一种双向行驶摆渡车的控制系统及双向行驶摆渡车技术方案

本发明专利技术属于汽车领域，具体涉及一种双向行驶摆渡车的控制系统及双向行驶摆渡车，包括第一摄像头模块、第二摄像头模块、第一处理模块、第二处理模块、用于检测车辆前端障碍物数据的第一障碍物检测模块、用于检测车辆后端障碍物数据第二障碍物检测模块、动力控制器以及电机驱动器；第一处理模块用于确定第一车辆行驶信息，并将第一车辆行驶信息发送到动力控制器；第二处理模块确定第二车辆行驶信息，并将第二车辆行驶信息发送到动力控制器；动力控制器生成第一车辆行驶指令、第二车辆行驶指令，并发送到电机驱动器；电机驱动器驱动对应的前轮或后轮。本发明专利技术通过控制前轮、后轮的运动，从而显著提升车辆的转向和变道灵活度。著提升车辆的转向和变道灵活度。著提升车辆的转向和变道灵活度。

【技术实现步骤摘要】
一种双向行驶摆渡车的控制系统及双向行驶摆渡车


[0001]本专利技术属于汽车领域，具体涉及一种双向行驶摆渡车的控制系统及双向行驶摆渡车。

技术介绍

[0002]无人驾驶汽车是智能汽车的一种，也称为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现自动驾驶的目的。
[0003]现有的自动驾驶技术主要依靠激光雷达和单眼摄像头进行图像识别及障碍物检测实现自动驾驶，但目前的自动驾驶只控制前轮的运动实现直线行驶、转弯等操作，该控制方式对车辆的控制效率较低。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提出一种双向行驶摆渡车的控制系统及双向行驶摆渡车。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提出一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，包括用于获取车辆前方图像的第一摄像头模块、用于获取车辆后方图像的第二摄像头模块、第一处理模块、第二处理模块、用于检测车辆前端障碍物数据的第一障碍物检测模块、用于检测车辆后端障碍物数据第二障碍物检测模块、动力控制器以及电机驱动器；
[0006]所述第一处理模块用于根据第一摄像头模块发送的车辆前方图像以及第一障碍物检测模块发送的车辆前端障碍物数据确定第一车辆行驶信息，并将第一车辆行驶信息发送到动力控制器；
[0007]所述第二处理模块用于根据第二摄像头模块发送的车辆前方图像以及第二障碍物检测模块发送的车辆后端障碍物数据确定第二车辆行驶信息，并将第二车辆行驶信息发送到动力控制器；
[0008]所述动力控制器用于根据第一车辆行驶信息、第二车辆行驶信息对应生成第一车辆行驶指令、第二车辆行驶指令，并发送到电机驱动器；
[0009]所述电机驱动器用于根据第一车辆行驶指令、第二车辆行驶指令分别驱动对应的前轮或后轮。
[0010]优选的，当车辆需要前进时，所述第一摄像头模块发送正扭矩请求给动力控制器，所述动力控制器识别到第一摄像头模块后将相应的第一车辆行驶信息分配给相应的电机驱动器，从而使车辆前进；当车辆需要后退行驶时，所述第二摄像头模块发送正扭矩请求到动力控制器，所述动力控制器识别到第二摄像头模块后将相应的第二车辆行驶信息分配给相应的电机驱动器，从而使车辆后退行驶。
[0011]优选的，在车辆前进中能量回收制动时，第一摄像头模块发送负扭矩请求，经动力控制器到电机驱动器，进行能量回收制动；在车辆后退行驶中能量回收制动时，第二摄像头模块发送负扭矩请求，经动力控制器到电机驱动器，进行能量回收制动。
[0012]优选的，第一处理模块具体用于：
[0013]将来自第一障碍物检测模块的车辆前端障碍物数据进行3D
‑
FFT处理得到极坐标图像，再通过极坐标到笛卡尔坐标的变换以及卷积特征提取得到直角坐标系的两种大小的第一特征图像；
[0014]根据与第一障碍物检测模块的联合标定参数经逆投影映射得到与第一障碍物检测模块的直角坐标系一一对应的图像，而后经卷积特征提取得到与第一特征图像同样大小的第二特征图像；
