專利名稱：一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛智能化技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)，是一種用于車輛道路試驗(yàn)的智能化自動(dòng)駕駛裝置。
背景技術(shù)：
在車輛試驗(yàn)領(lǐng)域，從安全角度考慮，汽車室內(nèi)實(shí)車碰撞試驗(yàn)采用假人替代真人進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。在室外道路試驗(yàn)中，需要做大量安全和可靠性試驗(yàn)，同樣存在危險(xiǎn)，如果使用自動(dòng)駕駛替代人工駕駛用于車輛道路試驗(yàn)，在車輛安全和可靠性試驗(yàn)中將會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。車輛道路試驗(yàn)用的自動(dòng)駕駛機(jī)器人是在汽車試驗(yàn)中代替真實(shí)駕駛員按預(yù)定試驗(yàn)規(guī)范對(duì)車輛進(jìn)行操縱和行駛的裝置，具有對(duì)車輛的操縱和控制準(zhǔn)確、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、試驗(yàn)效率高、重復(fù)性好和測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以代替人工駕駛安全地完成各種汽車性能考核和可靠性測(cè)試試驗(yàn)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，通常可以把車輛試驗(yàn)自動(dòng)駕駛機(jī)器人分為室內(nèi)自動(dòng)駕駛機(jī)器人和道路試驗(yàn)自動(dòng)駕駛機(jī)器人。室內(nèi)自動(dòng)駕駛機(jī)器人最典型的應(yīng)用就是汽車排放試驗(yàn)。在車輛道路試驗(yàn)方面，由于采用自動(dòng)駕駛機(jī)器人代替駕駛員，對(duì)保證駕駛員安全、提高試驗(yàn)精度和可重復(fù)性有明顯優(yōu)勢(shì)，因此它是代替人工駕駛的理想選擇。自從1994年日本小野測(cè)器株式會(huì)社研制成功世界上第一臺(tái)自動(dòng)駕駛機(jī)器人以來(lái)，德國(guó)SCHENCK公司、STAHLE公司、大眾汽車公司，英國(guó)MIRA公司、Froude Consine公司、 Anthony Best Dynamics公司以及美國(guó)克萊斯勒公司都研制出用于汽車性能試驗(yàn)用的自動(dòng)駕駛機(jī)器人。在國(guó)內(nèi)，東南大學(xué)與躍進(jìn)集團(tuán)技術(shù)中心聯(lián)合研制成功的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 DNC-I、DNC-II型自動(dòng)駕駛機(jī)器人。這些駕駛機(jī)器人屬于室內(nèi)自動(dòng)駕駛機(jī)器人，對(duì)車輛控制不需要考慮高速行車的安全問(wèn)題、道路環(huán)境識(shí)別問(wèn)題和復(fù)雜道路運(yùn)行工況的控制問(wèn)題。下面列出自動(dòng)駕駛機(jī)器人的相關(guān)發(fā)明1)發(fā)明CN 100495274C大型工程車輛自動(dòng)駕駛控制方法及系統(tǒng)，主要通過(guò)攝像機(jī)識(shí)別路面標(biāo)志線，然后對(duì)車輛進(jìn)行方向的控制，該運(yùn)輸車輛為大型工程車，運(yùn)行速度慢，不用考慮高速工況下的行車安全，另外該發(fā)明中環(huán)境簡(jiǎn)單、工程車輛運(yùn)行工況單一。2)發(fā)明CN 100449443C—種汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，通過(guò)在道路中安裝導(dǎo)軌引導(dǎo)車倆，直接使用路邊的發(fā)光設(shè)備進(jìn)行位置識(shí)別，不對(duì)環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，該發(fā)明必須在安裝有導(dǎo)軌的固定線路上行駛。3)發(fā)明CN 101667015A汽車駕駛機(jī)器人的車速跟蹤模糊控制方法，該發(fā)明是用于車輛室內(nèi)駕駛的機(jī)器人的速度控制，沒(méi)有涉及到車輛安全控制等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，替代人工駕駛進(jìn)行車輛的道路試驗(yàn)，其能滿足車輛道路試驗(yàn)高速高精度的駕駛需求，且能提高車輛道路試驗(yàn)的效率和安全性。
一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，其特征在于包括執(zhí)行單元、環(huán)境感知單元、車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元、用戶交互單元和控制單元用戶交互單元。其中，執(zhí)行單元包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿和底座；其中，底座為矩形框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在車輛中的駕駛座位上；底座的前后兩側(cè)邊間安裝有換擋機(jī)械手，底座上方安裝有轉(zhuǎn)向機(jī)械手、底座的前部安裝有制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿。