CN109143262A - 无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人驾驶汽车自动控制装置,包括:车速传感器、加速度传感器、车载激光雷达、嵌入式控制器、制动装置及舵机,所述的嵌入式控制器对车载激光雷达采集的数据进行处理,计算舵机的打舵量,所述的制动装置及舵机用拉线控制制动踏板,所述的车载激光雷达收集的信息为无人驾驶汽车周围固定范围内的物体与汽车的位移、相对速度及相对加速度。适用于更高车速的车辆,并且能通过检测本车是否会与一定范围内的周围物体相遇,进而利用嵌入式控制器处理数据控制制动装置制动,减少面对现实中复杂的路况时无人驾驶汽车所带来的安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及基于道路环境识别与检测技术领域,特别是涉及一种无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法。
背景技术
近年来,我国汽车工业迅速发展,无人驾驶汽车终将驶上街头,但是它的到来也将带来一系列安全问题。由于无人驾驶汽车由计算机控制,现实中道路上的一些突发事件可能造成计算机的误判,使无人驾驶汽车失控,引发交通事故。目前自动刹车技术的代表是以安全为主打的瑞典厂商沃尔沃,沃尔沃开发出了名为City Safety***可以自动侦测到路中央的行人和车辆,当你以不高于 15公里/时的车速行驶时,这套***可以自动刹车,帮你避免碰撞。与之相比本装置的优点在于适用于更高车速的车辆并且制动装置所提供的制动加速度会根据本车与前方物体的实际情况实时调整,在安全情况下采用最小的加速度,避免因车辆减速过快造成的追尾事故。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:一种无人驾驶汽车自动控制装置,包括:车速传感器、加速度传感器、车载激光雷达、嵌入式控制器、制动装置及舵机,所述的嵌入式控制器对车载激光雷达采集的数据进行处理,计算舵机的打舵量,所述的制动装置及舵机用拉线控制制动踏板,所述的车载激光雷达收集的信息为无人驾驶汽车周围固定范围内的物体与汽车的位移、相对速度及相对加速度。
在本发明一个较佳实施例中,所述的加速度传感器收集的信息为无人驾驶汽车的实际加速度。
在本发明一个较佳实施例中,所述的车速传染器收集的信息为无人驾驶汽车的车速度。
在本发明一个较佳实施例中,制动装置是利用舵机,用拉线控制制动踏板,通过改变舵机的打舵量改变车辆制动时的加速度
在本发明一个较佳实施例中,一种无人驾驶汽车自动控制方法,(1)所述嵌入式控制器利用雷达采集的数据筛选判断出在一定距离内是否有物体可能会与汽车相遇;
(2)若有则计算此物体与汽车的安全距离x,再通过计算d-x-1,其中d为前方物体对于本车的位移,1为停车时的安全距离,判断此物体是否会与车相遇;
(3)若会相遇,则计算此时在在安全范围内最小的加速度n,并控制舵机根据关于n的函数算出的舵机此时的对应的打舵量打舵,使得无人驾驶汽车根据具体情况以不同的加速度制动。
在本发明一个较佳实施例中,车辆行驶于道路上时,车载激光雷达不断采集前方物体相对于本车的位移d、相对速度v、相对加速度a,同时加速度传感器在不断采集本车加速度m,车速传感器也在不断采集本车速度v0,v0单位为 km/h,并将数据实时传输给嵌入式控制器,安全跟车距离与车速有关,所以嵌入式控制器筛选出与本车实际距离d<v0的前方物体,再利用公式x=v*v/(2*a) 算出此时刻本车与前方物体不会相撞的最小距离x,若d-(x+1)>0表示本车此时不需要制动,若d-(x+1)<0则开始制动过程,一方面不断利用公式A=v*v/(2*d-2)计算出此时在安全范围内最小的相对加速度A,继而算出本车应有的安全加速度n=m-a+A。
在本发明一个较佳实施例中,针对此时的路面状况,加速度n与脉冲宽度s之间的函数关系,计算方法为:判定制动过程开始时先储存此时本车加速度m,记为a0,而后令舵机以1.5ms的脉冲宽度打舵,再储存初次减速后本车加速度a1,继而算出此路面状况下上述函数的斜率k=(a1-a0)/1.5,所以上述函数关系为脉冲宽度s=(n-m)/k,在此路面状况下不断减速,直至程序判定本车与前方物体不会相撞时制动过程结束。
