车辆自动驾驶系统和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种车辆自动驾驶系统和车辆。


背景技术：

2.在数字矿山系统中，采用人工驾驶矿用卡车，一方面运输成本高，另一方面工作环境差，使得车辆驾驶的安全性差。因此，对矿用卡车的自动驾驶要求越来越迫切。然而，传统的自动驾驶方案不仅成本高，而且实施难度也比较大，需要对车辆、基础设施做大规模的改造；另外，控制车辆的软件系统也非常复杂。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种车辆自动驾驶系统和车辆，用以解决现有技术中车辆自动驾驶成本高和实施难度大的问题。
4.本实用新型提供一种车辆自动驾驶系统，包括：
5.导航带，布置在车辆行驶道路上；
6.多个颜色传感器，其安装于车辆底部，至少两个所述颜色传感器位于所述车辆底部的中轴线上，其余所述颜色传感器分布于所述中轴线的左右两侧，通过多个所述颜色传感器对行驶道路上所述车辆当前位置的所述导航带的颜色进行实时检测；
7.检测模块，与多个所述颜色传感器电连接，用于基于多个所述颜色传感器的检测结果，确定车辆当前位置的所述导航带的颜色以及检测到所述导航带的颜色传感器在所述车辆底部的位置；
8.参数计算模块，与所述检测模块电连接，用于基于所述检测模块确定的所述车辆当前位置的所述导航带的颜色，确定所述车辆在当前位置的设定速度，以及基于所述检测到所述导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，确定所述车辆在当前位置的偏航角；
9.参数调整模块，与所述参数计算模块电连接，用于基于所述车辆在当前位置的所述设定速度和偏航角，对所述车辆在当前位置的实时速度和实时方向进行调整。
10.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述颜色传感器为rgb颜色传感器。
11.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述参数计算模块包括一存储单元，用于存储与所述导航带的颜色相对应的设定速度。
12.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述参数计算模块包括电连接的速度计算子模块和角度计算子模块；
13.所述速度计算子模块，用于基于所述检测模块确定的所述导航带的颜色，确定所述车辆在当前位置的设定速度；
14.所述角度计算子模块，用于基于所述检测到所述导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，确定所述车辆在当前位置的偏航角。
15.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述角度计算子模块包括电连接
的位置计算单元和角度计算单元；
16.所述位置计算单元，用于基于所述检测到所述导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，确定所述车辆当前位置处的所述导航带与所述中轴线二者在水平面上的投影的位置关系；
17.所述角度计算单元，用于基于上述二者在水平面上的投影的位置关系，确定所述车辆在当前位置的偏航角。
18.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述参数调整模块包括电连接的方向调整子模块和速度调整子模块；
19.所述方向调整子模块，用于基于车辆在当前位置的实时速度对应的预设转向角速度，以及所确定的所述车辆在当前位置的偏航角，对车辆的实时方向进行调整；
20.所述速度调整子模块，用于在上述实时方向调整结束后，基于所确定的所述车辆在当前位置的设定速度，对车辆的实时速度进行调整。
21.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述导航带为车辆行驶道路上用于引导车辆进行自动驾驶的标记带，所述导航带的颜色是基于所述导航带所处的地面环境确定的。
22.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，所述导航带的颜色与道路路面的颜色有反差。
23.根据本实用新型提供的一种车辆自动驾驶系统，多个所述颜色传感器呈矩形阵列式分布，其中一列所述颜色传感器位于所述车辆底部的中轴线上，其余各列所述颜色传感器分布于所述中轴线的左右两侧。
