[發明專利]一種自動駕駛實驗AGV車輛平臺

有效

• 申請號: 202010872136.7
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112147999B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 張輝;周紹棟;張思龍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種自動駕駛實驗AGV車輛平臺，其特征在于：包括環境感知系統、定位導航系統、路徑規劃系統、控制決策系統、運動控制系統、人工接管系統與人機交互系統、數據傳輸總線、路由器、可拓展支架與電池組；

所述環境感知系統用于感知復雜交通環境的變化，通過對多傳感器的融合和數據處理，識別交通場景、道路、行人、紅綠燈、障礙物和基礎設置；

所述定位導航系統用于精準定位；定位導航系統包括GNSS天線與慣導模塊；其中,GNSS天線用來進行GNSS-RTK的差分定位；慣導模塊共有兩個GNSS天線的插口，GNSS天線的數據傳輸給慣導模塊結合使用實現更精準的定位；慣導模塊表面下方還有一個綜合的線束插口，分出多個接口與其他設備相連，具體為：慣導模塊綜合線束中的一個網線接口與路由器相連，通過路由器接收附近基站傳來的GNSS差分信息，減少定位誤差；慣導模塊綜合線束分出的另一個USB接口與工控機相連，為工控機傳輸融合GNSS天線和慣導模塊數據后的定位信息；慣導模塊綜合線束有激光雷達的授時分線束，對激光雷達進行授時，統一慣導模塊與激光雷達的同步時間；

所述路徑規劃系統為工控機內設計的路徑規劃模塊，用于在電子地圖中進行路徑規劃；

所述控制決策系統為工控機內設計的控制決策模塊，依靠工控機通過對當前車輛位置與規劃軌跡的偏差，計算控制量，從而得到車輛的目標速度與目標轉角，實現車輛的橫縱向控制，再將控制指令變為CAN報文下發給AGV電動車底盤執行；

上述工控機通過接收來自慣導模塊的定位數據、激光雷達采集的激光點云數據、相機的圖像數據、毫米波雷達的前方障礙物距離數據、超聲波雷達采集超聲波反射的距離數據、路由器的網絡數據以及車輛反饋的轉向數據和加減速數據；同時，工控機輸出指令控制車輛的轉向控制系統、油門系統和制動系統以及各個傳感器的可視化圖形界面；

所述運動控制系統用于對AGV電動車底盤進行控制；

所述人機交互系統用于工控機數據及控制指令的輸入，以及為用戶提供可視化操作界面；人機交互系統包括顯示器與鍵盤；其中，顯示器用于顯示車輛狀態和傳感器數據處理結果，包括對激光點云數據進行可視化、車道線識別結果、多目標的識別和分類、自動駕駛循跡和各個傳感器的可視化圖形界面，為使用者提供實驗結果；鍵盤用于向工控機輸入數據或控制指令的輸入，采用無線鍵盤，通過無線USB模塊與工控機相連；使用者通過鍵盤設置AGV電動車底盤數據和發送油門、制動和轉向指令，也可以過鍵盤輸入其他實驗程序代碼，操作自動駕駛實驗AGV車輛平臺的系統運行；

所述人工接管系統為遙控器，擁有控制的最高權限，在緊急情況下實現對AGV電動車底盤的一鍵接管；

所述數據傳輸總線主要用于傳輸車輛實時數據包括速度和轉向參數；數據傳輸總線發送給AGV電動車底盤的執行機構指令，反饋來自AGV電動車底盤的速度和轉角，使用者可以通過遙控器或者工控機發送控制命令控制AGV電動車底盤，反饋信號也通過數據傳輸總線反饋電機轉速、電機扭矩和故障信息；

所述路由器用于為工控機提供可移動的網絡數據；

所述電池組用于為上述設備供電；

所述可拓展支架安裝于AGV電動車底盤前部與后部的GNSS支撐架上表面固定的橫梁左右兩端，分別位于AGV電動車底盤周向四角位置，設計為可安裝各類傳感器的矩形平臺，使用者可根據自身研究工作需要增設超聲波雷達或者毫米波雷達，同時起到碰撞防護、保護車載設備受損的作用；

