[發明專利]一種利用車載脈沖激光雷達提前預測坡道坡度及坡長的系統

有效

• 申請號: 201811264792.8
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109387855B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 童哲銘;劉浩;童水光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S17/48;B60W40/076;B60W40/06;B60W40/105
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

本發明公開了一種利用車載脈沖激光雷達提前預測坡道坡度及坡長的系統，包括硬件系統和軟件系統，其中，硬件系統包括車載脈沖激光雷達、旋轉關節系統、單片機、Y型支座、車速傳感器、胎壓傳感器以及顯示器；軟件系統包括濾波模塊、脈沖激光雷達控制模塊、旋轉關節控制模塊、坡道預測模式選擇模塊、坡度坡長計算模塊以及坡度坡長數值選擇模塊；本發明可以在車輛動態工況下實現單坡道及連續坡道坡度及坡長的提前預測，準確度較高，對處理器的計算能力要求低，而且脈沖激光雷達重量輕，體積小，操作簡單，速度快。

技術領域

本發明涉及智能交通領域，具體涉及一種利用車載脈沖激光雷達提前預測坡道坡度及坡長的系統。

背景技術

坡道坡度預測是先進汽車技術中的關鍵技術之一，是智能汽車和自動駕駛技術中重要的組成部分，例如防抱死制動系統(ABS)、電子自動變速箱技術(AMT)、自適應巡航控制系統(ACC)、直接換擋變速器技術(DSG)、上坡輔助系統(HAC)以及陡坡緩降系統(HDC)中都需要準確的坡道信息。目前國內都基于多傳感器信息融合，結合相應的算法加以估計坡道的坡度。這種方法在理論上是對坡道的坡度進行實時的測量，缺點在于無法獲取坡道的坡長，同時由于傳感器數量多，造成系統的經濟成本高，穩定性差。處理器需要在短時間內處理大量不同類型的數據，實時性較差。

坡道坡度及坡長的預測是自動駕駛的關鍵技術。準確的坡道信息可以為自動變速器提供動態節油的換擋策略，提高自動變速器的坡道行駛性能。在坡道輔助系統、自動駐車功能以及電動助力轉向系統中，根據縱向坡道信息來計算駐車制動壓力以及坡道起步所需要的發動機轉矩。坡道坡度可應用于汽車前照燈自動切換系統。在電動汽車的控制策略中，如果坡道信息估計不準確，將影響動力的輸出與分配。在主動安全技術中，坡道信息被用來計算汽車的安全速度。由于卡車經常在山區工作，道路坡度將影響汽車的動力性能、燃油經濟性以及操縱穩定性。綜上所述，坡道坡度預測是先進汽車技術中的關鍵技術之一，是智能汽車和自動駕駛技術中重要的組成部分。

現有的坡道坡度測量技術包括：

(1)采用專業坡度測量儀器對道路的坡度及坡長進行測量與標定。例如有許多有關坡度測量裝置的專利，測量人員需要帶著坡度測量儀器到待測坡道實地測量后獲取坡道的坡度。此方法可以獲得準確的坡道信息，但由于現實中坡道數量多，逐一對其進行人工測量成本高，同時該方法獲得的數據難以有效傳遞到車輛的控制器中，無法滿足車輛對數據實時性的要求。

(2)基于車載的多傳感器信息融合技術估計道路的坡度。從信息來源看，一些方法完全通過CAN總線提取車載傳感器的信息，一些方法則附加傳感器來提供額外的信息，最后對傳感器的信息處理分析來估計坡道的信息。從算法的角度看，一些方法利用濾波器對坡度進行狀態估計；一些方法采用狀態觀測器來對坡度進行狀態估計；一些方法將坡度值假設為常數并使用系統辨識的方法(最少平方估計)來對坡度進行估計。這些方法可以滿足車輛對數據實時性的要求，但由于傳感器數量多，汽車高頻瞬態運動特性及行駛工況復雜性易導致傳感器信號失真，同時，復雜的算法對處理器的處理能力要求極高，整套系統成本高，穩定性差。

(3)基于汽車動力學模型估算。例如基于縱向加速度方法，基于GPS位置信息構建卡爾曼濾波器對道路坡度進行估算，基于車輪垂直載荷和懸架垂向位移的估計方法，基于整車動力學集成觀測與數據融合方法。這些方法可以滿足實時性要求，同時依靠車載傳感器獲取的數據可靠性高，系統成本較低，但是坡度觀測精度和實時性取決于選取動力模型的準確性和復雜性，動力學中的相關參數難以獲得準確的數值，復雜工況下的汽車動力學模型較為缺乏，因此基于動力學參數獲取坡道的方法原理復雜，精度較差。

現在大多數研究者對坡度的測量都集中在實時性上，但由于客觀原因，延遲明顯。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種利用脈沖激光雷達提前預測坡道坡度及坡長的系統。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：