24.本实用新型还提供一种车辆，包括前述的车辆自动驾驶系统。
25.本实用新型实施例提供的车辆自动驾驶系统和车辆，通过安装于车辆底部的多个颜色传感器对行驶道路上车辆当前位置处的导航带的颜色进行实时检测；其中，至少两个颜色传感器位于车辆底部的中轴线上，其余颜色传感器分布于中轴线的左右两侧；参数计算模块基于检测模块的判定结果确定车辆在当前位置的设定速度和偏航角，以便于参数调整模块对车辆在当前位置的实时速度和实时方向进行调整，从而实现了车辆的自动驾驶，降低了运输成本，提高了车辆驾驶的安全性，同时，易于与现有设备进行集成，实施难度较低，对现有设备的改造成本较低。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型提供的车辆自动驾驶系统的结构示意图；
28.图2为本实用新型提供的一种颜色传感器布置图；
29.图3为本实用新型提供的偏转角的示意图；
30.图4为本实用新型提供的车辆自动调整的示意图。
31.附图标记：
32.100：车辆自动驾驶系统；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
110：颜色传感器；
33.120：检测模块；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
130：参数计算模块；
34.140：参数调整模块；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1：颜色传感器a；
35.2：颜色传感器b；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3：颜色传感器c；
36.4：颜色传感器d；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5：颜色传感器e；
37.6：颜色传感器f；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
7：矿用卡车；
38.8：车道边界线；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9：导航带。
具体实施方式
39.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.大型矿山均远离市区，运输工作环境恶劣。在矿物运输过程中，卡车司机驾驶工作不仅枯燥而且存在着危险，驾驶员需要时刻关注环境的变化，尤其夜间还需要克服自身疲劳等身体局限。对于矿用卡车7的自动驾驶要求越来越迫切。
41.图1为本实用新型提供的车辆自动驾驶系统的结构示意图，如图1所示，车辆自动驾驶系统100包括：
42.导航带9，布置在车辆行驶道路上；
43.多个颜色传感器110，该多个颜色传感器110安装于车辆底部，其中，至少两个颜色传感器位于车辆底部的中轴线上，其余颜色传感器分布于中轴线的左右两侧；通过该多个颜色传感器对行驶道路上车辆当前位置处的导航带9的颜色进行实时检测；
44.检测模块120，与各颜色传感器110电连接，用于基于各颜色传感器的检测结果，确定车辆在行驶道路上当前位置处的导航带9的颜色，以及检测到该导航带9的颜色传感器在车辆底部的位置；
45.参数计算模块130，与检测模块120电连接，用于基于上述检测模块120所确定的车辆当前位置的导航带9的颜色，确定车辆在当前位置的设定速度，以及用于基于检测到导航带9的颜色传感器在车辆底部的位置，确定车辆在当前位置的偏航角；
46.参数调整模块140，与参数计算模块130电连接，用于基于车辆在当前位置的设定速度和偏航角，对车辆在当前位置的实时速度和实时方向进行调整。
47.具体地，导航带9为设置在道路上用于引导车辆进行自动驾驶的标记带。可以在车辆行驶的道路上设置一条用颜色标记的导航带9，用于引导车辆进行自动驾驶。为了提高辨识度，该导航带9的颜色与道路路面的颜色有反差。例如，大型矿山开采应用场景中，所述车辆具体为矿用卡车7，矿用卡车7一般行驶于矿区的装车平台和卸车平台之间的道路上，所述道路可以由两条车道边界线8界定。导航带9的颜色可以选择为除矿区道路路面颜色之外的一种或者多种颜色的组合。
48.本实施例中，车辆底部的中轴线沿车身长度方向延伸，车辆前轴中心与后轴中心所确定的直线。
49.检测模块120，与各颜色传感器110电连接，根据各颜色传感器110对车辆所处当前位置的道路实时检测所得的颜色信息，确定车辆当前位置的道路上导航带9的颜色，以及判定出检测到导航带9的颜色传感器110在车辆底部的位置。