在本发明一个较佳实施例中,激光雷达工作时,发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲,如果在电磁波传播的途径上有目标存在,那么激光雷达就可以接收到由目标反射回来的回波,由于回波信号往返于雷达与目标之间,它将滞后于发射脉冲一个时间,电磁波的能量是以光速传播的,设目标的位移为R,则传播的距离等于光速乘上时间间隔,即2*R=c*t,式中,R为目标到激光雷达的位移,单位为m;t为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔,单位为s;c为在空气中传播的速度,约为:c=3.0*108m/s。现代雷达中,采用数字式测距,即记录回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,根据计数脉冲的重复周期T,就可以计算出回波脉冲相对于发射脉冲的延迟时间t=n*T,T为已知值,测量t实际上变成测量回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,所以,位移R与计数脉冲数目n的关系为R=c*n/(2*f)。
在本发明一个较佳实施例中,目标相对速度的测量采用多普勒移频的方法。多普勒频移是指当目标与雷达之间存在相对速度时,接收到的回波信号的载频相对于发射信号的载波产生一个频移,这个频移在物理学上称为多普勒频移,它的数值为fd=2*vr/λ,式中,fd为多普勒频移,单位为Hz;vr为雷达与目标之间的径向相对速度,单位为m/s;λ为载波波长,单位为m,在多数情况下,多普勒频率处于音频范围内,因此要从接收信号中提取多普勒频率需要采用差拍的方法,即设法取出f0和fr的差值fd,对于连续波多普勒激光雷达,为取出收发信号频率的差频,需要采用混频的方法,通过在接收机中引入发射信号作为基准电压,在相位检波器的输出端得到收发频率的差频电压,即多普勒频率电压。发射机产生频率为f0的等幅连续波高频振荡,其中绝大部分能量从发射天线幅射到空间,很少部分能量藕合到接收机输入端作为基准电压,混合的发射信号和接收信号经过放大后,在混频器输出端取出其差拍电压,隔除其中直流分量,得到多普勒频率信号送到终端指示器。
在本发明一个较佳实施例中,位移R与相对速度vr,由公式获得。
本发明的有益效果是:本发明一种无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法,适用于更高车速的车辆,并且能通过检测本车是否会与一定范围内的周围物体相遇,进而利用嵌入式控制器处理数据控制制动装置制动,减少面对现实中复杂的路况时无人驾驶汽车所带来的安全问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图,其中:
图1是本发明无人驾驶汽车自动控制装置一较佳实施例中自动制动装置的原理方框图;
图2是本发明无人驾驶汽车自动控制装置一较佳实施例中计算安全情况下舵机应输入的脉冲宽度的程序框图;
图3是本发明无人驾驶汽车自动控制装置一较佳实施例中连续多普勒激光雷达基本工作原理框图;
图4所示为图3连续多普勒激光雷达基本工作原理框图中各主要点的频谱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图2、图3以及图4,本发明一种无人驾驶汽车自动控制装置,包括:车速传感器、加速度传感器、车载激光雷达、嵌入式控制器、制动装置及舵机,所述的嵌入式控制器对车载激光雷达采集的数据进行处理,计算舵机的打舵量,所述的制动装置及舵机用拉线控制制动踏板,所述的车载激光雷达收集的信息为无人驾驶汽车周围固定范围内的物体与汽车的位移、相对速度及相对加速度。
优选的,所述的加速度传感器收集的信息为无人驾驶汽车的实际加速度。
优选的,所述的车速传染器收集的信息为无人驾驶汽车的车速度。
优选的,制动装置是利用舵机,用拉线控制制动踏板,通过改变舵机的打舵量改变车辆制动时的加速度。
在本发明一个较佳实施例中,一种无人驾驶汽车自动控制方法,(1)所述嵌入式控制器利用雷达采集的数据筛选判断出在一定距离内是否有物体可能会与汽车相遇;
(2)若有则计算此物体与汽车的安全距离x,再通过计算d-x-1,其中d为前方物体对于本车的位移,1为停车时的安全距离,判断此物体是否会与车相遇;
(3)若会相遇,则计算此时在在安全范围内最小的加速度n,并控制舵机根据关于n的函数算出的舵机此时的对应的打舵量打舵,使得无人驾驶汽车根据具体情况以不同的加速度制动。
