CN111081112A - 一种自动驾驶的教练车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动驾驶的教练车，包括教练车车体、显示设备、控制器、车体环绕摄像头、自动转向装置、离合刹车控制装置；自动转向装置包括转向电机驱动、同步齿轮，转向柱齿轮，转向柱齿轮套设在方向盘的转向柱外侧；离合刹车控制装置包括离合控制电机和刹车控制电机，离合控制电机和刹车控制电机分别传动连接有线轴，线轴上绕设有钢丝绳，钢丝绳的末端固定安装在离合踏板或刹车踏板的连接臂上。本发明中能够自动控制教练车转向，自动控制离合和刹车，获取车辆的行车数据，实现对教练车的自动驾驶，获取车辆的位置与黄色道路标线，生成车辆的行车轨迹，控制教练车按照行车轨迹行驶，为教练车的自动驾驶和教学演示提供了方便。

Description

一种自动驾驶的教练车及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动驾驶的教练车及其控制方法。

背景技术

传统的驾校教学是教练讲解具体操作规范，由学员自己练习，通过这种方式，学员很难快速的根据教练讲解的方法并找到技巧，而教练不能时刻进行提醒，学员在练习的过程中效率低下；另外，学员在练习时，需要教练跟车指导，需要占用大量时间，影响其处理其他事物，若教练去处理其他事物，学员不能自主练车，且不能解决练习中遇到的疑问；再次，通过教练讲解练习，容易使学员形成依赖性，不能主动的发现并解决练习中的问题。

现有的驾校车在智能教学方面仅仅是提供了车辆模拟教学，学员实际操作的时候仍然会有操作难的问题，且现有的智能教学方面在教学演示和指导学员操作等方面做的不够完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动驾驶的教练车及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动驾驶的教练车，包括教练车车体、显示设备、控制器、车体环绕摄像头、自动转向装置、离合刹车控制装置；所述自动转向装置包括一个由转向电机驱动的同步齿轮，所述同步齿轮通过同步带传动连接有一个转向柱齿轮，所述转向柱齿轮套设在所述教练车方向盘的转向柱外侧；所述离合刹车控制装置包括离合控制电机和刹车控制电机，所述离合控制电机和刹车控制电机分别传动连接有一个线轴，所述线轴上绕设有钢丝绳，所述钢丝绳的末端固定安装在离合踏板或刹车踏板的连接臂上，所述离合控制电机和刹车控制电机通过拉紧或放松所述钢丝绳控制所述离合踏板和刹车踏板下踩或上抬；所述控制器接收并处理所述车体环绕摄像头采集的图像，控制所述转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机运行，并与所述教练车上的车辆控制器进行数据通信，获取所述教练车的行车数据。

作为优选的技术方案，所述教练车车体内部还包括一个用于开启或解除自动驾驶的控制按钮，所述控制按钮与所述控制器的开关量输入端口电连接。

作为优选的技术方案，所述车体环绕摄像头安装在教练车车体上的左右后视镜的下方。

作为优选的技术方案，所述教练车上还安装有超声雷达传感器，所述超声雷达传感器安装在所述教练车车尾部后备箱开启口下方的凹槽中。

作为优选的技术方案，所述转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机均电连接有驱动器，所述驱动器接收所述控制器的控制信号，驱动所述转向电机、离合控制电机或刹车控制电机运行。

一种自动驾驶的教练车的控制方法，包括以下步骤：

读取所述教练车的行车信息，获取所述教练车的车轮的转向位置，并通过自动转向装置将所述车轮的位置归正；

接收所述车体环绕摄像头采集的图像，合成所述教练车的位置图像，并识别道路上的黄色道路标线；

根据所述教练车和黄色道路标线的位置，判断所要进行演示的科目；

通过所述自动转向装置和离合刹车控制装置自动启动所述教练车；

根据所述教练车的当前位置以及预设的所述演示科目的驾驶流程，生成行车轨迹，控制所述教练车按照所述行车轨迹行驶，直至所述演示科目演示完成。

作为优选的技术方案，将所述教练车的车轮归正的具体步骤包括：

所述控制器通过读取所述教练车的行车数据得出所述车轮的转向位置数据；

将所述车轮的转向位置数据与所述车轮居中数据对比，得出所述车轮的转向位置数据的偏差值；

根据所述偏差值计算出车轮调整的方向和角度，以及根据车轮的转向角度与方向盘的转动角度的线性关系，得出方向盘的调整方向和转动角度；

根据方向盘的调整方向和转动角度向所述转向电机输出PWM波形，控制转向电机转动，将车轮归正。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明中通过自动转向装置和离合刹车装置，能够自动控制教练车转向，自动控制离合和刹车，通过与汽车控制器通信，获取车辆的行车数据，实现对教练车的自动驾驶，通过车体环绕摄像头和超声雷达传感器，获取车辆的位置与黄色道路标线，以便于生成车辆的行车轨迹，控制教练车按照行车轨迹行驶，为教练车的自动驾驶和教学演示提供了方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的自动转向装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的离合刹车控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中教练车用于教学演示的流程图；

