一种园区智能车辆自动驾驶系统架构及循迹控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种园区智能车辆自动驾驶系统架构及循迹控制方法，该架构包括交换机、计算平台、底层控制器、感知设备、定位设备、通信设备和人机交互平台，人机交互平台通过通信设备向计算平台输送信息；当供电系统供电正常并完成控制系统参数初始化后，交换机与计算平台进行信息交互，计算平台用于接收人机交互平台发布的启动控制指令，并在车辆状态正常情形下，加载循迹地图信息，然后判断车辆位置与姿态信息解析是否准确，在判定为准确后，则继续判断车辆当前位置点是否在期望循迹轨迹上，在判断为“是”的情形下，则根据期望循迹轨迹和车辆当前位置计算期望转向角和期望车速，并通过串口发送到底层控制器。本发明专利技术能够实现园区智能车辆安全、可靠、低功耗的完成自动驾驶任务。低功耗的完成自动驾驶任务。低功耗的完成自动驾驶任务。

【技术实现步骤摘要】
一种园区智能车辆自动驾驶系统架构及循迹控制方法


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，特别是关于一种园区智能车辆自动驾驶系统架构及循迹控制方法。

技术介绍

[0002]园区场景具有道路环境较为简单，结构化程度高，行驶路线较为固定等特点，是智能汽车自动驾驶技术重要的且难度最小的落地应用场景。目前，园区自动驾驶技术已经成功应用于景区观光代步、仓储物流配送、园区环卫清扫等限定区域场景，加速了自动驾驶技术的落地与产业化应用。
[0003]但园区自动驾驶技术也面临着诸多挑战。在自动驾驶系统架构方面，为便于系统升级，可扩展性是自动驾驶系统架构设计需考虑的重要因素，随着自动驾驶系统感知决策算法智能化程度的不断提高，对硬件平台算力的需求也不断提高。而园区智能车辆受限于车辆体积和车辆续航里程的要求，自动驾驶系统设备的最大供电功率将受到约束，因此，为给自动驾驶系统所有设备提供稳定可靠的电力，对园区智能车辆电源系统部署提出了挑战。同时需要控制算法在完成驾驶任务的同时降低算力需求，对园区环境下实现低功耗自动驾驶提出了挑战。
[0004]目前的自动驾驶系统仅可通过全球卫星导航定位系统进行定位，而园区自动驾驶场景经常会出现因树木遮挡等原因，导致卫星定位信号较差。或者是，对于园区内无车道线的线路，摄像头车道线检测将无法支撑的自动驾驶技术继续保持循迹行驶能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种园区智能车辆自动驾驶系统架构及循迹控制方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种园区智能车辆自动驾驶系统架构，该架构包括交换机、计算平台、底层控制器、感知设备、定位设备、通信设备和人机交互平台，所述感知设备和定位设备通过所述交换机向所述计算平台输送信息；所述人机交互平台通过所述通信设备向所述计算平台输送信息；所述交换机与所述计算平台信息交互，所述底层控制器通过串口连接方式所述计算平台信息交互；
[0007]其中，所述人机交互平台包括循迹启停控制模块、循迹地图选择模块和控制模式选择模块，所述循迹启停控制模块用于发送启动或停止控制指令，循迹地图选择模块用于发送选择好的循迹地图信息加载指令，控制模式选择模块用于发送横向或纵向控制模式激活指令，当供电系统供电正常并完成控制系统参数初始化后，所述计算平台用于在接收所述启动控制指令，并在车辆状态正常情形下，加载所述循迹地图信息，然后判断车辆位置与姿态信息解析是否准确，在判定为准确后，则继续判断车辆当前位置点是否在期望循迹轨迹上，在判断为“是”的情形下，则根据期望循迹轨迹和车辆当前位置计算期望转向角和期望车速，并通过串口发送到所述底层控制器。
[0008]进一步地，所述供电系统提供彼此独立的三条供电线路，分别为上层直流供电总线、底层直流供电总线以及交流供电总线，所述供电系统包括主电源、副电源供电线路控制单元，其中，所述主电源通过车载动力源充电，所述副电源通过主电源充电，所述供电线路控制单元包括：
[0009]工作电压需求判断子单元，其用于判断工作电压需求D
V
；
[0010]用电设备工作功率需求判断子单元，其用于根据所述工作电压需求判断子单元的判定结果，以及用电设备正常工作功率需求D
P
和额定功率P1的比较结果，确定一所述供电线路，其中，P1根据所述主电源和副电源的额定功率大小进行确定。