所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手包括固定板、可調(diào)支架、方向盤機(jī)械抓手、轉(zhuǎn)向電機(jī)以及電機(jī)夾具；可調(diào)支架為桿狀結(jié)構(gòu)，一端鉸接在固定板上，另一端與電機(jī)夾具鉸接；電機(jī)夾具中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)電機(jī)夾具夾緊固定；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出端朝向底座的前方，輸出端上連接有行星減速器，行星減速器的輸出端固定有方向盤機(jī)械抓手，方向盤機(jī)械抓手與車輛方向盤固定安裝；所述固定板與底座前后側(cè)邊垂直滑動(dòng)連接。通過(guò)固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)、可調(diào)支架與固定板的鉸接、可調(diào)支架與電機(jī)夾具的鉸接，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手在車上安裝位置和安裝角度的可調(diào)，從而適應(yīng)不同類型的車輛。所述換擋機(jī)械手包括換擋抓手、滾珠絲杠、換擋電機(jī)；換擋電機(jī)固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)位于底座后部側(cè)邊處，滾珠絲杠上套接有一個(gè)支承架，支承架固定在支撐板上；滾珠絲杠的一端與換擋電機(jī)的輸出軸連接；滾珠絲杠上螺紋套接有絲杠螺母A，絲杠螺母A與螺紋套接在滾珠絲杠上的換擋抓手連接桿固連；底座側(cè)邊上開(kāi)有橫向滑道，換擋抓手連接桿穿過(guò)橫向滑道與換擋抓手固連；換擋抓手與車輛的換擋桿固連。所述制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿結(jié)構(gòu)完全相同，均包括機(jī)器腿、制動(dòng)踏板連接件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)絲杠以及安裝板；其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠上套接有支架；支架固定在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接；驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接有滑塊；機(jī)器腿為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠上的滑塊鉸接，滑塊與驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接的絲杠螺母B固定；機(jī)器腿的另一端與踏板連接件鉸接，通過(guò)踏板連接件與車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板或油門踏板固定；所述安裝板與底座前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接，使固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)。機(jī)器腿設(shè)計(jì)為多段，各段間采用螺紋連接，通過(guò)調(diào)節(jié)各段間螺紋連接的長(zhǎng)度，來(lái)調(diào)整機(jī)器腿的長(zhǎng)度，從而適應(yīng)不同車輛。所述接滑塊的一側(cè)設(shè)置有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)與安裝板固定，光電開(kāi)關(guān)與滑塊間設(shè)置有遮光片，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)的通斷判斷車輛內(nèi)制動(dòng)踏板是否位于初始位置。所述環(huán)境感知單元主要用于檢測(cè)試驗(yàn)車輛的運(yùn)行環(huán)境，包括差分GPS和CXD攝像頭；其中，差分GPS安裝在車輛上，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛位置信息；CCD攝像頭安裝在車輛前部，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取道路視頻信息。所述車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，包括車速傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器及位置反饋傳感器；其中，車速傳感器安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛速度信息；側(cè)向加速度傳感器與橫擺角速度傳感器均安裝在車輛的質(zhì)心處，分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛的側(cè)向加速度與車輛的橫擺角速度；所述位置反饋傳感器有四個(gè)，分別安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿上，且分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度、換擋桿的位移、制動(dòng)踏板位移以及油門踏板位移。所述用戶交互單元用于在進(jìn)行道路試驗(yàn)前，用戶進(jìn)行試驗(yàn)類型的設(shè)定，并且根據(jù)所設(shè)定的試驗(yàn)類型，進(jìn)行車輛行駛線路、車速、行駛距離、以及車輛與車道中心線的偏離誤差的允許值設(shè)定。所述控制單元主要包括駕駛控制單元和安全控制單元；駕駛控制單元對(duì)執(zhí)行單元中各個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，從而通過(guò)執(zhí)行單元控制車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的運(yùn)行控制。