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CN107031600A - 基于高速公路的自动驾驶系统 - Google Patents

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CN107031600A
CN107031600A CN201610910312.5A CN201610910312A CN107031600A CN 107031600 A CN107031600 A CN 107031600A CN 201610910312 A CN201610910312 A CN 201610910312A CN 107031600 A CN107031600 A CN 107031600A
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CN
China
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human
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李凯
杨航
邬小鲁
曹恺
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Dongfeng Motor Corp
Original Assignee
Dongfeng Motor Corp
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Publication date
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Abstract

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于高速公路的自动驾驶系统。包括传感器、定位模块、人机交互模块、自动驾驶控制器、车辆执行模块。采用单目相机、立体相机、前向长距毫米微波雷达和四角中距毫米微波雷达代替传统的激光雷达，并分别布置于车内后视镜后方、车辆前保险杠中央、前后保险杠两侧位置，对交通标志道路信息和障碍物信息内的多种信息进行分别采集，将感知融合、路径规划、决策规划和控制等整套自动驾驶系统集成到一个嵌入式控制器中实现。相较于传统采用激光雷达的自动驾驶系统，其成本低廉，易于集成。其感知精度大大提高，系统集成度高，尺寸小，极大地减少了自动驾驶系统的尺寸和减低了系统功耗，易于量产。

Description

基于高速公路的自动驾驶系统
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于高速公路的自动驾驶系统。
背景技术
受益于处理器芯片、深度学习技术和传感器技术的快速进步，自动驾驶研究得到了快速发展。很多整车厂、零部件供应商、互联网企业和科研院所都相继推出了自动驾驶样车或自动驾驶系统，如谷歌的无人驾驶样车、百度的百智自动驾驶样车、日产的drivepilot 1.0自动驾驶系统等。相关技术中的自动驾驶系统，存在以下问题：传感器采用了激光雷达感知驾驶环境，但现阶段激光雷达价格昂贵、且不易集成到车体、影响造型；同时并未将感知融合、路径规划、决策控制等系统整合至一个控制器中，需要多个工控机或多个控制器共同完成自动驾驶控制功能，系统尺寸大、功耗大，抗震性能等并不能符合车规要求，不易商业化和量产。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成度高、成本低廉且易于量化生产的基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器。
本发明的技术方案为，包括：
传感器：用于获取交通标志道路信息和障碍物信息，并发送给自动驾驶控制器；
定位模块：用于根据GPS惯导和高精度地图信息计算出自车的绝对位置信息和洗车绝对位置附近的高精度地图信息，并发送给自动驾驶控制器；
人机交互模块：用于接收驾驶员指令，以及显示自动驾驶过程中的车辆状态信息、道路环境感知信息、自动驾驶系统相关信息；
自动驾驶控制器：用于接收传感器发送的交通标志道路信息和障碍物信息，并与定位模块发送的高精度地图信息进行融合，建立车辆行驶局部环境地图，根据人机交互模块中驾驶员设置的起点和终点，在多传感器信息融合模块建立的车辆行驶局部环境地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路线，最后根据所述局部行驶路线对车辆执行模块发送控制指令；
车辆执行模块：用于接收所述自动驾驶控制器发送的控制指令，执行相应的动作。
进一步的，所述传感器包括单目相机，所述单目相机用于接收交通标志道路信息，所述交通标志道路信息至少包括交通标志信息、交通信号灯信息、车道线信息、道路边沿信息、道路引导信息。
