一种自动驾驶车辆路径跟踪控制系统的制作方法

1.本实用新型属于自动驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶车辆路径跟踪控制系统。


背景技术：

2.随着互联网技术、人工智能以及高精地图的快速发展和应用，极大的促进了自动驾驶车辆的发展。自动驾驶车辆具有提高行驶安全性和提高道路利用率的潜力，在未来的交通系统中具有很大的应用前景。一般来说，自动驾驶系统主要由感知、数据融合、决策、控制等部分组成。在这些功能中，路径跟踪控制是最基本的问题之一，它主要涉及到车辆横纵向控制，以保证自动驾驶车辆遵循目标路径安全舒适的行驶。横向控制又称为主动转向控制，主要通过车辆前轮主动转向消除实际车辆行驶路径和目标路径之间的偏差。纵向控制主要解决车辆行驶速度问题，保证自动驾驶车辆能够按照期望加减速或者停车。实际中为了满足更多的用户需求，路径跟踪控制系统需要集成更多的功能，以保证自动驾驶车辆的精确跟踪和行驶安全性。
3.由于道路交通环境复杂多变，自动驾驶车辆运动状态信息难以获取以及动力学非线性特性和不确定性，传感器信息和车辆各模块信息融合复杂，使得自动驾驶车辆的路径跟踪控制充满挑战。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种自动驾驶车辆路径跟踪控制系统，旨在为了更好的满足现代自动驾驶车辆路径跟踪功能的实现，以提升自动驾驶车辆路径跟踪控制的安全性。
5.为了实现本发明目的，本发明提供的一种自动驾驶车辆路径跟踪控制系统，所述路径跟踪控制系统主要包括感知模块、地图定位模块、规划模块、传感器模块、运动控制器、转角控制器、车辆纵向控制器、eps控制器、esp控制器，
6.感知模块、地图定位模块的输出端分别与规划模块的输入端连接，规划模块和传感器模块均分别和运动控制器的输入端连接，转角控制器和车辆纵向控制器的输入端均分别和运动控制器的输出端连接，eps控制器的输入端与转角控制器的输出端连接，esp控制器的输入端与车辆纵向控制器的输出端连接；
7.其中，感知模块用于获取车辆的道路环境信息；地图定位模块用于获取车辆的位置信息；规划模块用于根据道路环境信息和车辆的位置信息生成车辆的目标路径和目标车速；传感器模块用于采集车辆的运行状态信息；运动控制器用于根据标路径、目标车速和车辆的运行状态信息得到车辆的方向盘期望转角和期望车速，并输出到转角控制器和车辆纵向控制器；转角控制器用于根据方向盘期望转角得到手力扭矩请求值，车辆纵向控制器用于根据期望车速得到加速度请求值，并发送到eps控制器和esp控制器；eps控制器用于基于手力扭矩请求值控制转动方向盘，esp控制器用于基于加速度请求值控制车辆。所述的eps控制器和esp控制器分别接收来自转角控制器和车辆纵向控制发出的手力扭矩请求值和加速度请求值，通过eps控制器和esp控制器控制方向盘转动期望转角和自动驾驶车辆跟随期
望车速，最终保证车辆精确跟踪运动规划模块产生的期望路径。
8.进一步地，感知模块、地图定位模块、传感器模块、规划模块一起构成信息融合部分；运动控制器构成上位控制器；转角控制器、车辆纵向控制器、eps控制器和esp控制器构成下位控制器。
9.感知模块、地图定位模块、传感器模块、规划模块一起构成信息融合部分；运动控制器构成上位控制器；转角控制器、车辆纵向控制器、eps控制器和esp控制器构成下位控制器。
10.进一步地，感知模块包括摄像头和激光雷达，摄像头用于识别车道线，激光雷达用于识别道路中的障碍物。通过识别车辆周边道路环境形成数据，并传输给规划模块。
11.进一步地，地图定位模块包括gps定位系统和高精地图，gps定位系统用于对车辆位置进行定位。地图定位模块实时给规划模块传输车辆位置信息。
12.进一步地，规划模块包括路径规划子模块和速度规划子模块，路径规划子模块用于根据道路环境信息生成车辆的目标路径，速度规划子模块用于车辆的位置信息生成车辆的目标车速。
13.进一步地，车辆的运行状态信息包括车辆的车速信息、航向角信息和航向角速度信息。
14.进一步地，传感器模块包括车速传感器、车身姿态传感器和横摆角速度传感器，车速传感器用于实时采集车辆的车速信息，车身姿态传感器用于采集车辆的航向角信息，横摆角速度传感器用于采集车辆的航向角速度信息。
15.进一步地，车速传感器采用迈来芯速度传感器。
16.进一步地，车身姿态传感器采用bma223。
17.进一步地，横摆角速度传感器采用sm6ds3tr。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少如下：