优选的,车辆行驶于道路上时,车载激光雷达不断采集前方物体相对于本车的位移d、相对速度v、相对加速度a,同时加速度传感器在不断采集本车加速度m,车速传感器也在不断采集本车速度v0,v0单位为km/h,并将数据实时传输给嵌入式控制器,安全跟车距离与车速有关,所以嵌入式控制器筛选出与本车实际距离d<v0的前方物体,再利用公式x=v*v/(2*a)算出此时刻本车与前方物体不会相撞的最小距离x,若d-(x+1)>0表示本车此时不需要制动,若 d-(x+1)<0则开始制动过程,一方面不断利用公式A=v*v/(2*d-2)计算出此时在安全范围内最小的相对加速度A,继而算出本车应有的安全加速度n=m-a+A。
优选的,针对此时的路面状况,加速度n与脉冲宽度s之间的函数关系,计算方法为:判定制动过程开始时先储存此时本车加速度m,记为a0,而后令舵机以1.5ms的脉冲宽度打舵,再储存初次减速后本车加速度a1,继而算出此路面状况下上述函数的斜率k=(a1-a0)/1.5,所以上述函数关系为脉冲宽度s=(n-m)/k,在此路面状况下不断减速,直至程序判定本车与前方物体不会相撞时制动过程结束。
优选的,激光雷达工作时,发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲,如果在电磁波传播的途径上有目标存在,那么激光雷达就可以接收到由目标反射回来的回波,由于回波信号往返于雷达与目标之间,它将滞后于发射脉冲一个时间,电磁波的能量是以光速传播的,设目标的位移为R,则传播的距离等于光速乘上时间间隔,即2*R=c*t,式中,R为目标到激光雷达的位移,单位为m;t为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔,单位为s;c为在空气中传播的速度,约为:c=3.0*108m/s。现代雷达中,采用数字式测距,即记录回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,根据计数脉冲的重复周期T,就可以计算出回波脉冲相对于发射脉冲的延迟时间t=n*T,T为已知值,测量t实际上变成测量回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,所以,位移R与计数脉冲数目n的关系为 R=c*n/(2*f)。
优选的,目标相对速度的测量采用多普勒移频的方法。多普勒频移是指当目标与雷达之间存在相对速度时,接收到的回波信号的载频相对于发射信号的载波产生一个频移,这个频移在物理学上称为多普勒频移,它的数值为 fd=2*vr/λ,式中,fd为多普勒频移,单位为Hz;vr为雷达与目标之间的径向相对速度,单位为m/s;λ为载波波长,单位为m,在多数情况下,多普勒频率处于音频范围内,因此要从接收信号中提取多普勒频率需要采用差拍的方法,即设法取出f0和fr的差值fd,对于连续波多普勒激光雷达,为取出收发信号频率的差频,需要采用混频的方法,通过在接收机中引入发射信号作为基准电压,在相位检波器的输出端得到收发频率的差频电压,即多普勒频率电压。发射机产生频率为f0的等幅连续波高频振荡,其中绝大部分能量从发射天线幅射到空间,很少部分能量藕合到接收机输入端作为基准电压,混合的发射信号和接收信号经过放大后,在混频器输出端取出其差拍电压,隔除其中直流分量,得到多普勒频率信号送到终端指示器。
优选的,位移R与相对速度vr,由公式获得。
本发明一种无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法,解决了技术方案里的缺陷,适用于更高车速的车辆,并且能通过检测本车是否会与一定范围内的周围物体相遇,进而利用嵌入式控制器处理数据控制制动装置制动,减少面对现实中复杂的路况时无人驾驶汽车所带来的安全问题。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种无人驾驶汽车自动控制装置及其控制方法,其特征在于,包括:车速传感器、加速度传感器、车载激光雷达、嵌入式控制器、制动装置及舵机,所述的嵌入式控制器对车载激光雷达采集的数据进行处理,计算舵机的打舵量,所述的制动装置及舵机用拉线控制制动踏板,所述的车载激光雷达收集的信息为无人驾驶汽车周围固定范围内的物体与汽车的位移、相对速度及相对加速度。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,所述的加速度传感器收集的信息为无人驾驶汽车的实际加速度。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,所述的车速传染器收集的信息为无人驾驶汽车的车速度。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,制动装置是利用舵机,用拉线控制制动踏板,通过改变舵机的打舵量改变车辆制动时的加速度。