當(dāng)用戶在用戶交互單元中預(yù)設(shè)車輛行駛線路時(shí)，駕駛控制單元將從用戶交互單元中提取預(yù)設(shè)的車輛行駛線路及車速，與由差分GPS采集的車輛的位置信息以及由車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元中提取的車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，從而控制執(zhí)行單元對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)、 加速、轉(zhuǎn)向操作，使車輛按照預(yù)設(shè)的行駛路線行駛。當(dāng)用戶沒(méi)有在用戶交互單元中預(yù)設(shè)的車輛行駛線路時(shí)，駕駛控制單元通過(guò)CCD攝像頭采集道路視頻信息，對(duì)視頻進(jìn)行處理，提取車道線信息，并根據(jù)車輛在車道線的位置和車道線與車輛行駛方向的夾角，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)對(duì)車輛的方向進(jìn)行控制，確保車輛能夠跟蹤車道線。安全控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車輛狀態(tài)估算，判斷車輛是否有發(fā)生危險(xiǎn)狀況的可能，若有發(fā)生危險(xiǎn)的可能，則安全控制單元向執(zhí)行控制單元發(fā)送危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，駕駛控制單元接收到此危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)后控制執(zhí)行單元操控車輛行駛在安全范圍。安全控制單元從車輛自身的故障診斷接口提取車輛的故障信息，當(dāng)車輛有故障發(fā)生時(shí)，能夠控制執(zhí)行單元對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)；安全控制單元與駕駛控制單元保持實(shí)時(shí)通信，當(dāng)駕駛控制單元與安全控制單元中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，則通信中斷，此時(shí)由另一個(gè)來(lái)控制執(zhí)行單元1進(jìn)行制動(dòng)操作，保證車輛安全停車。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明自動(dòng)駕駛機(jī)器人，可以代替人工駕駛完成各種汽車道路試驗(yàn)，控制準(zhǔn)確、 持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、試驗(yàn)效率高和重復(fù)性好；2、本發(fā)明自動(dòng)駕駛機(jī)器人采用雙控制器方式，兩個(gè)控制器實(shí)時(shí)通信，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)能夠正常工作，確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全；3、本發(fā)明的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，無(wú)需改裝車輛，且適用于不同的車型。


器
圖1為本發(fā)明自動(dòng)駕駛機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明自動(dòng)駕駛機(jī)器人中執(zhí)行單元結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為執(zhí)行單元中制動(dòng)機(jī)械腿或油門機(jī)械腿示意圖。 圖中
1-執(zhí)行單元2-環(huán)境感知單元3-車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元 5控制單元 101-轉(zhuǎn)向機(jī)械手 102-換擋機(jī)械手 104-油門機(jī)械腿 105-底座1011-固定板
4-用戶交互單元 103-制動(dòng)機(jī)械腿 1012-可調(diào)支架
1013-方向盤機(jī)械抓手
1014-轉(zhuǎn)向電機(jī) 1015-電機(jī)夾具 1016-行星減速
1021-換擋抓手 1025-絲杠螺母A
1022-滾珠絲杠 1023-換擋電機(jī) 1024-支承架 1026-換擋抓手連接桿1031-機(jī)器腿
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1032-制動(dòng)踏板連接件1033-驅(qū)動(dòng)電機(jī)1034-驅(qū)動(dòng)絲杠1035-安裝板 1036-支架1037-滑塊 1038-絲杠螺母B1039-光電開(kāi)關(guān) 1030-遮光片201-差分GPS 202-CDD攝像頭301-車速傳感器及橫擺302-側(cè)向加速度傳感器 303-橫擺角速度傳感器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，設(shè)置在車輛內(nèi)部，包括執(zhí)行單元1、環(huán)境感知單元2、車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元3、用戶交互單元4和控制單元5用戶交互單元4，如圖1所示。如圖2所示，其中，執(zhí)行單元1包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手101、換擋機(jī)械手102、制動(dòng)機(jī)械腿 103、油門機(jī)械腿104和底座105。