[發明專利]基于感知和自主計算定位導航的智能車導航方法

有效

• 申請號: 201610671906.5
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106325270B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 徐巖;張家赫;馬建國
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于感知和自主計算定位導航的智能車導航方法，其中，所涉及到的基于感知和自主計算定位導航的智能車導航系統包括均分別與中央處理器相連的信息儲存模塊、電機驅動模塊、定位模塊、感知模塊和交互通信模塊，所述中央處理器、驅動模塊和定位模塊用于實現智能車輛的定位導航和移動，所述感知模塊用于實現智能車輛的平穩控制，所述交互通信模塊用于實現人機交互；

所述智能車輛的轉向采用差速轉向，智能車輛的每個車輪的運動分別由獨立的電機控制，所述電機是步進電機或直流電機，每個電機的驅動均采用電機驅動模塊控制；

所述定位模塊包括至少由運動傳感裝置、測距傳感裝置、圖像傳感裝置、RFID裝置和GPS系統；每個車輪處均分別安裝有所述運動傳感裝置和測距傳感裝置，各車輪的數據采集相對獨立；所述RFID裝置包括RFID接收模塊和多個RFID發射模塊，所述RFID接收模塊設置在車輛上，多個RFID發射模塊均布置在建筑物內的不同位置；

所述感知模塊用于實現速度感知、地面感知和高度變化感知，其中：所述速度感知采用編碼盤或速度計運動傳感元件實現，用于感知車輪的轉動速度，以便實現車輛穩定性的控制和速度反饋控制；所述地面感知采用圖像傳感器或紅外傳感器實現，用于感知地面的材質和平整度；所述高度變化感知采用加速度計運動傳感器實現，從而判斷智能車輛每個車輪所在區域的路面平整狀況，從而為車輪的控制實現數據支持；

所述交互通信模塊包括通信子模塊和人機交互子模塊，其中，通信子模塊用于遠程控制端與中央處理器之間的通訊，負責傳輸任務數據和工作狀態數據，還用于在多個智能車系統之間進行交換狀態數據，以防止路線發生沖突；所述人機交互子模塊包括輸入/輸出單元，用于人工現場對智能車系統進行控制和參數的設定；

所述中央處理器用于收集其他所有模塊所采集的數據，同時向電機驅動模塊、交互通信模塊發送相應的控制信息，并通過人機交互子模塊向用戶輸出信息；

其特征在于，所述基于感知和自主計算定位導航的智能車導航方法包括以下步驟：

步驟一、廣義電子地圖的獲取：廣義電子地圖是指以電子方式存儲的用于智能車系統在室內場合實現自主定位和導航的建筑結構圖和智能車在室外場合實現自主定位和導航的電子地圖；所述電子地圖上還記載有障礙物、標志物、運動限制、路面狀況和校準點；在導航工作之前，將廣義電子地圖導入智能車系統的信息儲存模塊中，并根據廣義電子地圖與實際位置的對應關系建立絕對坐標系，以便運行時讀取與利用；

步驟二、車輛初始位置信息的獲取與定位校準，車輛初始位置信息采用GPS或RFID方法獲得，所述定位模塊中的所有傳感器進行自主計算定位，計算出車輛在一定時間內的位移及運動方向，并且間隔一定時間或距離采用GPS或RFID方法并借助外部的定位基準來修正車輛的當前位置，從而進行動態校準；與此同時，利用建筑結構圖上的障礙信息和通道信息，將智能車可能的運動方向和范圍限定在一定范圍內，并根據智能車已走過的歷史路徑信息對車輛的實時位置進行連續處理，得到智能車在一個單位時間內所在位置的可能范圍；

步驟三、獲取車輛的當前位置坐標與目標坐標：車輛的當前位置坐標通過初始位置信息和自主計算定位及動態校準的結果獲得，目標坐標根據實際需要由上層控制系統給定；

步驟四、動態規劃行駛路線：在獲得初始位置和目標位置后，在對建筑結構圖或電子地圖進行相應的標準化處理后，采用雙向A*算法、遺傳算法和神經網絡進行路線規劃，當車輛位置與預設行駛路線偏離大于2-10m時，根據當前位置坐標和目標位置坐標重新規劃路線，實現路線的動態規劃；路線規劃的策略選擇路程最短路線、最平穩路線和速度最快路線中的一種；動態規劃行駛路線實現車輛的總體行駛控制，其中，配合車輪感知實現車輛在局部區域內行駛路線控制。

2.根據權利要求1所述基于感知和自主計算定位導航的智能車導航方法，其特征在于，步驟四中，車輪感知包括車輪速度的感知、地面的感知和高度變化的感知，其中：

車輪速度的感知是根據實際轉動速度與預設速度的差異及時調整驅動信號，使實際轉動速度盡可能接近預設值，從而實現速度的閉環控制；

地面的感知是借助圖像傳感器實時采集車輛前方的圖像，交給中央處理器根據圖像處理算法進行處理，識別車輛運行前方地面是否平整，地面何材質，以便控制該系統提前采取相應的控制措施；對于不平整的地面，車輛根據不平整區域的面積和粗糙程度來決定是否繞行；根據材質的識別預估車輪與地面的摩擦系數，從而采取不同的速度控制策略；

高度變化的感知即車輪顛簸振動幅度的感知，當車輛行駛至不平整路面時，設置在車輪處的加速度計的輸出會出現劇烈的波動，據此系統采取減速處理，以減少顛簸振動對車輛的的影響，若只有部分車輪出現顛簸振動，則根據顛簸車輪的分布判斷出那邊的道路較為平整，進而引導車輛向平整的方向行駛。