一种汽车自主驾驶控制方法和一种汽车自主驾驶系统

摘要

本发明涉及一种汽车自主驾驶控制方法和一种汽车自主驾驶系统，自主驾驶系统中，主控模块采样连接视频检测装置和雷达检测装置，控制连接驱动系统和制动系统。设置若干个障碍物距离门限值，相邻两个障碍物距离门限值之间的范围对应一个速度档位；相邻两个障碍物距离门限值越大时，对应的速度档位对应的速度越高；当汽车与障碍物的距离处于某一个相邻两个障碍物距离门限值之间的范围时，汽车以不大于该某一个相邻两个障碍物距离门限值之间的范围对应的速度档位对应的速度行驶。该方法以障碍物距离门限值作为判断的核心，判断条件简单合理、简明清晰、切合实际、易于实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车自主驾驶控制方法和一种汽车自主驾驶系统，属于汽 车自主驾驶技术领域。

背景技术

随着汽车各系统电子和控制技术的发展，汽车的自主驾驶，也即无人驾驶 或智能驾驶已经日益成为汽车新的重要发展方向。自主驾驶汽车又称无人驾驶 汽车、电脑驾驶汽车或轮式移动机器人，是一种通过电脑系统实现无人驾驶的 智能汽车。汽车自动驾驶技术包括视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器来 来了解周围的交通状况，并通过一个详尽的地图对前方的道路进行导航。自主 驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作， 让电脑可以在没有任何人类主动的操作下自动安全地操作机动汽车。在目前研 制出的自主驾驶汽车中，根据与前方障碍物的距离自动控制汽车的状态，当汽 车距离前方障碍物过近时，控制系统自动控制汽车制动，以防止出现交通事故。 但是这种控制方式在控制时，只有一个障碍物距离阈值，当汽车与障碍物的距 离大于该阈值时，汽车自动驾驶，当汽车与障碍物的距离小于该阈值时，此时 汽车自动制动。这种方式虽然能够实现自动驾驶和自动制动，但是汽车在运行 时，速度的大小不能进行控制，在汽车与障碍物的距离很大时，汽车没有加到 该有的速度，造成汽车行驶效率低；或者汽车与障碍物的距离很小、但没有达 到制动距离阈值时，此时汽车还以较大的速度行驶，在制动时会造成紧急制动， 给乘客的制动感受很差。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车自主驾驶控制方法，用以解决使用现有的自 主驾驶方法不能实时对汽车进行速度调节控制的问题。本发明同时提供一种汽 车自主驾驶系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种汽车自主驾驶控制方法，设置若 干个障碍物距离门限值，相邻两个障碍物距离门限值之间的范围对应一个速度 档位；所述相邻两个障碍物距离门限值越大时，对应的速度档位对应的速度越 高；当汽车与障碍物的距离处于某一个相邻两个障碍物距离门限值之间的范围 时，汽车以不大于该某一个相邻两个障碍物距离门限值之间的范围对应的速度 档位对应的速度行驶。

所述当汽车与障碍物的距离处于某一个相邻两个障碍物距离门限值之间 的范围时，汽车以该某一个相邻两个障碍物距离门限值之间的范围对应的速度 档位对应的速度行驶；当汽车与障碍物的距离改变，并变到处于另一个相邻两 个障碍物距离门限值之间的范围时，汽车以该另一个相邻两个障碍物距离门限 值之间的范围对应的速度档位对应的速度行驶。

设置n个障碍物距离门限值：X1、X2、X3……Xn，设置n个速度档位： A1、A2、A3……An，X1与X2之间的范围对应A1，X2与X3之间的范围对 应A2，X3与X4之间的范围对应A3，……，Xn-1与Xn之间的范围对应An-1； 其中，X1＜X2＜……＜Xn，A1＜A2＜……＜An；当汽车与障碍物的距离小 于所述X1时，汽车制动。

当满足以下条件时，汽车起步：汽车与障碍物的距离大于或者等于所述 X1、且汽车在车道之中一个适合起步的位置。

汽车起步所需的条件还包括：汽车在起步时，转向角小于设定的角度门限 值。

起步油门开度越大，汽车宽度越大，则所述设定的角度门限值越小。

当汽车与障碍物的距离大于所述Xn时，汽车以An对应的速度定速行驶。

本发明的方案还包括一种实施上述汽车自主驾驶控制方法的汽车自主驾 驶系统，包括主控模块、视频检测装置、雷达检测装置、驱动系统和制动系统， 主控模块采样连接视频检测装置和雷达检测装置，控制连接所述驱动系统和制 动系统。