其中，底座105為矩形框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在車輛中的駕駛座位上，用來(lái)作為制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104的固定基座。底座105的前后兩側(cè)邊間安裝有換擋機(jī)械手102，底座105上方安裝有轉(zhuǎn)向機(jī)械手101、底座105的前部安裝有制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104。所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手101包括固定板1011、可調(diào)支架1012、方向盤機(jī)械抓手1013、轉(zhuǎn)向電機(jī)1014以及電機(jī)夾具1015。其中，可調(diào)支架1012為桿狀結(jié)構(gòu)，一端鉸接在固定板1011 上，另一端與電機(jī)夾具1015鉸接。電機(jī)夾具1015中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)1014，轉(zhuǎn)向電機(jī)1014 通過(guò)電機(jī)夾具1015夾緊固定。轉(zhuǎn)向電機(jī)1014A的輸出端朝向底座105的前方，輸出端上連接有行星減速器1016，行星減速器1016的輸出端固定有板狀方向盤機(jī)械抓手1013，方向盤機(jī)械抓手1013用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手101與車輛方向盤間的固定。所述固定板1011與底座 105前后側(cè)邊垂直滑動(dòng)連接，由此使固定板1011可在底座105前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)，使方向盤機(jī)械抓手1013的位置可在底座105上左右調(diào)節(jié)，由此便于方向盤機(jī)械抓手1013的安裝。 通過(guò)固定板1011在底座1015前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)、可調(diào)支架1012與固定板1011的鉸接、 可調(diào)支架1012與電機(jī)夾具1015的鉸接，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)械手1013在車上安裝位置和安裝角度的可調(diào)，從而適應(yīng)不同的車輛。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)整可調(diào)支架1012與電機(jī)夾具 1015的位置，來(lái)將方向盤機(jī)械抓手1013與車輛方向盤固定，由此通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)1014的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)行星減速器1016進(jìn)行減速增矩，帶動(dòng)車輛方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)控制轉(zhuǎn)向電機(jī) 1014的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，從而控制車輛方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度。所述換擋機(jī)械手102包括換擋抓手1021、滾珠絲杠1022、換擋電機(jī)1023。換擋電機(jī)1023固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座105前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)1023 位于底座105后部側(cè)邊處，滾珠絲杠1022上套接有一個(gè)支承架1024，支承架IOM固定在支撐板上，通過(guò)支承架IOM使?jié)L珠絲杠1022與支撐板相對(duì)定位，且滾珠絲杠1022可在支承架IOM中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠絲杠1022的一端通過(guò)聯(lián)軸器A與換擋電機(jī)1023的輸出軸連接。滾珠絲杠1022上螺紋套接有絲杠螺母A1025，絲杠螺母A1025可在滾珠絲杠1022軸向上移動(dòng)塊，絲杠螺母A1025與螺紋套接在滾珠絲杠1022上的換擋抓手10 換擋抓手連接桿10 固連。底座105側(cè)邊上開(kāi)有橫向滑道，換擋抓手連接桿10 穿過(guò)橫向滑道與換擋抓手1021固連。換擋抓手1021用來(lái)抓緊車輛的換擋桿。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，換擋電機(jī)1023的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠1022轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可使換擋抓手連接桿10 在橫向滑道中沿滾珠絲杠1022的軸線運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)換擋抓手1021共同運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)控制換擋電機(jī)1023的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，來(lái)控制換擋抓手1021的位置和速度，使換擋抓手1021帶動(dòng)車輛中的換擋桿實(shí)現(xiàn)換擋操作。