进一步的，所述传感器包括立体相机、前向长距毫米微波雷达和四角中距毫米微波雷达，所述立体相机、所述前向长距毫米微波雷达和所述四角中距毫米微波雷达用于接收障碍物信息，所述障碍物信息至少包括行人信息、车辆信息、其他障碍物信息。
进一步的，所述单目相机和立体相机安装于车内后视镜后方。
进一步的，所述前向长距毫米波雷达安装于车辆前保险杠中央，所述四角中距毫米波雷达包括前左角中距毫米波雷达、前右角中距毫米波雷达、后左角中距毫米波雷达、后右角中距毫米波雷达，并分别安装于前后保险杠两侧位置。
进一步的，所述自动驾驶控制器包括集成于一个可编辑门阵列的自动驾驶感知单元、车辆纵横向动作控制模块、驾驶模式切换控制模块和人机交互控制模块，所述可编辑门阵列包含有可至少与传感器、定位模块进行数据交互的数据传输接口，可向车辆执行模块发送控制指令的控制信号传输接口，以及与人机交互模块进行信号传输的人机交互接口；
所述自动驾驶感知单元用于通过数据传输接口收集交通标志道路信息和障碍物信息，与高精度地图、GPS惯导信息、车轮、车速信息进行融合生成局部行驶路径信息，并将所述局部行驶路径信息发送给车辆纵横向动作控制模块，将障碍物位置信息和自车位置信息发送给人机交互控制模块；
所述车辆纵横向动作控制模块用于接收所述局部行驶路径和人机交互控制模块发送的车辆自身姿态信息，通过控制信号传输接口对执行单元各模块发送控制指令；
所述驾驶模式切换控制模块用于监测人机交互控制模块输入，控制自动驾驶模式与人工驾驶模式切换，并将切换后的车辆自身姿态信息发送给车辆纵横向动作控制模块；
所述人机交互控制模块用于通过人机交互接口接收人机交互模块发送的控制指令，以及自动驾驶感知单元发送的障碍物位置信息和自车位置信息，并通过人机交互接口发送给人机交互模块显示输出。
进一步的，所述自动驾驶感知单元包括全局路径规划模块，所述全局路径规划模块用于接收人机交互模块中驾驶员设置的起点和终点，根据所述车辆融合定位模块发送的车辆位置信息完成包含行驶路线的自动驾驶行为全局路径规划。
进一步的，所述自动驾驶感知单元包括局部路径规划模块，所述局部路径规划模块接收全局路径规划模块规划的行驶路线和所述车辆融合定位模块发送的车辆位置信息，在多传感器信息融合模块建立的所述车辆行驶局部环境地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路径，并将所述局部行驶路径发送给所述车辆纵横向动作控制模块。
进一步的，所述自动驾驶控制器还包括异常处理模块，所述异常处理模块用于监控车辆状态、自动驾驶控制器和道路天气状况，接受报警信号进行处理，以及将所述报警信号发送给人机交互控制模块。
进一步的，车辆执行模块包括车辆EMS、EPS、ESC、EPB、BCM和TCU，用于根据自动驾驶控制器发送的控制指令对油门开度、转向、制动、驻车、档位、灯光和喇叭进行控制。
本发明的有益效果：采用单目相机、立体相机、前向长距毫米微波雷达和四角中距毫米微波雷达代替传统的激光雷达，并分别布置于车内后视镜后方、车辆前保险杠中央、前后保险杠两侧位置，对交通标志道路信息和障碍物信息内的多种信息进行分别采集，将感知融合、路径规划、决策规划和控制等整套自动驾驶系统集成到一个嵌入式控制器中实现。相较于传统采用激光雷达的自动驾驶系统，其成本低廉，易于集成。其感知精度大大提高，系统集成度高，尺寸小，可实现自适应巡航、车道保持、自主变道、自主超车、自主加速、紧急制动和自动靠边停车等自动驾驶功能，同时极大地减少了自动驾驶系统的尺寸和减低了系统功耗，易于量产，抗震性更高。而相较于传统设备与设备之间的数据传输，其传输速率更快，运算精度更高，而由于外部接口较少，故障率低，系统的控制稳定性更高。
附图说明
图1为本发明模块连接图；
图2为本发明自动驾驶控制器模块连接图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本发明包括传感器、定位模块、人机交互模块、车辆执行模块和自动驾驶控制器五部分组成。
传感器由视觉传感器和毫米波雷达等低成本传感器组成，视觉传感器采用单目相机和立体相机，而毫米波雷达包括前向长距毫米波雷达和四角中距毫米波雷达，四角中距毫米波雷达包括前左角中距毫米波雷达、前右角中距毫米波雷达、后左角中距毫米波雷达、后右角中距毫米波雷达。其中单目相机和立体相机安装于车内后视镜后方，前向长距毫米波雷达安装于车辆前保险杠中央，前左角中距毫米波雷达、前右角中距毫米波雷达、后左角中距毫米波雷达、后右角中距毫米波雷达分别安装于车辆的四角位置(即前后保险杠两侧)。单目相机的纵向可测距离应在100米以上，立体相机纵向可测距离应在40米以上，水平视角50度以上；前向长距毫米波雷达纵向可测距离在170米以上，水平视角20度以上，四角中距毫米波雷达纵向可测距离在50米以上，水平视角120度以上。单目相机用于接收交通标志道路信息，交通标志道路信息至少包括交通标志信息、交通信号灯信息、车道线信息、道路边沿信息、道路引导信息。而立体相机、前向长距毫米微波雷达和四角中距毫米微波雷达用于接收障碍物信息，障碍物信息至少包括行人信息、车辆信息、其他障碍物信息。传感器将接收到的交通标志道路信息和障碍物信息，并发送给自动驾驶控制器。