所述自主驾驶系统还包括转向角传感器，所述主控模块采样连接所述转向 角传感器。

所述主控模块包括以太网端口和CAN端口，所述视频检测装置和雷达检 测装置通过以太网连接以太网端口，所述驱动系统和制动系统通过CAN总线 连接CAN端口。

本发明提供的自主驾驶控制方法中，设置若干个障碍物距离门限值，相邻 两个障碍物门限值之间的范围对应一个速度档位；相邻两个障碍物门限值越大 时，对应的速度档位对应的速度越高；当汽车与障碍物的距离处于某一个相邻 两个障碍物门限值之间的范围时，汽车以不大于该某一个相邻两个障碍物门限 值之间的范围对应的速度档位对应的速度行驶。也就是说，在汽车行驶时，实 时检测与障碍物的距离，然后判断该距离处于哪一个门限值范围，根据确定处 于的范围来实时控制汽车的速度。该控制方法能够在汽车行驶时对其速度的大 小进行实时控制，当与障碍物的距离很大时，此时汽车处于一个较大的速度， 提高了汽车的行驶效率，而且，在汽车与障碍物的距离越来越小的过程中，汽 车的速度也逐渐调小，当汽车与障碍物的距离满足制动的条件时，汽车制动， 由于在制动时汽车已经不具备很大的速度，所以在制动时不会产生很大的制动 力，避免了带给乘客较差的制动感受。

而且，该方法以障碍物距离门限值作为判断的核心，判断条件简单合理、 简明清晰、切合实际、易于实现。

另外，本发明提供的汽车自主驾驶系统，通过视频检测装置和雷达检测装 置检测障碍物的距离信息，能够有效对障碍物的距离进行检测，主控模块根据 采集到的距离信息作出分析和判断，并根据相应的控制策略控制驱动系统和制 动系统，该系统能够有效进行汽车自主驾驶的控制，并且系统结构简单，复杂 度低，降低了系统的组成器件出现故障的可能性，以及在出现故障时便于系统 的维修。

附图说明

图1是汽车自主驾驶系统的原理控制图；

图2是自主驾驶控制方法中障碍物距离门限值与速度档位之间关系的示意 图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

汽车纵向运动的基础自主驾驶，其含义是：

1)汽车自主判断前方障碍情况以及车道情况，如果可起步则自行起步；

2)汽车自行加速，并根据前方障碍情况决定加速至何种速度；

3)汽车以合适的速度自行保持定速行驶；

4)汽车遇前方障碍自行减速直至停车；

5)汽车自主判断障碍的变化(是否远离、是否解除)，而后再次自行起步，加 速，定速行驶。

如图1所示为自主驾驶汽车的控制系统，包括雷达检测设备、视频检测设 备、主控模块、驱动系统和制动系统，主控模块采样连接雷达检测设备和视频 检测设备，控制连接驱动系统和制动系统。

雷达检测设备用于探测前方障碍物的距离，视频检测设备用于识别车道 线。主控模块是系统决策和控制的中枢，它是一个程序模块，可以运行在上位 机(PC机)上，也可以运行在下位机上。主控模块接收来自雷达检测设备和 视频检测设备的检测信息，同时接收来自汽车通信网络发来的关于汽车当前速 度的信息，根据决策逻辑进行决策和进行计算，然后根据计算的结果发出驱动 指令给汽车的驱动系统，和发出制动指令给汽车的制动系统，从而控制汽车进 行纵向运动。

雷达探测设备应安装在汽车前方，能够至少输出前方障碍物的距离，更好 的方式是还能够输出前方障碍物与本车的相对速度或者前方障碍物的绝对速 度。视频检测设备应当能够检测车道的信息，并能够输出检测到的车道线与本 车两侧边缘或中心线的距离以及夹角。