本發(fā)明主要用于裝有自動(dòng)變速器車輛的自動(dòng)駕駛，所以不需要對(duì)離合器進(jìn)行控制，換擋機(jī)械手的控制有三個(gè)檔位，分別是停車擋、倒車檔和前進(jìn)擋。所述制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104結(jié)構(gòu)完全相同，如圖3所示，均包括機(jī)器腿 1031、制動(dòng)踏板連接件1032、驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033、驅(qū)動(dòng)絲杠1034以及安裝板1035。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033固定安裝在安裝板1035上。驅(qū)動(dòng)絲杠1034兩端均套接有一個(gè)支架1036，驅(qū)動(dòng)絲杠 1034可在兩個(gè)支架1036中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)支架1036固定在安裝板1035上，通過(guò)兩個(gè)支架 1036使驅(qū)動(dòng)絲杠1034與安裝板1035相對(duì)定位。驅(qū)動(dòng)絲杠1034的一端通過(guò)聯(lián)軸器B與驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033的輸出軸連接。驅(qū)動(dòng)絲杠1034上螺紋套接有滑塊1037，滑塊1037可在驅(qū)動(dòng)絲杠1034軸向上移動(dòng)。機(jī)器腿1031為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿1031的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠1034上的滑塊1037鉸接，滑塊1037與驅(qū)動(dòng)絲杠1034上螺紋套接的絲杠螺母B固定。機(jī)器腿1031 的另一端與制動(dòng)踏板連接件1032鉸接，通過(guò)制動(dòng)踏板連接件1032與車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板固定。所述安裝板1035與底座105前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接，使安裝板1035可在底座105前方側(cè)邊上左右滑動(dòng)，由此使制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104的左右位置可進(jìn)行調(diào)節(jié)，便于制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104與車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板、油門踏板間的安裝。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠1034與驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033的輸出軸共同同心順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母帶動(dòng)滑塊1037在驅(qū)動(dòng)絲杠1034上下運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)滑塊1037帶動(dòng)機(jī)器腿 1031上下運(yùn)動(dòng)，最終可通過(guò)機(jī)器腿1031帶動(dòng)車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板或油門踏板轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使執(zhí)行單元1在每次啟動(dòng)時(shí)，車輛內(nèi)制動(dòng)踏板與油門踏板均位于初始位置(即車輛行進(jìn)中機(jī)器腿1031未對(duì)制動(dòng)踏板與油門踏板進(jìn)行任何操作時(shí)，制動(dòng)踏板與油門踏板所在位置)，因此在機(jī)器腿1031未對(duì)車輛內(nèi)制動(dòng)踏板與油門踏板進(jìn)行任何操作時(shí)，在滑塊1037的一側(cè)設(shè)置光電開(kāi)關(guān)1039，光電開(kāi)關(guān)1039與安裝板1035固定，并在光電開(kāi)關(guān)1039與滑塊1037間設(shè)置遮光片1030，由此即可通過(guò)光電開(kāi)關(guān)1039的通斷判斷車輛內(nèi)制動(dòng)踏板是否位于初始位置。本發(fā)明執(zhí)行單元1中為了能夠根據(jù)不同車型內(nèi)的座椅高度、制動(dòng)踏板距座椅位置的差距進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此將機(jī)器腿1031設(shè)計(jì)為η段，各段間采用螺紋連接，由此可通過(guò)調(diào)節(jié)各段間螺紋連接的深度，來(lái)調(diào)整機(jī)器腿1031的長(zhǎng)度，其中，η為正整數(shù)。執(zhí)行單元上述執(zhí)行單元中的轉(zhuǎn)向電機(jī)1014、換擋電機(jī)1023以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)1033均為交流伺服電機(jī)，由此使執(zhí)行單元1運(yùn)動(dòng)速度和角度可控、控制精度高、速度響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)。如圖1所示，所述環(huán)境感知單元2主要用于檢測(cè)試驗(yàn)車輛的運(yùn)行環(huán)境，包括差分 GPS201和CXD攝像頭202。