一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統技術方案

本發明專利技術屬于無人駕駛技術領域，公開了一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統。本發明專利技術包括控制系統和車頂激光雷達，還包括前方探測微波雷達組、后方探測微波雷達以及配置在無人車車體下部的前方激光雷達組和后方激光雷達組，控制系統包括上位機和下位機，上位機實時接收各激光雷達反饋信號并解碼，然后與下位機通訊并傳輸輸入控制信號給下位機，下位機通過解碼輸入控制信號控制無人車行駛。本發明專利技術價格低廉、性價比相對較高，具有很強的實用性。

【技術實現步驟摘要】
一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統
本專利技術屬于無人駕駛
，具體涉及一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統。
技術介紹
伴隨著經濟的快速發展，汽車已經成為了人們生活中越來越重要的組成部分。駕駛員們的疏忽大意都會導致許多事故，每年在全世界交通事故中死亡的人數大約有100萬人，我國每年大概有近10萬人死于交通事故。既然駕駛員失誤百出，汽車制造商們當然要集中精力設計能確保汽車安全的系統，安全是拉動無人駕駛車需求增長的主要因素之一；其次，我國大城市里嚴重的交通阻塞讓開車并非那么美好，讓人工智能的無人車代替有人駕駛可以完全解決交通阻塞等問題；另外，糟糕的空氣狀況也是推廣無人駕駛汽車的“催化劑”。無人駕駛汽車是通過車載傳感系統感知道路環境，自動規劃行車路線并控制車輛到達預定目標的智能汽車。它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環境，并根據感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。無人駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發展的產物，也是衡量一個國家科研實力和工業水平的一個重要標志，在國防和國民經濟領域具有廣闊的應用前景。目前，無人車發展還處于起步階段，各國都相繼開始了智能無人駕駛汽車的研究。無論是何種程度的智能駕駛，第一步都是感知，也就是感知車輛周邊復雜的路況環境，在這個基礎上才能做出相應的路徑規劃和駕駛行為決策，感知傳感器的選擇是無人車成功避障的前提。常用的測距感知傳感器有：超聲波測距傳感器、紅外測距傳感器、CCD視覺系統、毫米波雷達、微波雷達和激光雷達等等。激光雷達實際上是一種工作在光學波段（特殊波段）的雷達，激光雷達屬于主動探測，不依賴于外界光照條件或目標本身的輻射特性，它只需發射自己的激光束，通過探測發射激光束的回波信號來獲取目標信息。激光波長短，可發射發散角非常小的激光束，多路徑效應小，可探測低空/超低空目標。單線激光雷達是激光雷達中的一種，由于只有一路發射和一路接收，結構相對簡單，使用也比較方便；單線激光雷達掃描周期較短，對前進方向環境的掃描速度快，角度分辨率較高，雷達本身體積較小，重量相對較輕，功耗也比較低，可靠性較高，成本相對低廉；單線激光雷達探測范圍相對較廣，能提供大量環境掃描點距離信息，可以為控制決策提供較大的方便，以上優點使得單線激光雷達成為了無人車感知未知環境的一個優先選擇。一般普通的簡易無人駕駛車結構如圖1，探測和避障系統原理如圖2。無人駕駛車由（單線或多線）激光雷達傳感器探測系統探測環境并輸送給PC機（上位機），然后PC機經過編碼處理，發送控制指令給基于單片機的下位機，單片機控制模塊經過通訊解碼后發送控制指令給直流無刷電機控制器，控制器驅動多個直流無刷電機運動；單片機控制系統根據外圍環境的變化來調節電機的速度，進而控制無人車在實際環境中的位置，實現無人車在實際工況當中的行走和避障，現有的簡易無人車控制系統均是由單個單片機控制單個單線激光雷達傳感器或多線激光雷達傳感器來實現上述功能的。但是，上述技術方案長時間運行會發現存在著諸多問題，主要有：（1）由于無人車受周圍環境不穩定因素干擾，基于單片機的控制器抗干擾能力較差，經常會出現異常，引起無人車失控。（2）現有的無人駕駛車均采用低級的DSP、ARM系列芯片，工作頻率最大才100兆赫茲左右，無法滿足無人車復雜數據的快速運算。（3）受無人車PC機性能影響，無人車的傳感器采集數據無法快速計算和儲存。（4）單線激光雷達獲取的數據為2D數據，無法區別目標的高度等信息，一些小型物體會被忽略，最終成為障礙物，單一單線激光雷達傳感器導航成為車載領域的瓶頸。（5）單一的單線激光雷達無法獲取路面信息，需要配合其它傳感器對地面信息進行讀取和判別。（6）多線激光雷達雖然可以實現2.5D或3D數據，可以判斷障礙物的高度，處理地面的信息等，但是價格相對比較昂貴，一臺64束的激光雷達售價高達70萬人民幣，無法大面積推廣使用。（7）單一的單線激光雷達無法探測到彎角、路崖等信息，需要配合其它傳感器使用才可以讀取到周圍障礙物信號或定位傳感器標志。（8）現在的無人車基本上只考慮前向探測和避障，均未考慮后方的障礙物信息，有的時候后方出現的障礙物會傷害到無人車本體，而無人車無法實現加速躲避。（9）基于單一的單線激光雷達無人車在剛啟動瞬間存在著一個探測盲區，一旦有障礙物處于盲區，易于產生交通事故。（10）基于單一的單線激光雷達無人車在實際行駛過程中也會出現探測盲區，一旦在運動過程中有障礙物進入運動盲區也會產生交通事故。（11）無論是單線激光雷達或多線激光雷達對有雨霧的天氣非常敏感，雨霧對激光雷達吸收很厲害，所以在有雨有霧的天氣，激光雷達性能會大大下降，對無人車的安全性造成較大的影響。（12）無論是單線激光雷達或多線激光雷達對有煙霧的環境非常敏感，煙霧對激光雷達吸收很厲害，所以在有煙霧的工況下，激光雷達性能會大大下降，對無人車的安全性造成較大的影響。（13）無論是單線激光雷達或多線激光雷達對有灰塵的環境非常敏感，灰塵對激光雷達吸收很厲害，所以在有灰塵的工況下，激光雷達性能會大大下降，對無人車的安全性造成較大的影響。（14）無論是單線激光雷達或多線激光雷達對有強光的天氣非常敏感，強烈的陽光有時候可以使激光雷達性能會大大下降，有時候甚至沒有信號輸出，對無人車的安全性造成較大的影響。微波是波長很短的無線電波，微波的方向性很好，速度等于光速。微波遇到障礙物立即被反射回來，可以被雷達計接收。微波雷達根據電磁波往返時間測得障礙物的距離。與紅外、激光等光學導引相比，微波穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候（大雨天除外）全天時的特點。為了滿足無人車全天候工作，現對基于DSP或ARM控制的單線激光雷達或多線激光雷達無人駕駛探測避障系統進行改進，引入全天候工作的廉價微波雷達，配合現有的高性能、高性價比的激光雷達，形成一套價格低廉、性價比相對較高的實用型無人車探測感知未知環境的傳感系統。
技術實現思路
本專利技術目的是：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統。具體地說，本專利技術是采用以下技術方案實現的，包括控制系統和車頂激光雷達，還包括前方探測微波雷達組、后方探測微波雷達以及配置在無人車車體下部的前方激光雷達組和后方激光雷達組，所述車頂激光雷達用于探測到無人車前方道路的起伏以及與前方激光雷達組一并探測無人車前方運動路徑中的障礙物情況；所述前方激光雷達組還用于探測無人車左前方和右前方運動路徑中的障礙物情況；所述后方激光雷達組用于探測無人車后方的障礙物情況；所述前方探測微波雷達組和后方探測微波雷達用于中遠距離障礙物探測；所述控制系統包括上位機和下位機，上位機實時接收各激光雷達反饋信號并解碼，然后與下位機通訊并傳輸輸入控制信號給下位機，下位機進行微波雷達測距計算并結合解碼的輸入控制信號控制無人車行駛。進一步而言，所述車頂激光雷達為1顆單線激光雷達，位于略高于車頂且與水平面近似成斜向下5~15度的車頂前部中心位置。進一步而言，所述車頂激光雷達為LMS151單線激光雷達。進一步而言，所述前方激光雷達組由3顆單線激光雷達組成，其中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，包括控制系統和車頂激光雷達，其特征在于，還包括前方探測微波雷達組、后方探測微波雷達以及配置在無人車車體下部的前方激光雷達組和后方激光雷達組，其中：所述車頂激光雷達用于探測到無人車前方道路的起伏以及與前方激光雷達組一并探測無人車前方運動路徑中的障礙物情況；所述前方激光雷達組還用于探測無人車左前方和右前方運動路徑中的障礙物情況；所述后方激光雷達組用于探測無人車后方的障礙物情況；所述前方探測微波雷達組和后方探測微波雷達用于中遠距離障礙物探測；所述控制系統包括上位機和下位機，上位機實時接收各激光雷達反饋信號并解碼，然后與下位機通訊并傳輸輸入控制信號給下位機，下位機進行微波雷達測距計算并結合解碼的輸入控制信號控制無人車行駛。