[0011]进一步地，所述副电源依序通过上层开关和充电开关与所述主电源连接，所述上层直流供电总线中的稳压电源A和B，分别连接到所述上层开关和充电开关之间、所述副电源的输出端，所述底层直流供电总线的输入端通过下层开关连接到所述主电源与上层开关之间，所述交流供电总线的输出端与所述副电源的输出端之间设逆变器，输出220V交流电，上电顺序包括：
[0012]优先闭合下层开关，为所述底层控制器提供12V直流电；其次，启动车载动力源为主电源充电；再其次闭合上层开关为上层直流供电总线提供12V直流电，同时闭合充电开关为副电源充电；最后启动逆变器，通过交流供电总线提供220v电压。
[0013]进一步地，所述用电设备工作功率需求判断子单元在判定D
V
为12V直流的情形下，分为如下三种情形确定所述供电线路：
[0014]情形一，D
P
＜P1，所述供电线路为所述底层直流供电总线；
[0015]情形二，D
P
＜P1，所述供电线路为所述上层直流供电总线中的稳压电源A；
[0016]情形二，D
P
≥P1，所述供电线路为所述上层直流供电总线中的稳压电源B；
[0017]所述用电设备工作功率需求判断子单元在判定D
V
为220V交流的情形下，且D
P
≥P1，所述供电线路为所述交流供电总线。
[0018]进一步地，所述计算平台包括：
[0019]预瞄距离计算单元，其用于根据公式(3)，计算预瞄距离D
p
：
[0020][0021]式中，k
ρ
为曲率预瞄调节因子，k
v
车速预瞄调节因子，Con1为曲率调节因子，v为当前车速，ρ为当前路点曲率；
[0022]预瞄点选择单元，其用于根据期望循迹轨迹、车辆当前位置和D
p
，确定预瞄点；
[0023]车速控制单元，其用于根据检测到的车辆前方循迹轨迹上的障碍物情况，确定期望车速和横向转角的大小；
[0024]期望转向角计算单元，其用于根据由当前路点对应轨迹曲率决定的曲率转向角和预瞄点所决定的跟踪转向角，确定期望转向角的大小。
[0025]进一步地，根据所述感知设备检测到的车辆前方循迹轨迹上的障碍物情况进行纵向车速控制，具体包括：
[0026]无障碍物情形下，根据ρ，通过式(5)计算期望车速V
tar
：
[0027][0028]式中，k
vt
为用于保证期望车速随曲率增大而减小曲率速度调节因子，且k
vt
＞0；Con2为用于避免曲率很小时计算得到过大的目标车速的常数，其取值范围为0
‑
0.02；若V
tar_0
＞V
max
，则V
tar
＝V
max
，若|V
tar_0
‑
v|＞Δv
max
且(v+Δv
max)
＜V
max
，则V
tar
＝v+Δv
max
，否则V
tar
＝V
tar_0
，Δv
max
为v与V
tar
之间可保障乘坐舒适性的车速变化限值，v
max
为最高车速；
[0029]有障碍物情形下，根据不同的避障策略计算V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，包括交换机(1)、计算平台(2)、底层控制器(3)、感知设备(4)、定位设备(5)、通信设备(7)和人机交互平台(8)，所述感知设备(4)和定位设备(5)通过所述交换机(1)向所述计算平台(2)输送信息；所述人机交互平台(8)通过所述通信设备(7)向所述计算平台(2)输送信息；所述交换机(1)与所述计算平台(2)信息交互，所述底层控制器(3)通过串口连接方式所述计算平台(2)信息交互；其中，所述人机交互平台(8)包括循迹启停控制模块(81)、循迹地图选择模块(82)和控制模式选择模块(83)，所述循迹启停控制模块(81)用于发送启动或停止控制指令，循迹地图选择模块(82)用于发送选择好的循迹地图信息加载指令，控制模式选择模块(83)用于发送横向或纵向控制模式激活指令，当供电系统(10)供电正常并完成控制系统参数初始化后，所述计算平台(2)用于接收所述启动控制指令，并在车辆状态正常情形下，加载所述循迹地图信息，然后判断车辆位置与姿态信息解析是否准确，在判定为准确后，则继续判断车辆当前位置点是否在期望循迹轨迹上，在判断为“是”的情形下，则根据期望循迹轨迹和车辆当前位置计算期望转向角和期望车速，并通过串口发送到所述底层控制器(3)。2.如权利要求1所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，所述供电系统(10)提供彼此独立的三条供电线路，分别为上层直流供电总线、底层直流供电总线以及交流供电总线，所述供电系统(10)包括主电源(11)、副电源(12)和供电线路控制单元，其中，所述主电源(11)通过车载动力源(13)充电，所述副电源(12)通过主电源(11)充电，所述供电线路控制单元包括：工作电压需求判断子单元，其用于判断工作电压需求D