[0015]相同大小的第一特征图像和第二特征图像将作为两通道的叠加特征图经卷积核进行特征提取，输出将作为单激发探测器的输入进行目标感知；
[0016]通过卡尔曼滤波预测目标运动轨迹，结合车辆前端障碍物数据与全局路径规划确定当前的局部路径，最终确定当前车辆纵向速度与摆率；
[0017]根据当前车辆纵向速度与摆率结合车辆模型计算确定车辆驱动或制动扭矩、方向盘转角及瞬时角速度。
[0018]优选的，第二处理模块具体用于：
[0019]将来自第二障碍物检测模块的车辆后端障碍物数据进行3D
‑
FFT处理得到极坐标图像，再通过极坐标到笛卡尔坐标的变换以及卷积特征提取得到直角坐标系的两种大小的第一特征图像；
[0020]根据与第二障碍物检测模块的联合标定参数经逆投影映射得到与第二障碍物检测模块的直角坐标系一一对应的图像，而后经卷积特征提取得到与第一特征图像同样大小的第二特征图像；
[0021]相同大小的第一特征图像和第二特征图像将作为两通道的叠加特征图经卷积核进行特征提取，输出将作为单激发探测器的输入进行目标感知；
[0022]通过卡尔曼滤波预测目标运动轨迹，结合车辆前端障碍物数据与全局路径规划确定当前的局部路径，最终确定当前车辆纵向速度与摆率；
[0023]根据当前车辆纵向速度与摆率结合车辆模型计算确定车辆驱动或制动扭矩、方向盘转角及瞬时角速度。
[0024]优选的，车辆变道时，所述计算确定车辆驱动或制动扭矩包括：
[0025]获取参考速度v
ref
、纵向速度v、加速度a；
[0026]用一阶延时函数表示车辆的期望加速度a
des
与实际加速度a之间的关系为：
[0027][0028]其中K＝1为系统增益，τ为时间常数，s是拉普拉斯运算符，则连续系统的状态方程可以表示为：
[0029][0030][0031]纵向控制状态方程为：
[0032]v(k+1)＝v(k)+T
·
a(k)
[0033][0034]其中k为当前采样时刻，k+1为下个采样时刻，T为采样周期，令
[0035]ξ(k)＝[v(k) a(k)]T
[0036]控制状态方程可以表示为：
[0037][0038]纵向控制的目标是在保证车辆不发生过大的加速度和速度变化的前提下实现参考速度的精确跟踪，目标函数可以定义为：
[0039][0040]其中P，Q分别为系统控制增量的权重矩阵和系统输出量的权重矩阵，Np为预测步长，Nc为控制步长；
[0041]系统约束为：
[0042]a
des，min
≤a
des
(k+i)≤a
des，max
[0043]Δa
des，min
≤Δa
des
(k+i)≤Δa
des，max
[0044]使函数J取最小值即可得到最优的期望加速度a
des
；
[0045]车辆运行的阻力有轮胎滚动阻力F
roll
，空气阻力F
a
，坡度阻力F
grade
，阻力加速度为：
[0046][0047]当需求加速度a
des
大于
‑
a
thre
，需要施加驱动力，当需求加速度a
des
小于
‑
a
thre
需要施加制动力，为避免模式频繁切换，施加一定的迟滞，则扭矩可以表示为：
[0048][0049]优选的，车辆转弯时，所述计算方向盘转角及瞬时角速度包括：
[0050]建立包括车辆的直角坐标系，其中，A是前轴中心，B是后轴中心，C是车辆质心，β为车辆侧滑角，为车头航向角，δ
f
为前轮转向角，δ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，包括用于获取车辆前方图像的第一摄像头模块、用于获取车辆后方图像的第二摄像头模块、第一处理模块、第二处理模块、用于检测车辆前端障碍物数据的第一障碍物检测模块、用于检测车辆后端障碍物数据第二障碍物检测模块、动力控制器以及电机驱动器；所述第一处理模块用于根据第一摄像头模块发送的车辆前方图像以及第一障碍物检测模块发送的车辆前端障碍物数据确定第一车辆行驶信息，并将第一车辆行驶信息发送到动力控制器；所述第二处理模块用于根据第二摄像头模块发送的车辆前方图像以及第二障碍物检测模块发送的车辆后端障碍物数据确定第二车辆行驶信息，并将第二车辆行驶信息发送到动力控制器；所述动力控制器用于根据第一车辆行驶信息、第二车辆行驶信息对应生成第一车辆行驶指令、第二车辆行驶指令，并发送到电机驱动器；所述电机驱动器用于根据第一车辆行驶指令、第二车辆行驶指令分别驱动对应的前轮或后轮。