其中，差分GPS201安裝在車輛上，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛位置信息， 其定位精度小于0. 2m，數(shù)據(jù)頻率大于IOHz ；CCD攝像頭202安裝在車輛前部，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取道路視頻信息，其圖像為30幀/秒，分辨率為600X480像素。在本發(fā)明使用過(guò)程中，車道線使用夜光標(biāo)志，使CXD攝像頭202在一般的光照條件下能夠獲取車道線視頻信息。所述車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元3用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，包括車速傳感器 301、側(cè)向加速度傳感器302及橫擺角速度傳感器303。其中，車速傳感器301安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取各車輪輪速的信息；車速傳感器301輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)。側(cè)向加速度傳感器302與橫擺角速度傳感器303均安裝在車輛的質(zhì)心處，分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛的
8側(cè)向加速度與橫擺角速度。所述位置反饋傳感有四個(gè)，分別安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)械手101、換擋機(jī)械手102、制動(dòng)機(jī)械腿103與油門機(jī)械腿104上，分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度、換擋桿的位移、制動(dòng)踏板位移以及油門踏板位移。所述用戶交互單元4主要用于在本發(fā)明自動(dòng)駕駛機(jī)器人進(jìn)行道路試驗(yàn)前，用戶對(duì)自動(dòng)駕駛機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)類型(如軌跡跟蹤試驗(yàn)，制動(dòng)試驗(yàn)，加減速試驗(yàn)，圓周轉(zhuǎn)向試驗(yàn)等)的設(shè)定，并且根據(jù)所設(shè)定的試驗(yàn)類型，進(jìn)行車輛行駛線路、車速、行駛距離、以及車輛與車道中心線的偏離誤差允許值的設(shè)定。所述控制單元5主要包括駕駛控制單元501和安全控制單元502。其中，駕駛控制單元501主要對(duì)執(zhí)行單元1中各個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，從而通過(guò)執(zhí)行單元1控制車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的運(yùn)行控制。當(dāng)用戶在用戶交互單元4中預(yù)設(shè)的車輛行駛線路時(shí)，駕駛控制單元501將從用戶交互單元4中提取的預(yù)設(shè)車輛行駛線路及車速，與由差分GPS201中采集的車輛的位置信息以及由車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元3中提取的車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，從而控制執(zhí)行單元 1對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)、加速、轉(zhuǎn)向操作，使車輛按照預(yù)設(shè)的行駛路線行駛，對(duì)執(zhí)行單元1發(fā)出制動(dòng)、加速、轉(zhuǎn)向等駕駛操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛自動(dòng)駕駛。當(dāng)用戶沒(méi)有在用戶交互單元4中預(yù)設(shè)的車輛行駛線路的情況下，駕駛控制單元501通過(guò)CXD攝像頭202采集的道路視頻信息， 對(duì)視頻進(jìn)行處理，提取車道線信息，并根據(jù)車輛在車道線的位置和車道線與車輛行駛方向的夾角，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)1中的伺服電機(jī)對(duì)車輛的方向進(jìn)行控制，確保車輛能夠跟蹤車道線。所述安全控制單元采集差分GPS201和CXD攝像頭202獲取的車輛位置信息與車道線信息，當(dāng)差分GPS201或CXD攝像頭202中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，安全控制單元502控制執(zhí)行單元1對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)操。安全控制單元502實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車輛狀態(tài)估算，判斷車輛是否會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)狀況，若有發(fā)生危險(xiǎn)的可能，則安全控制單元502向執(zhí)行控制單元501發(fā)送危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，駕駛控制單元501接收到此危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)后控制執(zhí)行單元1操控車輛行駛在安全范圍。安全控制單元502從車輛自身的故障診斷接口提取車輛的故障信息，當(dāng)車輛有故障發(fā)生時(shí)，能夠控制執(zhí)行單元1對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)。安全控制單元502與駕駛控制單元501保持實(shí)時(shí)通信，當(dāng)駕駛控制單元501與安全控制單元502中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，則通信中斷，此時(shí)由另一個(gè)來(lái)控制執(zhí)行單元1進(jìn)行制動(dòng)操作，保證車輛安全停車。