上述提及的AGV電動車底盤尺寸長度位于1米~1.4米，寬度0.5米~0.7米，高度不高于0.4米，質量小于40kg，最大速遞85km/h，日常實驗常規速度不大于30km/h；AGV電動車底盤包括車身、懸架、數據傳輸總線、前輪、后輪；所述前輪為轉向輪，所述后輪為驅動輪，兩個驅動輪分別由兩個驅動電機提供動力；懸架為賽車三彈簧設計，可有效抑制車輛俯仰和側傾；

AGV電動車底盤具有運動控制系統進行控制，包括速度控制系統、轉向控制系統；其中，速度控制系統包括油門系統和制動系統；油門系統通過油門機構進行執行，獨立驅動兩個驅動輪的驅動電機；制動系統通過電機減速執行；轉向控制系統，依靠轉向機構執行，直接作用于前輪；

環境感知系統包括激光雷達、相機、毫米波雷達、超聲波雷達與信息處理系統； 其中，激光雷達用來實時采集并發送周圍物體與激光雷達間的距離，在ROS系統中構建實時地圖或錄制三維數據；相機用于進行車道線檢測、車道線保持、多目標識別與分類的實驗；毫米波雷達通過發送與接收的電磁波相位差，檢測得到原始數據，通過毫米波雷達內部處理芯片與算法，得到有效目標的距離、相對速度和兩個對象的角度關系；超聲波雷達通過采集處理超聲波信號和對采集到的信號進行避障算法處理，實時檢測AGV電動車底盤前端與前方障礙物的距離；信息處理系統為工控機中設計的信息處理模塊，用于實現前述激光雷達采集數據、相機采集圖像信號、毫米波雷達采集的有效目標的距離、相對速度和兩個對象的角度關系以及超聲波雷達采集到的超聲波信號進行過處理；其中，激光雷達為線激光雷達，通過傳感器支架架設在AGV電動車底盤中部安裝的豎直設置的支架頂端，有效測量范圍可達100m，垂直測量角度為30°；激光雷達的連接線束兩端，一端接在激光雷達上，另一端接在激光雷達的分線盒上；分線盒的數據傳輸線通過以太網接口RJ45接口與工控機相連，將激光雷達采集的數據處理后發送給工控機做進一步處理；分線盒由電池組提供12V直流電壓進行供電；

相機安裝于前述AGV電動車底盤中部的豎直支架上，靠近支架頂端處分支處的傳感器支架上，使相機位于激光雷達下方；相機分辨率不小于1920*1080，支持H.264、SVC、UVC 1.5視頻編碼，相機可增設為雙目甚至三目，前瞻角能夠覆蓋前方道路；毫米波雷達安裝于車輛前端面上方，為長距離77GHz毫米波雷達；毫米波雷達通過CAN結構，以CAN報文的形式，將有效目標的距離、相對速度和兩個對象的角度關系發送給工控機；

超聲波雷達安裝于AGV電動車底盤前端面下方安裝的支架前端；GNSS天線安裝于AGV電動車底盤前部與后部的支撐架上，通過GNSS天線底部強吸力磁鐵吸附固定于支撐架頂面；慣導模塊安裝于AGV電動車底盤后軸正中心位置上方，固定于前述AGV電動車底盤后部GNSS天線所在的支撐架頂面下表面上；工控機安裝固定于AGV電動車底盤一側的平臺上；電池組安裝于AGV電動車底盤一側的安裝平臺上，位置與工控機相對。

2.如權利要求1所述一種自動駕駛實驗AGV車輛平臺，其特征在于：電池組能提供5V，12V和24V多種直流和220v交流電源輸出，24V的直流電源輸出為工控機供電，12V直流電源分別為環境感知系統的傳感器供電和4G路由器供電，220V交流電源主要為顯示器8供電，220V交流電是通過逆變器進行的轉換。