2.根据权利要求1所述的一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，当车辆需要前进时，所述第一摄像头模块发送正扭矩请求给动力控制器，所述动力控制器识别到第一摄像头模块后将相应的第一车辆行驶信息分配给相应的电机驱动器，从而使车辆前进；当车辆需要后退行驶时，所述第二摄像头模块发送正扭矩请求到动力控制器，所述动力控制器识别到第二摄像头模块后将相应的第二车辆行驶信息分配给相应的电机驱动器，从而使车辆后退行驶。3.根据权利要求1所述的一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，在车辆前进中能量回收制动时，第一摄像头模块发送负扭矩请求，经动力控制器到电机驱动器，进行能量回收制动；在车辆后退行驶中能量回收制动时，第二摄像头模块发送负扭矩请求，经动力控制器到电机驱动器，进行能量回收制动。4.根据权利要求1所述的一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，第一处理模块具体用于：将来自第一障碍物检测模块的车辆前端障碍物数据进行3D
‑
FFT处理得到极坐标图像，再通过极坐标到笛卡尔坐标的变换以及卷积特征提取得到直角坐标系的两种大小的第一特征图像；根据与第一障碍物检测模块的联合标定参数经逆投影映射得到与第一障碍物检测模块的直角坐标系一一对应的图像，而后经卷积特征提取得到与第一特征图像同样大小的第二特征图像；相同大小的第一特征图像和第二特征图像将作为两通道的叠加特征图经卷积核进行特征提取，输出将作为单激发探测器的输入进行目标感知；通过卡尔曼滤波预测目标运动轨迹，结合车辆前端障碍物数据与全局路径规划确定当前的局部路径，最终确定当前车辆纵向速度与摆率；根据当前车辆纵向速度与摆率结合车辆模型计算确定车辆驱动或制动扭矩、方向盘转角及瞬时角速度。5.根据权利要求1所述的一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，第二处理模块
具体用于：将来自第二障碍物检测模块的车辆后端障碍物数据进行3D
‑
FFT处理得到极坐标图像，再通过极坐标到笛卡尔坐标的变换以及卷积特征提取得到直角坐标系的两种大小的第一特征图像；根据与第二障碍物检测模块的联合标定参数经逆投影映射得到与第二障碍物检测模块的直角坐标系一一对应的图像，而后经卷积特征提取得到与第一特征图像同样大小的第二特征图像；相同大小的第一特征图像和第二特征图像将作为两通道的叠加特征图经卷积核进行特征提取，输出将作为单激发探测器的输入进行目标感知；通过卡尔曼滤波预测目标运动轨迹，结合车辆前端障碍物数据与全局路径规划确定当前的局部路径，最终确定当前车辆纵向速度与摆率；根据当前车辆纵向速度与摆率结合车辆模型计算确定车辆驱动或制动扭矩、方向盘转角及瞬时角速度。6.根据权利要求1所述的一种双向行驶摆渡车的控制系统，其特征在于，车辆变道时，所述计算确定车辆驱动或制动扭矩包括：获取参考速度v
ref
、纵向速度v、加速度a；用一阶延时函数表示车辆的期望加速度a
des
与实际加速度a之间的关系为：其中K＝1为系统增益，τ为时间常数，s是拉普拉斯运算符，则连续系统的状态方程可以表示为：表示为：纵向控制状态方程为：v(k+1)＝v(k)+T
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，陈汉涛，陈珍颖，张绍丹，叶昭芳，裴俊枫，
申请(专利权)人：浙江亚太智能网联汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：