權(quán)利要求
1. 一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，其特征在于包括執(zhí)行單元、環(huán)境感知單元、車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元、用戶交互單元和控制單元；其中，執(zhí)行單元包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿、油門機(jī)械腿和底座；其中， 底座為矩形框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在車輛中的駕駛座位上；底座的前后兩側(cè)邊間安裝有換擋機(jī)械手，底座上方安裝有轉(zhuǎn)向機(jī)械手、底座的前部安裝有制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿；所述轉(zhuǎn)向機(jī)械手包括固定板、可調(diào)支架、方向盤機(jī)械抓手、轉(zhuǎn)向電機(jī)以及電機(jī)夾具；可調(diào)支架為桿狀結(jié)構(gòu)，一端鉸接在固定板上，另一端與電機(jī)夾具鉸接；電機(jī)夾具中設(shè)置有轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過(guò)電機(jī)夾具夾緊固定；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出端朝向底座的前方，輸出端上連接有行星減速器，行星減速器的輸出端固定有方向盤機(jī)械抓手，方向盤機(jī)械抓手與車輛方向盤固定安裝；所述固定板與底座前后側(cè)邊垂直滑動(dòng)連接，使固定板在底座前后側(cè)邊間左右滑動(dòng)。所述換擋機(jī)械手包括換擋抓手、滾珠絲杠、換擋電機(jī)；換擋電機(jī)固定安裝在一支撐板上，支撐板水平固定在底座前后兩側(cè)邊間，換擋電機(jī)位于底座后部側(cè)邊處，滾珠絲杠上套接有一個(gè)支承架，支承架固定在支撐板上；滾珠絲杠的一端與換擋電機(jī)的輸出軸連接；滾珠絲杠上螺紋套接有絲杠螺母A，絲杠螺母A與螺紋套接在滾珠絲杠上的換擋抓手連接桿固連；底座側(cè)邊上開(kāi)有橫向滑道，換擋抓手連接桿穿過(guò)橫向滑道與換擋抓手固連；換擋抓手與車輛的換擋桿固連；所述制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿結(jié)構(gòu)完全相同，均包括機(jī)器腿、制動(dòng)踏板連接件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)絲杠以及安裝板；其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠上套接有支架； 支架固定在安裝板上；驅(qū)動(dòng)絲杠的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接；驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接有滑塊；機(jī)器腿為一支桿結(jié)構(gòu)，機(jī)器腿的一端與驅(qū)動(dòng)絲杠上的滑塊鉸接，滑塊與驅(qū)動(dòng)絲杠上螺紋套接的絲杠螺母B固定；機(jī)器腿的另一端與踏板連接件鉸接，通過(guò)踏板連接件與車輛內(nèi)的制動(dòng)踏板或油門踏板固定；所述安裝板與底座前方側(cè)邊間滑動(dòng)連接；所述機(jī)器腿為η段， 各段間采用螺紋連接，η為正整數(shù)；所述接滑塊的一側(cè)設(shè)置有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)與安裝板固定，光電開(kāi)關(guān)與滑塊間設(shè)置有遮光片，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)的通斷判斷車輛內(nèi)制動(dòng)踏板是否位于初始位置；所述環(huán)境感知單元用于檢測(cè)試驗(yàn)車輛的運(yùn)行環(huán)境，包括差分GPS和CXD攝像頭；其中， 差分GPS安裝在車輛上，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛位置信息；CCD攝像頭安裝在車輛前部，用來(lái)實(shí)時(shí)獲取道路視頻信息；所述車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，包括車速傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器及位置反饋傳感器；其中，車速傳感器安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)， 