5.一种无人驾驶汽车自动控制方法,其特征在于:
(1)所述嵌入式控制器利用雷达采集的数据筛选判断出在一定距离内是否有物体可能会与汽车相遇;
(2)若有则计算此物体与汽车的安全距离x,再通过计算d-x-1,其中d为前方物体对于本车的位移,1为停车时的安全距离,判断此物体是否会与车相遇;
(3)若会相遇,则计算此时在在安全范围内最小的加速度n,并控制舵机根据关于n的函数算出的舵机此时的对应的打舵量打舵,使得无人驾驶汽车根据具体情况以不同的加速度制动。
6.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,车辆行驶于道路上时,车载激光雷达不断采集前方物体相对于本车的位移d、相对速度v、相对加速度a,同时加速度传感器在不断采集本车加速度m,车速传感器也在不断采集本车速度v0,v0单位为km/h,并将数据实时传输给嵌入式控制器,安全跟车距离与车速有关,所以嵌入式控制器筛选出与本车实际距离d<v0的前方物体,再利用公式x=v*v/(2*a)算出此时刻本车与前方物体不会相撞的最小距离x,若d-(x+1)>0表示本车此时不需要制动,若d-(x+1)<0则开始制动过程,一方面不断利用公式A=v*v/(2*d-2)计算出此时在安全范围内最小的相对加速度A,继而算出本车应有的安全加速度n=m-a+A。
7.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,针对此时的路面状况,加速度n与脉冲宽度s之间的函数关系,计算方法为:判定制动过程开始时先储存此时本车加速度m,记为a0,而后令舵机以1.5ms的脉冲宽度打舵,再储存初次减速后本车加速度a1,继而算出此路面状况下上述函数的斜率k=(a1-a0)/1.5,所以上述函数关系为脉冲宽度s=(n-m)/k,在此路面状况下不断减速,直至程序判定本车与前方物体不会相撞时制动过程结束。
8.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,激光雷达工作时,发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉冲,如果在电磁波传播的途径上有目标存在,那么激光雷达就可以接收到由目标反射回来的回波,由于回波信号往返于雷达与目标之间,它将滞后于发射脉冲一个时间,电磁波的能量是以光速传播的,设目标的位移为R,则传播的距离等于光速乘上时间间隔,即2*R=c*t,式中,R为目标到激光雷达的位移,单位为m;t为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔,单位为s;c为在空气中传播的速度,约为:c=3.0*108m/s。现代雷达中,采用数字式测距,即记录回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,根据计数脉冲的重复周期T,就可以计算出回波脉冲相对于发射脉冲的延迟时间t=n*T,T为已知值,测量t实际上变成测量回波脉冲到达时的计数脉冲的数目n,所以,位移R与计数脉冲数目n的关系为R=c*n/(2*f)。
9.根据权利要求7所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,目标相对速度的测量采用多普勒移频的方法。多普勒频移是指当目标与雷达之间存在相对速度时,接收到的回波信号的载频相对于发射信号的载波产生一个频移,这个频移在物理学上称为多普勒频移,它的数值为fd=2*vr/λ,式中,fd为多普勒频移,单位为Hz;vr为雷达与目标之间的径向相对速度,单位为m/s;λ为载波波长,单位为m,在多数情况下,多普勒频率处于音频范围内,因此要从接收信号中提取多普勒频率需要采用差拍的方法,即设法取出f0和fr的差值fd,对于连续波多普勒激光雷达,为取出收发信号频率的差频,需要采用混频的方法,通过在接收机中引入发射信号作为基准电压,在相位检波器的输出端得到收发频率的差频电压,即多普勒频率电压。发射机产生频率为f0的等幅连续波高频振荡,其中绝大部分能量从发射天线幅射到空间,很少部分能量藕合到接收机输入端作为基准电压,混合的发射信号和接收信号经过放大后,在混频器输出端取出其差拍电压,隔除其中直流分量,得到多普勒频率信号送到终端指示器。
10.根据权利要求8所述的无人驾驶汽车自动控制装置,其特征在于,位移R与相对速度vr,由公式获得。
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