CN106527428A - 基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器 - Google Patents
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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嵌入式集成自动驾驶控制器。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环境传感器、车速传感器进行数据交互的数据传输接口，可向执行单元发送控制指令的控制信号传输接口，以及与人机交互***进行信号传输的人机交互接口。将感知融合、路径规划、决策规划和控制等整套自动驾驶***集成到一个嵌入式控制器中实现，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***的尺寸和减低了***功耗，易于量产。
Description
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嵌入式集成自动驾驶控制器。
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***，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***等。相关技术中的自动驾驶控制器，并未将感知融合、路径规划、决策控制等***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，***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、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：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环境传感器、车速传感器进行数据交互的数据传输接口，可向执行单元发送控制指令的控制信号传输接口，以及与人机交互***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***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***显示输出。
进一步的，所述自动驾驶感知单元包括车辆融合定位模块，所述车辆融合定位模块用于接收GPS惯导信息，并与高精度地图、车轮、车速信息进行融合实现车辆的定位。
进一步的，所述自动驾驶感知单元包括多传感器信息融合模块，所述多传感器信息融合模块用于接收环境传感器发送的交通标志道路信息和障碍物信息，并结合所述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。
进一步的，所述多传感器信息融合模块接收的交通标志道路信息和障碍物信息包括但不限于交通标志信息、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***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***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，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，所述车辆纵横向动作控制模块向执行单元发送的控制指令包括但不限于油门开度控制信号、转向控制信号、制动控制信号、驻车控制信号、档位控制信号、灯光和喇叭控制信号。
进一步的，所述自动驾驶感知单元通过以太网获取高精度地图、GPS惯导信息。
进一步的，所述自动驾驶感知单元通过CAN线与执行单元连接。
本发明的有益效果：将感知融合、路径规划、决策规划和控制等整套自动驾驶***集成到一个嵌入式控制器中实现，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***的尺寸和减低了***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，***的控制稳定性更高。
附图说明
图1为本发明模块连接图；
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，本发明目的是针对结构特征鲜明、交通参与对象相对较少、交通情况相对简单的高速公路或类似场景的特殊工况，提供一种嵌入式集成的自动驾驶环境控制器，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。
本发明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***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***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，根据控制策略对执行单元，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***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***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***显示，帮助驾驶员了解和监控***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***、EPS、EMS、ESC、EPB、TCU、BCM连接采用CAN总线。
自动驾驶控制器，软件***基于乌班图(Ubuntu)操作***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嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于，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环境传感器、车速传感器进行数据交互的数据传输接口，可向执行单元发送控制指令的控制信号传输接口，以及与人机交互***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***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***显示输出。
2.如权利要求1所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述自动驾驶感知单元包括车辆融合定位模块，所述车辆融合定位模块用于接收GPS惯导信息，并与高精度地图、车轮、车速信息进行融合实现车辆的定位。
3.如权利要求1所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述自动驾驶感知单元包括多传感器信息融合模块，所述多传感器信息融合模块用于接收环境传感器发送的交通标志道路信息和障碍物信息，并结合所述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。
4.如权利要求3所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述多传感器信息融合模块接收的交通标志道路信息和障碍物信息包括但不限于交通标志信息、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。
5.如权利要求2所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，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***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。
6.如权利要求5所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，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***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。
7.如权利要求1所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：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。
8.如权利要求1所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述车辆纵横向动作控制模块向执行单元发送的控制指令包括但不限于油门开度控制信号、转向控制信号、制动控制信号、驻车控制信号、档位控制信号、灯光和喇叭控制信号。
9.如权利要求1或2所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述自动驾驶感知单元通过以太网获取高精度地图、GPS惯导信息。
10.如权利要求1或8所述基于高速公路的嵌入式集成自动驾驶控制器，其特征在于：所述自动驾驶感知单元通过CAN线与执行单元连接。
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