用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛速度信息；側(cè)向加速度傳感器與橫擺角速度傳感器均安裝在車輛的質(zhì)心處，分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛的側(cè)向加速度與車輛的橫擺角速度；所述位置反饋傳感器有四個(gè)，分別安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)械手、換擋機(jī)械手、制動(dòng)機(jī)械腿與油門機(jī)械腿上，且分別用來(lái)實(shí)時(shí)獲取車輛當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度、換擋桿的位移、制動(dòng)踏板位移以及油門踏板位移；所述用戶交互單元用于在進(jìn)行道路試驗(yàn)前，用戶進(jìn)行試驗(yàn)類型的設(shè)定，并且根據(jù)所設(shè)定的試驗(yàn)類型，進(jìn)行車輛行駛線路、車速、行駛距離以及車輛與車道中心線的偏離誤差允許值的設(shè)定；所述控制單元主要包括駕駛控制單元和安全控制單元；駕駛控制單元對(duì)執(zhí)行單元中各個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，從而通過(guò)執(zhí)行單元控制車輛中的方向盤、制動(dòng)踏板、油門踏板以及換擋桿進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的運(yùn)行控制；當(dāng)用戶在用戶交互單元中預(yù)設(shè)車輛行駛線路時(shí)，駕駛控制單元將從用戶交互單元中提取預(yù)設(shè)的車輛行駛線路及車速，與由差分GPS采集的車輛的位置信息以及由車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元中提取的的車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，從而控制執(zhí)行單元對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)、加速、轉(zhuǎn)向操作，使車輛按照預(yù)設(shè)的行駛路線行駛；當(dāng)用戶沒(méi)有在用戶交互單元中預(yù)設(shè)的車輛行駛線路時(shí)，駕駛控制單元通過(guò)CCD攝像頭采集道路視頻信息，對(duì)視頻進(jìn)行處理，提取車道線信息，并根據(jù)車輛在車道線的位置和車道線與車輛行駛方向的夾角，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)對(duì)車輛的方向進(jìn)行控制，確保車輛能夠跟蹤車道線；安全控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車輛狀態(tài)估算，判斷車輛是否有發(fā)生危險(xiǎn)狀況的可能；若有發(fā)生危險(xiǎn)的可能，則安全控制單元向執(zhí)行控制單元發(fā)送危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，駕駛控制單元接收到此危險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)后控制執(zhí)行單元操控車輛，使車輛行駛在安全范圍；安全控制單元從車輛自身的故障診斷接口提取車輛的故障信息，當(dāng)車輛有故障發(fā)生時(shí)，能夠控制執(zhí)行單元對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)；安全控制單元與駕駛控制單元保持實(shí)時(shí)通信，當(dāng)駕駛控制單元與安全控制單元中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，則通信中斷，此時(shí)由另一個(gè)來(lái)控制執(zhí)行單元進(jìn)行制動(dòng)操作，保證車輛安全停車。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，其特征在于所述執(zhí)行單元中的轉(zhuǎn)向電機(jī)、換擋電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為交流伺服電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于車輛道路試驗(yàn)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人，包括執(zhí)行單元、環(huán)境感知單元、車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元、用戶交互單元和控制單元。環(huán)境感知單元檢測(cè)試驗(yàn)車輛的運(yùn)行環(huán)境，車輛運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)。用戶交互單元用于在進(jìn)行道路試驗(yàn)前進(jìn)行試驗(yàn)相關(guān)設(shè)定；所述控制單元包括駕駛控制單元與安全控制單元；駕駛控制單元驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元控制車輛的運(yùn)行，可使車輛按照用戶預(yù)設(shè)的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，安全控制單元檢測(cè)環(huán)境傳感器信息、車輛故障信息、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)車輛安全控制。本發(fā)明可代替人工駕駛完成各種汽車道路試驗(yàn)，具有控制準(zhǔn)確、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、試驗(yàn)效率高和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M17/007GK102435442SQ20111026102
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者余貴珍, 俞志華, 康樂(lè), 李芹 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)