50.本实施例中，车辆行驶道路上导航带9的颜色可分段区分，导航带9上不同的颜色所对应的路段的设定速度不同。导航带9的颜色可基于导航带所处的地面环境确定。通常情况下，车辆行驶过程中的速度并不是固定不变的，需要根据当前位置所处的地面环境进行改变。例如，在大型矿区中，当矿用卡车7行驶在坡道上时，应该减速慢行；当矿用卡车7行驶在平坦路面时，应当尽量以经济速度进行行驶。经济速度可以根据矿用卡车7的车速与油耗之间的关系确定的。
51.因此，在设置导航带9的颜色时，可以根据导航带9所处的地面环境进行设置，使得导航带9的颜色所表征的设定速度与通过该颜色标识的导航带9所在的路段的路况相符。例如，道路前半段的导航带用黄色进行标记，其代表的设定速度为v1，后半段用红色进行标记，其代表的设定速度为v2。
52.图2为本实用新型提供的一种颜色传感器布置图。如图2所示，6个颜色传感器在车辆底部呈2行3列矩形阵列式分布，具体地，颜色传感器a至c位于前排，以一定的间距沿一字依次排开，颜色传感器d至f位于后排，同样以一定的间距沿一字依次排开，颜色传感器b和颜色传感器e位于车辆的中轴线上，颜色传感器a和颜色传感器b所在位置的连线与中轴线平行，同样地，颜色传感器c和颜色传感器f所在位置的连线与中轴线平行。
53.例如，当车辆行驶在上述道路前半段时，若颜色传感器a和e检测到了黄色，则检测模块120确定颜色传感器a和e检测到了导航带9，且车辆当前位置处导航带9的颜色为黄色。还可以根据颜色传感器在车辆底部的分布状况，判定出检测到上述导航带9的颜色传感器a和e在车辆底部的位置。
54.设定速度为车辆行驶至当前位置时所要求的行驶速度。偏航角由车辆行驶至当前位置时所要求的行驶方向与实际行驶方向之间的差异所决定。具体地，为了便于定量化分析，根据车辆当前位置的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影的位置关系确定上述偏航角。例如，偏航角可以为车辆所处当前位置的导航带9与中轴线二者在水平面上的投影或投影所在直线之间的夹角；特别地，在上述二者在水平面上的投影平行时，偏航角可以根据车辆轴距以及上述二者在水平面上的投影之间的间距来确定。
55.参数计算模块130可以根据检测模块120检测到导航带9的颜色传感器在车辆底部的位置，可以得到导航带9的形状特征，或者导航带9相对于车辆底部中轴线的位置特征等。这些形状特征、位置特征和导航带9的颜色中的一种或者组合，可以用来表征导航信息。参数计算模块130根据这些特征，可以计算得到车辆在当前位置的设定速度和偏航角。
56.参数调整模块140，与参数计算模块130电连接，根据车辆行驶在当前位置的设定速度和偏航角，可以引导车辆对当前位置处的实时速度和实时方向进行调整，使车辆的实际行驶轨迹与导航带尽量保持一致。通过多个位置的设定速度和偏航角的有效识别，可以引导车辆始终沿着导航带9行驶，从而实现车辆的自动驾驶。
57.基于上述实施例，颜色传感器110为rgb颜色传感器。具体地，rgb(red红色，green绿色和blue蓝色)颜色传感器通过led光源和运算检测物体反射光中r、g、b波长比率，来判断检测到的颜色是否和导航带9上设定的颜色一致。
58.优选地，多个颜色传感器110可以按照矩形阵列式分布方式安装于车辆底部。另外，为了提高检测精度，及时准确地识别导航带9，以便于车辆能够按照设定速度沿导航带9在道路上行驶，可以提高用于构成检测矩阵的颜色传感器110的分布密集度，例如，多个颜色传感器110可以按照2行5列、3行3列、3行5列、5行5列和7行7列等矩形阵列在车辆底部设置。具体地，其中1列颜色传感器位于车辆底部的中轴线上，其余各列颜色传感器分布于所述中轴线的左右两侧。优选地，其余各列颜色传感器沿该中轴线左右对称布置。
59.本实用新型实施例提供的车辆自动驾驶系统100，通过安装于车辆底部的多个颜色传感器110对行驶道路上车辆当前位置处的导航带9的颜色进行实时检测；其中，至少两个颜色传感器位于车辆底部的中轴线上，其余颜色传感器分布于中轴线的左右两侧；根据各颜色传感器的检测结果，确定车辆在当前位置的设定速度和偏航角，对车辆在当前位置的实时速度和实时方向进行调整，实现了车辆的自动驾驶，降低了运输成本，提高了车辆驾驶的安全性，同时，易于与现有设备进行集成，实施难度较低，对现有设备的改造成本较低。
60.基于上述任一实施例，检测模块120、参数计算模块130和参数调整模块140可采用电缆、无线局域网和移动通信网络中的至少一种连接。
