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標題: 無人駕駛導航平臺 [打印本頁]

作者: 北京太速科技 時間: 2014-11-18 16:58
標題: 無人駕駛導航平臺

無人駕駛導航平臺

作者：北京太速科技有限公司

發達國家從20世紀70年代開始研究無人駕駛汽車,目前在可行性和實用性方面走在前列的國家是美國和德國，且已經有多套系統在城市中運營和試運營，均取得了不錯的效果。我國在無人駕駛汽車的開發方面要比國外稍晚。國防科技大學從20世紀80年代開始進行該項技術研究。

無人駕駛汽車也稱作智能汽車，即環境感知、路徑規劃、行為決策、自主控制能力的智能車輛平臺。其關鍵技術主要有兩個方面:車輛定位和車輛控制技術。無人駕駛技術實現手段是在車上安裝攝像頭、雷達傳感器和激光探測器等先進的儀器，通過它們來感知公路的限速和路旁交通標志，以及周圍的車子移動情況，并只需借助地圖來導航完成車輛自動行駛。無人駕駛從某種程度上來說比人工駕駛更加安全。其GPS及數字地圖，可以確定車輛自身的位置及目的地，并規劃行車路線；雷達、計算機圖像識別、紅外傳感器等各種傳感器的使用，使得車輛可能比人類更加清楚周圍的環境情況；另外，各種伺服機構以及控制理論，可以根據周圍環境情況，可以精確控制汽車的加減速、轉彎等動作。

北京太速科技有限公司自主研發了基于DM8148的主板及其子系統，可以實現自動駕駛功能。該系統包括一個主板和多個子卡組成，主板以平板電腦的形態呈現。主板自帶8M Flash、64M*32bit DDR3\SATA硬盤、SD卡、觸摸屏、DVI輸出、HDMI輸出、音頻輸出等功能模塊。主卡主持PCIe驅動；支持千兆網絡傳輸；支持Flash 、PCI Boot引導方式；支持FPGA程序采用 Flash、DSP引導加載；通過FPGA可進行完整的 DDR3控制、網絡數據收發傳輸；DSP與FPGA的RapidIO口 EDMA可以實現理論速度達到10Gbps的同步中斷傳輸。

本系統根據超聲波檢測、激光測距、霍爾傳感器和壓力傳感器等進行避障、自動運行和緊急制動等操作，實現自動駕駛功能。系統由主板卡進行信息匯總，并最終完成自動控制。本導航系統的根據無人駕駛汽車環境感知系統收集到的環境信息，規一條從起始點到目標點的最優路徑。并以此路徑安全、高效地行駛，并且在到突發事件時能及時處理和調整導航模式。

主卡的電路圖如下所示：

該系統的子卡是一個由ADS1278為主芯片構成的AD子卡，用于接不同的傳感器和電機等。板卡通過PCIE直接與機箱連接，也可以接網絡相機。

系統的主要功能模塊如下：

1. 攝像模塊。視頻模塊主要完成視頻采集，視頻數據存儲。視頻模塊采用scA780-54gc工業智能相機，此相機的像素為780*580，相機采用CCD視頻采集芯片，具有彩色成像能力，能夠實時采集路面及周邊環境的視頻信息，并可以通過千兆以太網口將采集到的數據傳輸到控制終端。視頻采集模塊可以存儲10個小時的視頻數據信息，并具有LED開關控制，用于CCD的開關。

2. 牽引模塊。牽引模塊主要負責車輛的運行控制和安全。主要包括伺服電機控制和步進電機控制兩個功能。伺服電機控制：控制EC45伺服電機的轉動，只需設置前進速度，速度為0.1m/s。有保護機制，無法前進時停止驅動；步進電機控制：主要通過控制CTP2NLF19步進電機來調節支撐機構。

3. 位置反饋模塊。該模塊主要由壓力傳感器和霍爾傳感器組成。其中，壓力傳感器采集傳感器ELWF的壓力指示；霍爾傳感器將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。

4. 檢測模塊。檢測模塊主要由超聲檢測，激光檢測，數據存儲幾個部分組成。其中，超聲檢測數據采集采用凌華科技PCI-9812同步采樣模擬輸入卡，其性能參數為4通道12位20MS/s；激光測徑主要通過控制CTP2NLF19步進電機來控制激光測徑傳感器旋轉，激光雷達檢測安放在路邊上的定位標記來推算出車輛的實際位姿信息；數據存儲記錄超聲波數據，濕度，溫度，時間，光電碼盤，壓力傳感器，霍爾傳感器，激光測徑傳感器等信息。

5. GPS模塊。完成車輛位置信息的確定。系統預留GPS接口。并采用程輪+加速度計的方式來實現相對較高的定位精度。

溫度、濕度信息采集模塊：通過溫度濕度傳感器采集溫度濕度信息，將該信息傳送給AD子卡，最終傳送給主板。

本系統靈活性和可擴展性強，用戶可根據使用場景增加需要的傳感器，完成環境參數的采集。其應用場景大致可以分為封閉道路型、越野型及普通道路型。

其中，封閉道路型場景最顯著的特點是路線基本固定，最典型的例子就是大型工廠里用于搬運貨物，運送工件的無人駕駛小車，這種小車通常沿著固定的線路行駛，在遇到障礙物時能實現減速或停止，本系統也可以用于高速公路環境下的汽車自動駕駛檔；

圖1. 工廠無人駕駛搬運小車

圖2. 無人駕駛卡車

圖3. 高速公路上的無人駕駛檔

越野型的路行場景中，本系統可以用于軍事中，也可以用于夜間無人區域（校園，小區）的巡查車輛上，在車輛上裝上報警系統，遇到異常情況，報警信息可以傳送到監控中心，可以節省人工巡查的人力成本；

普通道路性的應用場景可以根據具體場景擴展傳感器系統，以適應相應的場景應用。

此外，此系統也可以用于城市環境下的無人駕駛系統：例如大型活動場所、公園、校園、工業園、機場等。

圖4. 機場無人駕駛汽車

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