驱动指令可以是虚拟油门开度指令或者扭矩指令。制动指令根据制动系统 的不同有所不同：

对于可以通过电压或者电流信号控制制动力矩的汽车制动系统(如EBS 系统)，主控模块向该制动系统发送与需求制动力相应的电压或者电流信号。

对于可以通过电反拖进行制动的汽车(比如混合动力或纯电动汽车)，主 控模块向电机发送相应的扭矩指令，进行相应的制动。

对于装备有缓速器的汽车，主控模块根据需求向缓速器发送相应的档位指 令，进行缓速器制动。

对应制动气路中加装比例阀进行气压或者液压制动的汽车，主控模块可以 根据需求向比例阀发送与需求制动力相应的气压或者液压需求，进行制动。此 外，在制动气路中加装电磁开关阀体(并联或者串联)，以开闭时间比例的变 化控制制动气路气压的变化，从而控制汽车的制动力。主控模块根据需求向控 制电磁开关阀的控制器发送与制动力相应的制动力需求指令，然后控制器根据 需求向电磁阀发送一个控制PWM波来控制电磁阀的开关以使制动气路响应。

本系统的通信网络主要分为两个：

一个是驱动系统、制动系统、整车CAN网络之间的通信，这3大系统之 间以CAN网络的方式进行通信。驱动系统和制动系统的内部可以根据实际情 况进行相应的线束连接和相应的通信方式进行通信。主控模块上的CAN端口 通过CAN总线连接驱动系统和制动系统。3大系统之间的CAN网络通信可以 直接通信；也可以设计一个网关，将驱动、制动系统的信息与整车原有CAN 网络的信息通过网关进行转发。

另一个是主控模块与视频检测设备和雷达检测设备之间的通信网络。主控 模块上的以太网端口通过以太网连接视频检测设备和雷达检测设备。

主控模块同时具有以太网通信接口以及CAN通信接口，从而能够同时连 入上述的两个通信网络，进行中枢决策和控制。

也就是说，上述第二通信网络由主控模块的CAN通信接口与第一通信网 络使用CAN信号进行通信。

如图2所示，主控模块的内部逻辑设置了n个障碍物距离门限值：X1、 X2、X3……Xn，设置了n个速度档位：A1、A2、A3……An，A1档位对应的 速度值为v1、A2档位对应的速度值为v2、……An档位对应的速度值为vn， 相邻两个障碍物门限值越大时，对应的速度档位对应的速度越高，并且，A1 ＜A2＜……＜An、v1＜v2＜……＜vn、X1＜X2＜……＜Xn。

速度档位越高，对应的相邻的两个障碍物距离门限值越大，这样设定障碍 物距离门限值是为了保证行车安全和能够及时有效地进行减速和制动，在汽车 高速行驶时，汽车距离障碍物较远时就需要进行相应的减速或者制动处理，防 止由于距离过近来不及处理而造成的交通事故。

由于障碍物可以是固定不变的物体，比如说路边站牌和消防栓，也可以是 时刻移动的物体，比如说其他行驶当中的汽车。所以，在汽车起步和行驶当中， 时刻检测与障碍物之间的距离，并根据距离实时调整汽车的速度。

该自主驾驶控制方法为：

汽车起步之前，判断此时前方障碍物与汽车的距离与设定的起步距离门限 值之间的大小，以及汽车是否处在车道之中一个适合起步的位置。如果此时前 方障碍物与汽车的距离大于或者等于设定的起步距离门限值，且汽车处在车道 之中一个适合起步的位置，则控制汽车起步。这里将X1作为起步距离门限值。 汽车的起步油门开度可以自行选择，但一般以适合本汽车的驾驶员通用油门开 度进行起步。

前方障碍物与汽车的距离根据汽车本身的动力性能(加速性能)、汽车的 大小进行确定。汽车是否处在车道之中一个适合起步的位置是根据汽车的大 小、汽车的转向性能进行确定；一般来说，车道之中一个适合起步的位置是指： 首先需要汽车在车道之内，而且汽车的两侧边缘与两侧车道的距离要满足条 件，也即汽车的两侧边缘与两侧车道要有一定的距离，防止在起步时与两侧车 道内的汽车发生碰刮。

并且，本实施例中，为了进一步保证起步安全，在起步时，还必须确定此 时汽车的转向系统的转向角小于一定的门限值，例如小于10°。具体的门限值 的大小应以汽车的大小、以及汽车的起步油门开度而定。为了更加安全，在起 步时，起步油门开度越大，汽车宽度越大，则该转向角的门限值越小。油门开 度、汽车宽度和转向角的门限值之间的具体关系根据具体情况进行设置，本发 明的重点在于上述基本思路。

为得到汽车转向系统的转向角，必须在转向系统加装转向角传感器，并将 其得到的转角信号接入CAN通信网络(驱动系统、制动系统、整车CAN网络 组成的上述第一个CAN通信网络)，转向角传感器将转向角信息传输给主控模 块。

