無(wú)人駕駛導(dǎo)航平臺(tái)

北京太速科技

無(wú)人駕駛導(dǎo)航平臺(tái)

作者：北京太速科技有限公司

發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究無(wú)人駕駛汽車(chē),目前在可行性和實(shí)用性方面走在前列的國(guó)家是美國(guó)和德國(guó)，且已經(jīng)有多套系統(tǒng)在城市中運(yùn)營(yíng)和試運(yùn)營(yíng)，均取得了不錯(cuò)的效果。我國(guó)在無(wú)人駕駛汽車(chē)的開(kāi)發(fā)方面要比國(guó)外稍晚。國(guó)防科技大學(xué)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)研究。

無(wú)人駕駛汽車(chē)也稱(chēng)作智能汽車(chē)，即環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、行為決策、自主控制能力的智能車(chē)輛平臺(tái)。其關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個(gè)方面:車(chē)輛定位和車(chē)輛控制技術(shù)。無(wú)人駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段是在車(chē)上安裝攝像頭、雷達(dá)傳感器和激光探測(cè)器等先進(jìn)的儀器，通過(guò)它們來(lái)感知公路的限速和路旁交通標(biāo)志，以及周?chē)�的�?chē)子移動(dòng)情況，并只需借助地圖來(lái)導(dǎo)航完成車(chē)輛自動(dòng)行駛。無(wú)人駕駛從某種程度上來(lái)說(shuō)比人工駕駛更加安全。其GPS及數(shù)字地圖，可以確定車(chē)輛自身的位置及目的地，并規(guī)劃行車(chē)路線(xiàn)；雷達(dá)、計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別、紅外傳感器等各種傳感器的使用，使得車(chē)輛可能比人類(lèi)更加清楚周?chē)�的環(huán)境情況；另外，各種伺服機(jī)構(gòu)以及控制理論，可以根據(jù)周?chē)�環(huán)境情況，可以精確控制汽車(chē)的加減速、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。

   北京太速科技有限公司自主研發(fā)了基于DM8148的主板及其子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。該系統(tǒng)包括一個(gè)主板和多個(gè)子卡組成，主板以平板電腦的形態(tài)呈現(xiàn)。主板自帶8M Flash、64M*32bit DDR3\SATA硬盤(pán)、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(qū)動(dòng)；支持千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸；支持Flash 、PCI Boot引導(dǎo)方式；支持FPGA程序采用 Flash、DSP引導(dǎo)加載；通過(guò)FPGA可進(jìn)行完整的 DDR3控制、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)傳輸；DSP與FPGA的RapidIO口 EDMA可以實(shí)現(xiàn)理論速度達(dá)到10Gbps的同步中斷傳輸。

本系統(tǒng)根據(jù)超聲波檢測(cè)、激光測(cè)距、霍爾傳感器和壓力傳感器等進(jìn)行避障、自動(dòng)運(yùn)行和緊急制動(dòng)等操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。系統(tǒng)由主板卡進(jìn)行信息匯總，并最終完成自動(dòng)控制。本導(dǎo)航系統(tǒng)的根據(jù)無(wú)人駕駛汽車(chē)環(huán)境感知系統(tǒng)收集到的環(huán)境信息，規(guī)一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。并以此路徑安全、高效地行駛，并且在到突發(fā)事件時(shí)能及時(shí)處理和調(diào)整導(dǎo)航模式。

主卡的電路圖如下所示：

該系統(tǒng)的子卡是一個(gè)由ADS1278為主芯片構(gòu)成的AD子卡，用于接不同的傳感器和電機(jī)等。板卡通過(guò)PCIE直接與機(jī)箱連接，也可以接網(wǎng)絡(luò)相機(jī)。

系統(tǒng)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)。視頻模塊采用scA780-54gc工業(yè)智能相機(jī)，此相機(jī)的像素為780*580，相機(jī)采用CCD視頻采集芯片，具有彩色成像能力，能夠?qū)崟r(shí)采集路面及周邊環(huán)境的視頻信息，并可以通過(guò)千兆以太網(wǎng)口將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂平K端。視頻采集模塊可以存儲(chǔ)10個(gè)小時(shí)的視頻數(shù)據(jù)信息，并具有LED開(kāi)關(guān)控制，用于CCD的開(kāi)關(guān)。

2.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              牽引模塊。牽引模塊主要負(fù)責(zé)車(chē)輛的運(yùn)行控制和安全。主要包括伺服電機(jī)控制和步進(jìn)電機(jī)控制兩個(gè)功能。伺服電機(jī)控制：控制EC45伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，只需設(shè)置前進(jìn)速度，速度為0.1m/s。有保護(hù)機(jī)制，無(wú)法前進(jìn)時(shí)停止驅(qū)動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)控制：主要通過(guò)控制CTP2NLF19步進(jìn)電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)。

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(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。  

4.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              檢測(cè)模塊。檢測(cè)模塊主要由超聲檢測(cè)，激光檢測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)部分組成。其中，超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)采集采用凌華科技PCI-9812同步采樣模擬輸入卡，其性能參數(shù)為4通道12位20MS/s；激光測(cè)徑主要通過(guò)控制CTP2NLF19步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制激光測(cè)徑傳感器旋轉(zhuǎn)，激光雷達(dá)檢測(cè)安放在路邊上的定位標(biāo)記來(lái)推算出車(chē)輛的實(shí)際位姿信息；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄超聲波數(shù)據(jù)，濕度，溫度，時(shí)間，光電碼盤(pán)，壓力傳感器，霍爾傳感器，激光測(cè)徑傳感器等信息。

5.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              GPS模塊。完成車(chē)輛位置信息的確定。系統(tǒng)預(yù)留GPS接口。并采用程輪+加速度計(jì)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的定位精度。

溫度、濕度信息采集模塊：通過(guò)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(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性強(qiáng)，用戶(hù)可根據(jù)使用場(chǎng)景增加需要的傳感器，完成環(huán)境參數(shù)的采集。其應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)景最顯著的特點(diǎn)是路線(xiàn)基本固定，最典型的例子就是大型工廠(chǎng)里用于搬運(yùn)貨物，運(yùn)送工件的無(wú)人駕駛小車(chē)，這種小車(chē)通常沿著固定的線(xiàn)路行駛，在遇到障礙物時(shí)能實(shí)現(xiàn)減速或停止，本系統(tǒng)也可以用于高速公路環(huán)境下的汽車(chē)自動(dòng)駕駛檔；

圖1. 工廠(chǎng)無(wú)人駕駛搬運(yùn)小車(chē)

圖2. 無(wú)人駕駛卡車(chē)

圖3. 高速公路上的無(wú)人駕駛檔

越野型的路行場(chǎng)景中，本系統(tǒng)可以用于軍事中，也可以用于夜間無(wú)人區(qū)域（校園，小區(qū)）的巡查車(chē)輛上，在車(chē)輛上裝上報(bào)警系統(tǒng)，遇到異常情況，報(bào)警信息可以傳送到監(jiān)控中心，可以節(jié)省人工巡查的人力成本；

普通道路性的應(yīng)用場(chǎng)景可以根據(jù)具體場(chǎng)景擴(kuò)展傳感器系統(tǒng)，以適應(yīng)相應(yīng)的場(chǎng)景應(yīng)用。

此外，此系統(tǒng)也可以用于城市環(huán)境下的無(wú)人駕駛系統(tǒng)：例如大型活動(dòng)場(chǎng)所、公園、校園、工業(yè)園、機(jī)場(chǎng)等。

圖4. 機(jī)場(chǎng)無(wú)人駕駛汽車(chē)

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