知单元7的具体类型可以根据实际的作业对象以及作业环境等因素进行选定。

本实施例提供的技术方案，在达到实施例一带来的所有有益效果的基础上，由于增加了可以获取障碍物信息的环境感知单元，使得中央处理单元在生成自动驾驶控制指令时可以结合障碍物信息，从而使非道路车辆在自动驾驶过程中能够避开路径上的障碍物，解决了现有技术当自动驾驶路径上存在障碍物时，无法正常完成自动驾驶的问题。由于引入了环境感知单元，使得本实用新型实施例提供的自动驾驶系统能够应用在存在障碍物的作业环境中，降低了对作业环境的要求和限制，适应性更广。

实施例四

如图5所示，本实用新型实施例提供一种自动驾驶系统，该系统与如图1所示的实施例一基本相同，区别在于，还包括：用于监控自动驾驶作业的作业监控管理服务器8，作业监控管理服务器8设置在非道路车辆的远端，作业监控管理服务器8通过移动互联网与显示器4进行通信。

在本实施例中，显示器4可以接收中央处理单元14发送的非道路车辆当前车况信息以及作业信息等自动驾驶状态信息，通过移动互联网将自动驾驶状态信息实时发送给作业监控管理服务器8，从而达到通过作业监控管理服务器8对非道路车辆的自动驾驶过程进行监控的目的。并且，作业监控管理服务器8可以接收用户发送的作业任务，并通过移动互联网发送给显示器4，显示器4将作业任务发送给中央处理单元14，则此时，中央处理单元14可以按照作业任务生成自动驾驶控制指令，控制非道路车辆按照作业任务的指示进行自动驾驶。

本实施例提供的技术方案，在达到实施例一带来的所有有益效果的基础上，由于设置了作业监控管理服务器，并且作业监控管理服务器可以通过移动互联网与显示器进行通信，使得用户可以通过该作业监控管理服务器在远端对非道路车辆的自动驾驶过程进行监视和控制，无需用户实时在非道路车辆驾驶室内进行监控，并且，由于可以在远端对非道路车辆进行监控，使得一个用户可以通过作业监控管理服务器同时监控多个非道路车辆的自动驾驶过程，降低了监控人力成本，提高了监控效率。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种自动驾驶系统，其特征在于，包括：智能控制天线、电控方向盘、车辆总线接口、显示器和用于获取全球导航卫星系统GNSS差分改正数据的跨域资源共享CORS服务器；其中，所述智能控制天线、所述电控方向盘、所述车辆总线接口和所述显示器设置在非道路车辆上，所述CORS服务器设置在所述非道路车辆的远端，并且所述CORS服务器通过移动互联网与所述显示器进行通信；

所述智能控制天线包括：第一高精度GNSS天线、高精度定位/定向板卡、惯性测量单元IMU和中央处理单元；其中，所述第一高精度GNSS天线与所述高精度定位/定向板卡相连，所述高精度定位/定向板卡与所述中央处理单元相连，所述IMU与所述中央处理单元相连，所述显示器与所述中央处理单元相连，所述电控方向盘与所述中央处理单元相连，所述车辆总线接口与所述中央处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：第二高精度GNSS天线，所述第二高精度GNSS天线与所述高精度定位/定向板卡相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一高精度GNSS天线设置在沿所述非道路车辆中轴线位置的车顶后端，所述第二高精度GNSS天线设置在沿所述非道路车辆中轴线位置的车顶前端。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：环境感知单元，所述环境感知单元与所述中央处理单元相连。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述环境感知单元包括：摄像头或者用于感知周围物体的传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能控制天线还包括：无线通信单元；

所述显示器与所述中央处理单元相连具体为：

所述显示器通过所述无线通信单元与所述中央处理单元相连。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显示器设置在所述非道路车辆的仪表盘旁。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：用于监控自动驾驶作业的作业监控管理服务器，所述作业监控管理服务器设置在所述非道路车辆的远端，所述作业监控管理服务器通过移动互联网与所述显示器进行通信。

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