定位模块包括CPS惯导和高精地图，GPS惯导接收GPS信号和车载传感器(如车速和轮速)信号，计算出自车的绝对位置信息，并将该位置信息通过以太网送入自动驾驶控制器；高精度地图存储车辆行驶道路的道路边沿、车道中心线、隧道、路段坡道、路段曲率、匝道出入口、服务区出入口等相关信息，交通标志位置和地标性建筑等的绝对位置信息，并根据GPS惯导计算出自车的绝对位置附近一定区域范围内的高精度地图信息通过以太网自动驾驶控制器。
人机交互模块包含仪表、车内显示屏、车内触摸屏、自动驾驶开关、自动驾驶状态指示灯和紧急制动按钮。仪表、车内显示屏、车内触摸屏显示自动驾驶过程中的车辆状态信息、道路环境感知信息、自动驾驶系统相关信息；车内触摸屏还可以接收驾驶员的相关指令，如设置自动驾驶起始地和目的地；自动驾驶开关开启和关闭自动驾驶系统，自动驾驶状态灯亮起表示正处于自动驾驶模式，紧急制动按钮在紧急情况停车使用。
车辆执行模块包括车辆EMS、EPS、ESC、EPB、BCM和TCU，用于根据自动驾驶控制器发送的控制指令对油门开度、转向、制动、驻车、档位、灯光和喇叭进行控制。
如图2所示，自动驾驶控制器包括自动驾驶感知单元、车辆纵横向动作控制模块、异常处理模块、驾驶模式切换控制模块和人机交互控制模块五大部分组成。其中自动驾驶感知模块包括多传感器信息融合、车辆融合定位、全局路径规划模块及局部路径规划模块。
传感器信息融合模块接收、处理、分析来自单目相机、立体相机、毫米波雷达等传感器获取的交通标志信息、交通信号灯信息、车道线信息、道路边沿信息、道路引导信息、行人信息、车辆信息、其他障碍物信息，进行检测识别后并结合车辆融合定位模块发送的车辆位置信息，进行多源信息融合处理，建立车辆行驶局部环境地图。
车辆融合定位模块，接收GPS惯导的定位信息，并与车速、转速、高精度地图和多传感器信息融合模块的相关信息融合进行车辆定位。
全局路径规划模块，接收人机交互模块中驾驶员设置的起点和终点，根据所述车辆融合定位模块发送的车辆位置信息完成包含行驶路线的自动驾驶行为全局路径规划。
局部路径规划模块，接收全局路径规划模块规划的行驶路线和车辆融合定位模块的定位信息，在多传感器信息融合模块建立的车辆行驶局部环境地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路径；
车辆纵横向动作控制模块，依据车辆自身姿态和局部规划路径，根据控制策略对车辆执行模块，包括油门(EMS)、转向(EPS)、制动(ESC)、驻车(EPB)、档位(TCU)、灯光和喇叭(BCM)发出CAN总线指令进行控制，并通过反馈信息进行控制调节，操作车辆按照规划的路径实现车辆动作。
异常处理模块，监控车辆状态、自动驾驶控制器和道路天气状况，接受报警信号，如(燃油异常报警、胎压异常报警、自动驾驶控制器异常报警以及传感器异常报警，天气状况预警等，通过整车网络将报警报文送入控制器内进行处理)发现异常或不适应于自动驾驶的状况，报警提示驾驶员接管车辆，结束自动驾驶，必要时紧急制动停车。
驾驶模式切换控制模块，监测人机交互模块输入信号，监测到主动(自动驾驶系统开关状态、方向盘运动状态、油门和制动踏板状态)或被动(主要由异常处理模块提供)驾驶模式切换信号后，控制自动驾驶模式与人工驾驶模式的平顺、安全切换，并将切换后的车辆自身姿态信息发送给车辆纵横向动作控制模块。
人机交互控制模块，接受人机交互模块的驾驶员的各种输入指令，以及自动驾驶感知单元发送的障碍物位置信息和自车位置信息，并通过整车网络送入驾驶模式切换控制模块处理，并将车辆状态、自动驾驶控制器状态、道路环境感知结果、报警提示信号通过整车网络送入人机交互模块显示，帮助驾驶员了解和监控系统状态。
自动驾驶控制器的总线接口，与GPS惯导、高精度地图和视觉传感器连接采用以太网，与毫米波雷达、人机交互模块、EPS、EMS、ESC、EPB、TCU、BCM连接采用CAN总线。
自动驾驶控制器，软件系统基于乌班图(Ubuntu)操作系统开发，控制器形式采用嵌入式控制器形式，可选用英伟达Tegra K1、X1等芯片实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于，包括：
传感器：用于获取交通标志道路信息和障碍物信息，并发送给自动驾驶控制器；
定位模块：用于根据GPS惯导和高精度地图信息计算出自车的绝对位置信息和洗车绝对位置附近的高精度地图信息，并发送给自动驾驶控制器；
人机交互模块：用于接收驾驶员指令，以及显示自动驾驶过程中的车辆状态信息、道路环境感知信息、自动驾驶系统相关信息；
