面向城區(qū)綜合環(huán)境的無(wú)人駕駛車輛平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著城市車輛密度增高,各大城市都面臨著交通擁堵、事故多發(fā)等問(wèn)題,各政府也采取了各種措施試圖解決交通問(wèn)題,諸如搖號(hào)限行、私車牌照拍賣等。除了政策手段外,智能交通系統(tǒng)的研究等技術(shù)手段也越來(lái)越受到重視。與政策性手段不同的是,智能交通系統(tǒng)并不是著力于將道路上的車輛密度控制于安全范圍內(nèi),而是以提高道路利用率為目的的。無(wú)人駕駛車輛作為智能交通系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),更是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。無(wú)人駕駛車輛不僅可以避免車輛行駛過(guò)程中駕駛員情緒波動(dòng)及不良駕駛習(xí)慣的影

2、響,更可以將人們從旅途中解放出來(lái),提高出行體驗(yàn)的舒適度。本文以城市交通環(huán)境為實(shí)驗(yàn)背景,對(duì)于無(wú)人車輛駕駛平臺(tái)及無(wú)人駕駛車輛的定位、導(dǎo)航、環(huán)境感知等方面的技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　本文首先對(duì)于城市環(huán)境中無(wú)人駕駛車輛的需求進(jìn)行了詳細(xì)分析,并由此設(shè)計(jì)了一整套無(wú)人駕駛車輛平臺(tái)方案,包括車載電源系統(tǒng)方案、轉(zhuǎn)向、油門、剎車電控改造方案、傳感器配置方案等。車輛系統(tǒng)采用兩層結(jié)構(gòu),下位機(jī)采用工業(yè)級(jí)嵌入式控制器以保證車輛底層的穩(wěn)定性,上位機(jī)采用多臺(tái)高性能工

3、控機(jī),給車輛的環(huán)境感知提供了足夠的計(jì)算資源。為了實(shí)現(xiàn)在低速情況下車輛速度的精確測(cè)量,本文提出了一種基于霍爾傳感器的測(cè)速方案,該方案與傳統(tǒng)光電編碼器或者軟軸方案相比,具有抗震動(dòng)能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、成本低的特點(diǎn)。
　　高精度的RTK-GPS(載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分全球定位系統(tǒng)),其精度可以達(dá)到厘米級(jí),但是該技術(shù)對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量要求極高,在樓房、高架、樹(shù)木的遮擋下無(wú)法正常工作,且成本較高。高感度 GPS可在復(fù)雜的城市環(huán)境中使用,但是精度較低,

4、只有5到10米。為了滿足無(wú)人駕駛車輛對(duì)于自身定位精度的要求,本文將GPS信號(hào)與車輛航向、里程信息進(jìn)行融合,車輛航向信息通過(guò)低成本陀螺儀獲得,融合使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn),其中車輛位置預(yù)測(cè)值使用航向角與里程信息獲得,觀測(cè)值由GPS獲得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能較好彌補(bǔ)GPS信號(hào)的精度低、存在漂移等問(wèn)題,還能在兩次 GPS信號(hào)間給出四次精度較高的預(yù)測(cè)值,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,由此得到的車輛航向信息也較為準(zhǔn)確。
　　道路信息對(duì)于無(wú)人車輛行駛至

5、關(guān)重要。本文提出了一種基于多傳感器的道路檢測(cè)方法。該方法首先使用三個(gè)激光雷達(dá)對(duì)道路可通行區(qū)域進(jìn)行檢測(cè),其中水平安裝激光雷達(dá)用于檢測(cè)車輛前方的障礙物,兩個(gè)斜向安裝激光雷達(dá)用于檢測(cè)道路邊界。出于排水的考慮,實(shí)際道路橫截面常常是弧形的,本文考慮到這一點(diǎn)沒(méi)有使用線性模型而使用了二次函數(shù)模型對(duì)道路邊界進(jìn)行建模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在道路邊界點(diǎn)檢測(cè)中準(zhǔn)確率很高。在此基礎(chǔ)上,本文采用視覺(jué)方法檢測(cè)道路車道線,并與可通行區(qū)域結(jié)果進(jìn)行融合,計(jì)算車輛的行駛路徑

6、。通過(guò)實(shí)際道路的自主導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　車輛位于路口時(shí),車道線信息與道路邊界信息均不能對(duì)車輛的導(dǎo)航提供幫助。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了一種基于地圖的路口導(dǎo)航方法,該方法在傳統(tǒng)的道路矢量圖之外,引入了包含入點(diǎn)、出點(diǎn)、道路方向信息的路口地圖,根據(jù)這些信息無(wú)人駕駛車輛即可通過(guò)車輛位置及航向信息通過(guò)路口。為了提高車輛運(yùn)行的平滑性,本文還在導(dǎo)航過(guò)程中引入了虛擬目標(biāo)點(diǎn)。該方法在城市綜合環(huán)境內(nèi)的可行性也在城市道路自主導(dǎo)航試驗(yàn)中給出