61.具体地，随着无线通信技术的发展，设备与设备之间的通信也可以采用无线连接方式。大型车辆上的设备众多，可以通过无线局域网和移动通信网络进行信息传递。无线局域网可以通过wifi或者bluetooth(蓝牙)进行构建。移动通信网络可以为4g网络或者5g网络。
62.例如，可以基于5g通信技术构建车载通信网络，为车辆上的每一控制设备分配ip地址，则检测模块120、参数计算模块130和参数调整模块140，可以通过车载通信网络进行信息传递，从而节省了大量的通信电缆，为车辆提供了可用的设备安装空间。
63.基于上述任一实施例，检测模块120、参数计算模块130和参数调整模块140采用分体式布置。
64.具体地，检测模块120、参数计算模块130和参数调整模块140可以集成式布置，也可以采用分体式布置。例如，将检测模块120靠近车辆底部布置，尽量节省各个颜色传感器110与检测模块120之间的通信电缆，减少信号传递延迟。将参数计算模块130和参数调整模块140布置在车辆驾驶室内，便于进行控制程序的装载和调试。
65.基于上述任一实施例，参数计算模块130包括电连接的速度计算子模块和角度计算子模块；
66.速度计算子模块，用于基于所述检测模块确定的车辆当前位置的导航带9的颜色，确定车辆在当前位置的设定速度；
67.角度计算子模块，用于基于检测到导航带9的颜色传感器在车辆底部的位置，确定车辆在当前位置的偏航角。
68.具体地，速度计算子模块可以根据所述检测模块确定的车辆当前位置的导航带9的颜色来确定车辆在当前位置的设定速度。例如，假定导航带9为黄色时，对应的设定速度为50千米每小时，导航带9为红色时，对应的设定速度为20千米每小时。此时，若颜色传感器检测到导航带9的颜色由黄色变为红色时，应调整当前速度为20千米每小时。
69.角度计算子模块可以根据检测到导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，确定车辆在当前位置的偏航角。例如，上述实施例中，若颜色传感器b和e检测到了导航带，则表明
车辆当前位置的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影是重合的，可以认为车辆正沿着导航带行驶，此时，车辆在当前位置的偏航角为零。若颜色传感器a和e检测到了导航带，则表明车辆当前位置的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影是相交的，可以认为车辆已经偏离导航带行驶(右偏)，此时车辆在当前位置的偏航角为上述二者在水平面上的投影的夹角。
70.基于上述任一实施例，角度计算子模块包括电连接的位置计算单元和角度计算单元；
71.位置计算单元，用于基于检测到导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，确定车辆当前位置的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影的位置关系；
72.角度计算单元，用于基于上述二者在水平面上的投影的位置关系，确定车辆在当前位置的偏航角。
73.具体地，由于各个颜色传感器在车辆底部的位置是固定的，从而，在已知检测到导航带的各颜色传感器的情况下，可以得出上述检测到导航带的各颜色传感器所在位置的连线在水平面上的投影；为了便于定量分析，上述投影可认定为车辆当前位置处的导航带在水平面上的投影；进而，位置计算单元根据检测到导航带的颜色传感器在车辆底部的位置，可以确定车辆当前位置处的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影的位置关系。所述位置关系包括平行、重合和相交。
74.若上述位置关系为相交，则表明车辆已经偏离导航带行驶，需要确定车辆在当前位置的偏航角，对车辆的行驶方向进行纠偏调整。此时，角度计算单元可以根据上述二者在水平面上的投影或投影所在直线之间的夹角，确定车辆的偏航角。优选地，参数调整模块中设定一预设角度，该预设角度可以根据车辆的安全转向性能进行确定，以确保车辆在进行行驶方向调整时不会发生侧翻或者侧滑等情况。当上述偏航角小于等于预设角度，参数调整模块可根据实时获取的偏航角对车辆的实时方向进行调整；当上述偏航角大于预设角度，考虑到安全性，参数调整模块可根据预设角度对车辆的实时方向进行初步调整，进而逐步调整车辆的行驶方向，使得车辆沿导航带的指引方向行驶。