图中：1-方向盘；11-转向柱；2-转向柱齿轮；3-同步齿轮；4-同步带；5-转向电机；6-离合踏板；61-连接臂；7-钢丝绳；8-线轴；9-离合控制电机。

具体实施方式

如图1至图3共同所示，一种自动驾驶的教练车，包括教练车车体、显示设备、控制器、车体环绕摄像头、自动转向装置、离合刹车控制装置。

自动转向装置包括一个由转向电机5驱动的同步齿轮3，同步齿轮3通过同步带4传动连接有一个转向柱齿轮2，转向柱齿轮2套设在教练车方向盘1的转向柱11外侧；离合刹车控制装置包括离合控制电机和刹车控制电机，离合控制电机和刹车控制电机分别传动连接有一个线轴，线轴上绕设由钢丝绳，钢丝绳的的末端固定安装在离合踏板或刹车踏板的连接臂上，离合控制电机和刹车控制电机通过拉紧或放松钢丝绳控制离合踏板和刹车踏板下踩或上抬。

如图2所示，离合控制电机9传动连接有一个线轴8，线轴上绕设有钢丝绳7，钢丝绳7的末端固定安装在离合踏板6的连接臂61上，离合控制电机9通过拉紧或放松钢丝绳7控制离合踏板6下踩或上抬。

刹车踏板的控制与离合踏板的控制原理相同。

控制器接收并处理车体环绕摄像头采集的图像，控制转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机运行，并与教练车上的车辆控制器进行数据通信，获取教练车的行车数据。

教练车车体内部还包括一个用于开启或解除自动驾驶的控制按钮，控制按钮与控制器的开关量输入端口电连接。

优选的，车体环绕摄像头安装在教练车车体上的左右后视镜的下方。

教练车上还安装有超声雷达传感器，超声雷达传感器安装在教练车车尾部后备箱开启口下方的凹槽中。

优选的，转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机均电连接有驱动器，驱动器接收控制器的控制信号，驱动转向电机、离合控制电机或刹车控制电机运行。

控制器与驱动器相连，用于接收转向信号，发送转向指令，解析车轮的位置信息。转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机均与驱动器连接，驱动器对所要控制的电机发送信号，使其实现正转和反转的功能，并且对电机转动的圈数进行精确控制。电源采用车内蓄电池供电，经由逆变器升压，换算成电机驱动的适用电压。

控制器通过计算得出转向电机的转向方向和角度，向转向控制的驱动器发出控制波形，驱动器驱动转向电机转动，电机通过同步齿轮和同步皮带带动转向柱齿轮转向，使方向盘转向，实现转向功能。

控制器向离合控制的驱动器发出控制波形控制离合控制电机转动，离合控制电机转动带动线轮转动，线轮转动带动钢丝绳收紧，完成踩离合的动作；钢丝绳放松，离合上抬。

控制器与汽车控制器通过通讯的方向实现挡位操作。

控制器控制刹车的原理与控制离合相同。

一种自动驾驶的教练车的控制方法，包括以下步骤：

读取教练车的行车信息，获取教练车的车轮的转向位置，并通过自动转向装置将车轮的位置归正；

接收车体环绕摄像头采集的图像，合成教练车的位置图像，并识别道路上的黄色道路标线；

根据教练车和黄色道路标线的位置，判断所要进行演示的科目；

通过自动转向装置和离合刹车控制装置自动启动教练车；

根据教练车的当前位置以及预设的演示科目的驾驶流程，生成行车轨迹，控制教练车按照行车轨迹行驶，直至所述演示科目演示完成。

优选的，将教练车的车轮归正的具体步骤包括：

控制器读取教练车的行车数据得出车轮的转向位置数据；

将车轮的转向位置数据与车轮居中数据对比，得出车轮的转向位置数据的偏差值；

根据偏差值计算出车轮调整的方向和角度，以及根据车轮的转向角度与方向盘的转动角度的线性关系，得出方向盘的调整方向和转动角度；

根据方向盘的调整方向和转动角度向转向电机输出PWM波形，控制转向电机转动，将车轮归正。

本发明进行自动驾驶的具体操作如下：

控制器通过CAN总线与汽车控制器通讯，获取教练车的行车数据，通过行车数据获取车轮的位置，也就是车轮的转向角度，教练车轮转动角度与方向盘转动角度之间存在一个线性比例关系，即车轮转动45度，方向盘转动540度，其换算公式：方向盘角度＝12*车轮转动角度。