19.本实用新型综合考虑自动驾驶车辆路径跟踪过程中的横纵向两方面的控制问题，以车辆横纵向动力学和路径跟踪运动学为基础，以规划模块和传感器模块的输入信号为依据，通过运动控制器产生横向方向盘转角请求和纵向速度请求，再分别通过方向盘转角控制器产生手力扭矩请求发送给eps控制器完成车辆转向，以及车辆纵向控制器产生加速度请求发送给 esp完成目标速度跟随，由此完成车辆路径跟踪时的横纵向控制，保证车辆精确跟踪运动规划模块产生的期望路径。
附图说明
20.图1为本实用新型自动驾驶车辆路径跟踪控制系统的结构示意图。
21.图2为本实用新型实施例提供的控制系统的工作流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对实用新型作进一步说明，以使相关领域的技术人员可以更好理解本实用新型的技术特点和创作特征，但所举实例不能作为本实用新型的限定。基于实施例，未经创造性劳动获得的其它实施例，均属于本实用新型的保护范围。
23.图1为本实用新型自动驾驶车辆路径跟踪控制系统的结构示意图，包括感知模块
1、地图定位模块2、传感器模块3、规划模块4、运动控制器5、转角控制器6、车辆纵向控制器 7、eps控制器8和esp控制器9。感知模块1包括摄像头101和激光雷达102；地图定位模块2包括gps定位系统201和高精地图202；传感器模块3包括车速传感器301(如 melexis/迈来芯速度传感器)、车身姿态传感器302(如博世bma223)和横摆角速度传感器303(st/意法sm6ds3tr)；规划模块4包括路径规划子模块401和速度规划子模块 402。
24.可以理解的是，以上给出的产品的具体型号只是一个具体的示例，在其他实施例中，也可以采用其他的型号。
25.感知模块1、地图定位模块2的输出端分别与规划模块4的信号输入端连接，规划模块 4和传感器模块3均分别和运动控制器5的信号输入端连接，转角控制器6和车辆纵向控制器7均分别和运动控制器的信号输出端连接，eps控制器8与转角控制器6的信号输出端连接，esp控制器9与车辆纵向控制器7的信号输出端连接；感知模块1、地图定位模块2、传感器模块3和规划模块4一起构成信息融合部分；运动控制器5构成上位控制器；转角控制器6、车辆纵向控制器7、eps控制器8和esp控制器9构成下位控制器。
26.感知模块1通过摄像头101和激光雷达102识别车辆周边道路环境形成数据，并传输给路径规划模块4；地图定位模块2中gps定位系统201和高精地图202实时给规划模块4传输车辆位置信息；规划模块4通过感知模块1和地图定位模块2的输入数据信息，通过路径规划子模块401和速度规划子模块402规划出目标路径和目标车速，并和运动控制器5输入端连接；传感器模块3包括车速传感器301、车身姿态传感器302和横摆角速度传感器303，分别给运动控制5实时提供车辆的车速、航向角、航向角速度信息。
27.运动控制器5以规划模块4和传感器模块3提供的信息为输入进行处理，得出方向盘期望转角和期望车速，并输出到转角控制器6和车辆纵向控制器7。
28.转角控制器6和车辆纵向控制器7接受来自运动控制器5产生的方向盘期望转角和期望车速，通过处理分别得出手力扭矩请求值和加速度请求值，并分别发送到eps控制器8和 esp控制器9。
29.本实用新型提供的系统在工作时，其控制过程如下：
30.1、车辆通过感知模块1的摄像头101和激光雷达102实时地采集车辆周围的环境信息，地图定位模块2的gps定位系统201和高精地图202实时采集车辆的位置信息，并输入到规划模块4，规划模块4通过处理生成目标路径和目标车速，并将目标路径和目标车速传输到运动控制器5。
31.2、传感器模块3实时采集车辆的车速、航向角、航向角速度信息，并传输到运动控制器5。
32.3、运动控制器5基于接收到的目标路径、目标车速、车辆的车速、航向角和航向角速度信息，通过横向动力学和路径跟踪运动学关系产生期望方向盘转角以及通过纵向动力学和运动学关系产生期望车速；
33.4、转角控制器6和车辆纵向控制器7接收到来自运动控制器5输入的期望方向盘转角和期望车速，通过处理得到手力扭矩请求值和加速度请求值；
34.5、eps控制器8接收转角控制器6输入的手力扭矩请求值，通过控制转动方向盘，将方向盘转动到期望转角；esp控制器9接收车辆纵向控制器7的加速度请求值，实现车辆减速或停车。通过同时控制自动驾驶车辆的横纵向，实现自动驾驶车辆精确跟踪规划模块产生
的期望路径和目标车速。
35.以上实施例仅说明本实用新型的技术思想和特点，旨在能够使本领域的工作人员更好的理解并实施。本实用新型的保护范围不仅限于上述实施例，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所做的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围。