75.若上述位置关系为平行，则同样表明车辆已经偏离导航带行驶。虽然车辆偏离了导航带，但车辆的实际行驶方向与导航带限定的车辆在当前位置所要求的行驶方向是一致的，只是位置发生了平移。此时，车辆当前位置处的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影平行。然而，车辆无法通过自身实现平移，需要通过累加偏转最终实现的平移效果。角度计算单元可以根据车辆轴距以及上述二者在水平面上的投影之间的间距来确定车辆在当前位置的偏航角。其中，车辆的轴距为车辆的前轴中心与后轴中心之间的距离。
76.图3为本实用新型提供车辆当前位置处的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影的位置关系为平行时偏航角的示意图。如图3所示，图中点h为车辆后轴中心在水平面上的投影，点h
′
为车辆前轴中心在水平面上的投影，则直线hh
′
为车辆底部的中轴线在水平面上的投影，线段hh
′
为车辆轴距l。车辆底部安装有6个颜色传感器，颜色传感器的布置位置如图2所示，且，颜色传感器b和e分别位于车辆前、后轴中心位置。颜色传感器a和d检测到的当前位置的导航带在水平面的上投影为直线jj
′
。此时，车辆需要平移使得直线hh
′
至直线jj
′
重合，线段hj为导航带在水平面上的投影与中轴线在水平面上的投影之间的间距，长度为m。图中，角h
′
hj
′
即为车辆在当前位置的偏航角θ。可以根据线段hj的长度以及
线段hh
′
的长度，求三角函数得到偏航角的具体数值。
77.基于上述任一实施例，参数调整模块包括电连接的方向调整子模块和速度调整子模块；
78.方向调整子模块，用于基于车辆在当前位置的实时速度对应的预设转向角速度以及所确定的车辆在当前位置的偏航角，对车辆的实时方向进行调整；
79.速度调整子模块，用于当实时方向调整结束后，基于所确定的车辆在当前位置的设定速度，对车辆的实时速度进行调整。
80.具体地，可以设置用于车辆安全转向的预设转向角速度，预设转向角速度与车辆行驶的实时速度一一对应，以确保车辆在当前位置的实时速度下进行转向时，按照预设转向角速度进行转向，不会发生侧翻或者侧滑等情况。
81.车辆行驶至当前位置时，方向调整子模块根据偏航角的大小和实时速度对应的预设转向角速度，可以确定对车辆的实时方向进行调整的角度调整时间。当车辆按照预设转向角速度和角度调整时间进行调整后，调整后的行驶方向与导航带的引导方向保持一致。
82.当实时方向调整结束后，速度调整子模块可以将车辆的实时速度调整为设定速度。
83.图4为本实用新型提供的车辆当前位置处的导航带与车辆底部的中轴线二者在水平面上的投影的位置关系为相交时车辆行驶方向调整示意图。如图4所示，图中点h为车辆后轴中心在水平面上的投影，点h
′
为车辆前轴中心在水平面上的投影，则直线hh
′
为车辆底部的中轴线在水平面上的投影，线段hh
′
为车辆轴距l。车辆底部安装有6个颜色传感器，颜色传感器的布置位置如图2所示，且，颜色传感器b和e分别位于车辆前、后轴中心位置。图4中，颜色传感器a和e检测到当前位置的导航带在水平面的上投影如直线hk所示，则角h
′
hk为车辆在当前位置的偏航角θ。
84.假设车辆在此时的转向圆的圆心为o，转向圆与直线hh
′
相切于点h，转向半径为r。转向圆与直线hk相交于点k。车辆在当前位置的实时速度为s，其所对应的设定转向角速度为ω。则线段hk的长度n可以用公式表示为：
85.n＝l s*θ
÷
ω
86.已知线段hk的长度l和偏航角z，可以通过数学关系求解得到圆心o的位置和转向半径为r。
87.此时，弧hk为车辆自动调整时的行走路径。
88.基于上述任一实施例，本实用新型还提供一种车辆，包括车辆自动驾驶系统。
89.具体地，车辆可以矿用卡车。该矿用卡车上安装上述实施例中的车辆自动驾驶系统。在矿区的装车平台与卸车平台间的行驶道路上，部署一条导航带。车辆自动驾驶系统可以自动识别导航带，对任一位置的实时速度和实时方向进行调整，从而实现自动驾驶。
90.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
91.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可
借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
92.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。