将车轮的转向角度数据与车轮居中数据进行对比，得出偏左或者偏右的偏差值，根据换算公式，方向盘角度＝12*车轮转动角度，控制器产生PWM波输送至用于转向控制的驱动器，驱动转向电机转动，转向电机带动同步齿轮、同步带转动，将力传送至转向柱齿轮，带动方向盘转动相应的角度，使车轮居中。

教练车通过安装在车体上的车体环绕摄像头，实时实现得视频流，即教练车的360°的鸟瞰图。

通过车体环绕摄像头拍摄的图像，识别黄色道路标线，根据教练车的位置判断练习或演示的科目类型。

离合控制用于驾校车示教阶段，学员选择示教开始之后，控制器控制转向电机的转向角度以实现教练车的自动转向，控制离合控制电机以实现踩或松离合，控制刹车控制电机以实现踩或松刹车等操作。

如图4中所示出的是教练车进行教学演示的流程图。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种自动驾驶的教练车，其特征在于：包括教练车车体、显示设备、控制器、车体环绕摄像头、自动转向装置、离合刹车控制装置；所述自动转向装置包括一个由转向电机驱动的同步齿轮，所述同步齿轮通过同步带传动连接有一个转向柱齿轮，所述转向柱齿轮套设在所述教练车方向盘的转向柱外侧；所述离合刹车控制装置包括离合控制电机和刹车控制电机，所述离合控制电机和刹车控制电机分别传动连接有一个线轴，所述线轴上绕设有钢丝绳，所述钢丝绳的末端固定安装在离合踏板或刹车踏板的连接臂上，所述离合控制电机和刹车控制电机通过拉紧或放松所述钢丝绳控制所述离合踏板和刹车踏板下踩或上抬；所述控制器接收并处理所述车体环绕摄像头采集的图像，控制所述转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机运行，并与所述教练车上的车辆控制器进行数据通信，获取所述教练车的行车数据。

2.如权利要求1所述的一种自动驾驶的教练车，其特征在于：所述教练车车体内部还包括一个用于开启或解除自动驾驶的控制按钮，所述控制按钮与所述控制器的开关量输入端口电连接。

3.如权利要求1所述的一种自动驾驶的教练车，其特征在于：所述车体环绕摄像头安装在教练车车体上的左右后视镜的下方。

4.如权利要求1所述的一种自动驾驶的教练车，其特征在于：所述教练车上还安装有超声雷达传感器，所述超声雷达传感器安装在所述教练车车尾部后备箱开启口下方的凹槽中。

5.如权利要求1所述的一种自动驾驶的教练车，其特征在于：所述转向电机、离合控制电机以及刹车控制电机均电连接有驱动器，所述驱动器接收所述控制器的控制信号，驱动所述转向电机、离合控制电机或刹车控制电机运行。

6.一种自动驾驶的教练车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

读取所述教练车的行车信息，获取所述教练车的车轮的转向位置，并通过自动转向装置将所述车轮的位置归正；

接收所述车体环绕摄像头采集的图像，合成所述教练车的位置图像，并识别道路上的黄色道路标线；

根据所述教练车和黄色道路标线的位置，判断所要进行演示的科目；

通过所述自动转向装置和离合刹车控制装置自动启动所述教练车；

根据所述教练车的当前位置以及预设的所述演示科目的驾驶流程，生成行车轨迹，控制所述教练车按照所述行车轨迹行驶，直至所述演示科目演示完成。

7.如权利要求6所述的一种自动驾驶的教练车的控制方法，其特征在于：将所述教练车的车轮归正的具体步骤包括：

所述控制器通过读取所述教练车的行车数据得出所述车轮的转向位置数据；

将所述车轮的转向位置数据与所述车轮居中数据对比，得出所述车轮的转向位置数据的偏差值；

根据所述偏差值计算出车轮调整的方向和角度，以及根据车轮的转向角度与方向盘的转动角度的线性关系，得出方向盘的调整方向和转动角度；

根据方向盘的调整方向和转动角度向所述转向电机输出PWM波形，控制转向电机转动，将车轮归正。

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