【技術特征摘要】
1.一種多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，包括控制系統和車頂激光雷達，其特征在于，還包括前方探測微波雷達組、后方探測微波雷達以及配置在無人車車體下部的前方激光雷達組和后方激光雷達組，其中：所述車頂激光雷達用于探測到無人車前方道路的起伏以及與前方激光雷達組一并探測無人車前方運動路徑中的障礙物情況；所述前方激光雷達組還用于探測無人車左前方和右前方運動路徑中的障礙物情況；所述后方激光雷達組用于探測無人車后方的障礙物情況；所述前方探測微波雷達組和后方探測微波雷達用于中遠距離障礙物探測；所述控制系統包括上位機和下位機，上位機實時接收各激光雷達反饋信號并解碼，然后與下位機通訊并傳輸輸入控制信號給下位機，下位機進行微波雷達測距計算并結合解碼的輸入控制信號控制無人車行駛。2.根據權利要求1所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述車頂激光雷達為1顆單線激光雷達，位于略高于車頂且與水平面近似成斜向下5~15度的車頂前部中心位置。3.根據權利要求2所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述車頂激光雷達為LMS151單線激光雷達。4.根據權利要求1所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述前方激光雷達組由3顆單線激光雷達組成，其中有兩顆分別位于車頭的左前部和右前部，兩者中心方向均遠離無人車前進方向有一個近似30度的夾角，剩余一顆位于兩者的中心位置，其中心方向與無人車前進方向一致。5.根據權利要求4所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述前方激光雷達組的設置高度約離地40cm。6.根據權利要求4所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述前方激光雷達組均為LMS151單線激光雷達。7.根據權利要求1所述的多傳感器融合全天候低速無人車探測避障系統，其特征在于，所述后方激光雷達組由兩顆與水平面平行的單線激光雷達組成，分別位于車尾的兩側。8.根據權利要求7...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張好明，李華京，
申請(專利權)人：江蘇若博機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32