V
；用电设备工作功率需求判断子单元，其用于根据所述工作电压需求判断子单元的判定结果，以及用电设备正常工作功率需求D
P
和额定功率P1的比较结果，确定一所述供电线路，其中，P1根据所述主电源(11)和副电源(12)的额定功率大小进行确定。3.如权利要求2所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，所述副电源(12)依序通过上层开关(14)和充电开关(15)与所述主电源(11)连接，所述上层直流供电总线中的稳压电源A和B，分别连接到所述上层开关(14)和充电开关(15)之间、所述副电源(12)的输出端，所述底层直流供电总线的输入端通过下层开关(16)连接到所述主电源(11)与上层开关(14)之间，所述交流供电总线的输出端与所述副电源(12)的输出端之间设逆变器(17)，输出220V交流电，上电顺序包括：优先闭合下层开关(16)，为所述底层控制器(3)提供12V直流电；其次，启动车载动力源(13)为主电源(11)充电；再其次闭合上层开关(14)为上层直流供电总线提供12V直流电，同时闭合充电开关(15)为副电源(12)充电；最后启动逆变器(7)，通过交流供电总线提供220v电压。4.如权利要求3所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，所述用电设备工作功率需求判断子单元在判定D
V
为12V直流的情形下，分为如下三种情形确定所述供电线路：情形一，D
P
＜P1，所述供电线路为所述底层直流供电总线；情形二，D
P
＜P1，所述供电线路为所述上层直流供电总线中的稳压电源A；情形二，D
P
≥P1，所述供电线路为所述上层直流供电总线中的稳压电源B；所述用电设备工作功率需求判断子单元在判定D
V
为220V交流的情形下，且D
P
≥P1，所述
供电线路为所述交流供电总线。5.如权利要求1至4中任一项所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，所述计算平台(2)包括：预瞄距离计算单元，其用于根据公式(3)，计算预瞄距离D
p
：式中，k
ρ
为曲率预瞄调节因子，k
v
车速预瞄调节因子，Con1为曲率调节因子，v为当前车速，ρ为当前路点曲率；预瞄点选择单元，其用于根据期望循迹轨迹、车辆当前位置和D
p
，确定预瞄点；车速控制单元，其用于根据检测到的车辆前方循迹轨迹上的障碍物情况，确定期望车速的大小；期望转向角计算单元，其用于根据由当前路点对应轨迹曲率决定的曲率转向角和预瞄点所决定的跟踪转向角，确定期望转向角的大小。6.如权利要求5所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，根据所述感知设备(4)检测到的车辆前方循迹轨迹上的障碍物情况进行纵向车速控制，具体包括：无障碍物情形下，根据ρ，通过式(5)计算期望车速V
tar
：式中，k
vt
为用于保证期望车速随曲率增大而减小曲率速度调节因子，且k
vt
＞0；Con2为用于避免曲率很小时计算得到过大的目标车速的常数，其取值范围为0
‑
0.02；若V
tar_0
＞V
max
，则V
tar
＝V
max
，若|V
tar_0
‑
v|＞Δv
max
且(v+Δv
max
)＜V
max
，则V
tar
＝v+Δv
max
，否则V
tar
＝V
tar_0
，Δv
max
为v与V
tar
之间可保障乘坐舒适性的车速变化限值，v
max
为最高车速；有障碍物情形下，根据不同的避障策略计算V
tar
，具体包括：若车辆前方障碍物与车辆的距离S＞(D
b_min
+Δs)，则执行减速停车避障策略，通过式(6)计算V
tar
，为V
tar
下最短制动距离，a
max
为最大制动减速度；式中，Δs为车辆静止时与障碍物之间的最小安全距离；若S≤(D
b_min
+Δs)，则需要执行换的避障策略，根据规划的换道轨迹所对应的曲率ρ
s
，通过式(5)计算V
tar
。7.如权利要求6所述的园区智能车辆自动驾驶系统架构，其特征在于，通过式(9)，计算预瞄点所决定的跟踪转向角θ
P
：e
i
＝(1

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，王宜飞，贾立东，
申请(专利权)人：紫清智行科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：