自动驾驶控制器：用于接收传感器发送的交通标志道路信息和障碍物信息，并与定位模块发送的高精度地图信息进行融合，建立车辆行驶局部环境地图，根据人机交互模块中驾驶员设置的起点和终点，在多传感器信息融合模块建立的车辆行驶局部环境地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路线，最后根据所述局部行驶路线对车辆执行模块发送控制指令；
车辆执行模块：用于接收所述自动驾驶控制器发送的控制指令，执行相应的动作。
2.如权利要求1所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述传感器包括单目相机，所述单目相机用于接收交通标志道路信息，所述交通标志道路信息至少包括交通标志信息、交通信号灯信息、车道线信息、道路边沿信息、道路引导信息。
3.如权利要求1所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述传感器包括立体相机、前向长距毫米微波雷达和四角中距毫米微波雷达，所述立体相机、所述前向长距毫米微波雷达和所述四角中距毫米微波雷达用于接收障碍物信息，所述障碍物信息至少包括行人信息、车辆信息、其他障碍物信息。
4.如权利要求3所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述单目相机和立体相机安装于车内后视镜后方。
5.如权利要求3所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述前向长距毫米波雷达安装于车辆前保险杠中央，所述四角中距毫米波雷达包括前左角中距毫米波雷达、前右角中距毫米波雷达、后左角中距毫米波雷达、后右角中距毫米波雷达，并分别安装于前后保险杠两侧位置。
6.如权利要求1所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述自动驾驶控制器包括集成于一个可编辑门阵列的自动驾驶感知单元、车辆纵横向动作控制模块、驾驶模式切换控制模块和人机交互控制模块，所述可编辑门阵列包含有可至少与传感器、定位模块进行数据交互的数据传输接口，可向车辆执行模块发送控制指令的控制信号传输接口，以及与人机交互模块进行信号传输的人机交互接口；
所述自动驾驶感知单元用于通过数据传输接口收集交通标志道路信息和障碍物信息，与高精度地图、GPS惯导信息、车轮、车速信息进行融合生成局部行驶路径信息，并将所述局部行驶路径信息发送给车辆纵横向动作控制模块，将障碍物位置信息和自车位置信息发送给人机交互控制模块；
所述车辆纵横向动作控制模块用于接收所述局部行驶路径和人机交互控制模块发送的车辆自身姿态信息，通过控制信号传输接口对执行单元各模块发送控制指令；
所述驾驶模式切换控制模块用于监测人机交互控制模块输入，控制自动驾驶模式与人工驾驶模式切换，并将切换后的车辆自身姿态信息发送给车辆纵横向动作控制模块；
所述人机交互控制模块用于通过人机交互接口接收人机交互模块发送的控制指令，以及自动驾驶感知单元发送的障碍物位置信息和自车位置信息，并通过人机交互接口发送给人机交互模块显示输出。
7.如权利要求6所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述自动驾驶感知单元包括全局路径规划模块，所述全局路径规划模块用于接收人机交互模块中驾驶员设置的起点和终点，根据所述车辆融合定位模块发送的车辆位置信息完成包含行驶路线的自动驾驶行为全局路径规划。
8.如权利要求7所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述自动驾驶感知单元包括局部路径规划模块，所述局部路径规划模块接收全局路径规划模块规划的行驶路线和所述车辆融合定位模块发送的车辆位置信息，在多传感器信息融合模块建立的所述车辆行驶局部环境地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路径，并将所述局部行驶路径发送给所述车辆纵横向动作控制模块。
9.如权利要求6所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述自动驾驶控制器还包括异常处理模块，所述异常处理模块用于监控车辆状态、自动驾驶控制器和道路天气状况，接受报警信号进行处理，以及将所述报警信号发送给人机交互控制模块。
10.如权利要求1所述基于高速公路的自动驾驶系统，其特征在于：所述车辆执行模块包括车辆EMS、EPS、ESC、EPB、BCM和TCU，用于根据自动驾驶控制器发送的控制指令对油门开度、转向、制动、驻车、档位、灯光和喇叭进行控制。
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