汽车在起步之后，实时判断汽车与障碍物的实际距离L处于哪两个相邻障 碍物距离门限值之间的范围。如果X1≤L＜X2时，则控制汽车以第一个速度 档位A1对应的速度值v1定速行驶；如果X2≤L＜X3时，表明汽车距离障碍 物的距离非常远，那么汽车可以进一步加速，即控制汽车增加一个速度档位行 驶，即控制汽车以第二个速度档位A2对应的速度值v2行驶；相应地，如果 X2≤L＜X3时，汽车可以加速，此时控制汽车增加两个速度档位行驶，即控制 汽车以第三个速度档位A3对应的速度值v3行驶。依次类推。当汽车由起步然 后进行加速时，根据汽车与障碍物的距离处于哪一个相邻两个障碍物门限值之 间的范围，来控制汽车以该相邻两个障碍物门限值之间的范围对应的速度档位 对应的速度行驶。另外，如果L＜X1时，表明此时汽车距离障碍物非常近， 则控制汽车制动停车。

上述是在汽车起步时就进行自主速度的控制，如果在汽车行驶过程中才由 人工控制变为自主控制，那么，当变为自主控制时，检测汽车与障碍物的距离 L处于哪一个相邻两个障碍物门限值之间的范围，确定处于的范围后，控制汽 车以该范围对应的速度档位对应的速度行驶。比如说，当变为自主控制时，汽 车的速度为v3，检测汽车与障碍物的距离L处于X5与X6之间的范围内，那 么，控制汽车改变速度，这里为加速，即汽车以A5对应的速度值v5行驶。

不管汽车是在起步时就进行自主控制驾驶，还是在行驶过程中转换为自主 控制驾驶，减速控制与加速控制的原理一样，均是：检测汽车与障碍物的距离 L处于哪一个相邻两个障碍物门限值之间的范围，确定处于的范围后，控制汽 车以该范围对应的速度档位对应的速度行驶。比如说，当汽车转变为自主驾驶 时，汽车的速度为v5，检测汽车与障碍物的距离L处于X3与X4之间的范围 内，那么，控制汽车改变速度，这里为减速，即汽车以A3对应的速度值v3 行驶。

也就是说，只要汽车在自主驾驶控制时，当汽车与障碍物的距离处于某一 个相邻两个障碍物门限值之间的范围时，汽车以该某一个相邻两个障碍物门限 值之间的范围对应的速度档位对应的速度行驶；当汽车与障碍物的距离改变， 并变到处于另一个相邻两个障碍物门限值之间的范围时，汽车以该另一个相邻 两个障碍物门限值之间的范围对应的速度档位对应的速度行驶。

另外，当汽车与障碍物的距离小于X1时，汽车制动，这里将X1理解为 制动障碍物距离门限值；而且，当汽车与障碍物的距离大于Xn时，汽车以An 对应的速度vn定速行驶。

上述情况中，汽车距离障碍物非常近时控制汽车制动停车，由于汽车在实 时判断与障碍物的距离，所以，当障碍物远去或者移除后，汽车会根据与障碍 物的距离的判断来重新起步、加速、定速等，汽车重新起步、加速、定速等的 控制方法与上述控制过程一样。

总之，本发明提供的自主驾驶控制方法中设定了若干个障碍物距离门限值 和速度档位，以障碍物距离门限值为核心，进行一系列的判断。这些判断包括： 是否可以起步、何时进行加速、何时进行定速行驶、何时进行减速及制动停车、 在停车后何时进行重新起步等。

上述实施例中，当汽车与障碍物的距离处于某一个相邻两个障碍物门限值 之间的范围时，汽车以该某一个相邻两个障碍物门限值之间的范围对应的速度 档位对应的速度行驶。作为其他的实施例，当汽车与障碍物的距离处于某一个 相邻两个障碍物门限值之间的范围时，汽车还可以以其他的速度档位对应的速 度行驶，只要该其他的速度档位不大于该某一个相邻两个障碍物门限值之间的 范围对应的速度档位即可。

上述实施例中，自主驾驶系统实施本发明提供的自主驾驶控制方法，但是， 本发明中的自主驾驶控制方法并不局限于上述自主驾驶系统。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发 明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的 教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱 离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍 落入本发明的保护范围内。