[发明专利]一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制系统及方法

说明书

本发明提供一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制系统，根据车辆周围障碍物信息，通过图像处理及信息融合方法，结合车辆位姿信息计算壕沟中心线与车辆纵向轴线的夹角；判断模块根据壕沟的尺寸信息、壕沟中心线与车辆纵向轴线的夹角，判断车辆能否跨越壕沟，并制定跨越策略；在判断模块判定车辆能够跨越壕沟时，路径规划模块根据制定的跨越策略，规划跨越壕沟路径，确定路径点和路径点速度；路径跟踪模块按照确定的路径点和路径点速度，实时控制转向轮的转向角和驱动轮的转矩，控制车辆按照预定的跨越壕沟路径自动跨越壕沟。本发明通过图像处理和信息融合技术判断是否有壕沟，并设置对应的跨越策略，保证车辆自动跨越一定宽度范围内的壕沟。

技术领域

本发明属于无人驾驶越野车技术领域，具体涉及一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制系统及方法。

背景技术

计算机技术以及传感器技术的发展推动了无人驾驶汽车的研究和无人驾驶系统的实现，各种基于无人驾驶硬件平台的辅助驾驶功能已经走近人们的日常生活，逐渐成为新型汽车产品的高科技配置，为人类提供了更为便捷、高效、安全的驾乘体验。高性能越野车辆在资源勘探、丛林搜救、军事行动、灾难搜救等领域得到广泛应用，但野外地形复杂，障碍物种类多，附着条件差，存在各种复杂的综合型越野工况，对于这些越野工况而言，传统的越野车在驾驶员的操控下因为不能全方位地了解越野工况、评估车辆跨越障碍物的能力、感知车辆运行状态，进而不能合理而精确地控制车辆的运行，往往限制了车辆极限越野能力的发挥，同时难以保证越野过程的安全性，容易发生危及人身和财产安全的事故，这对于各个领域在野外的工作造成了较大的不确定性和危险性，阻碍了各种工作的开展。而在野外行驶时车辆时常遇到壕沟等负障碍物，驾驶员只能依靠肉眼进行环境观察壕沟宽度、周边障碍物位置、车辆与壕沟相对位置，依据个人经验选取通过的方式或进行多次尝试，决策正确性和操作可行性相对较低，且操作误差大，效率极低，容易造成事故。

专利《一种基于预瞄的无人全地形车的控制方法》提出一种基于预瞄的无人全地形车的控制方法，该全地形车可以提前作出通过障碍的策略与准备，提前改变车速、行驶方向以及调节减振器的软硬。论文《海底采矿车壕沟越障通过性分析与仿真研究》则是设计一种由四套复合轮组机构和铰接式密封抗压型整体罐式车架连接的海底采矿车，由六组车轮组成，在跨越壕沟时采用前三个车轮成刚性连接转变为一个车轮，从而越过壕沟。但这两种方法对于壕沟类负障碍物对车辆的结构都有严格的要求，第一种采用的是摆腿跨过的方式，第二种则是需要六组轮胎。上述专利及文献对于四轮毂电机分布式驱动的车辆跨越壕沟的策略没有涉及，对于如何控制四轮车辆跨越壕沟的详细控制方法及步骤没有涉及。现阶段对于全自动的四轮车辆跨越壕沟的控制方法的研究几乎为空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无人驾驶越野车跨壕沟的自动识别与控制系统，其特征在于：设置在四轮分布式驱动电动汽车中，它包括：

环境感知单元，用于获取车辆周围障碍物信息，通过图像处理及信息融合方法，得出车辆可感知范围内的障碍物边线，识别并计算出壕沟的尺寸信息；同时获取车辆运动状态信息，包括位姿信息，结合壕沟信息计算壕沟中心线与车辆纵向轴线的夹角；

决策单元，包括判断模块、路径规划模块和路径跟踪模块；其中，判断模块用于根据壕沟的尺寸信息、壕沟中心线与车辆纵向轴线的夹角，并结合车辆自身尺寸信息，判断车辆能否跨越壕沟，并制定跨越策略；路径规划模块用于在判断模块判定车辆能够跨越壕沟时，根据制定的跨越策略，结合车辆的性能参数，制定跨越壕沟路径，确定路径点和路径点速度；路径跟踪模块，用于按照确定的路径点和路径点速度，实时控制转向轮的转向角和驱动轮的转矩，从而控制车辆按照预定的跨越壕沟路径自动跨越壕沟。

按上述方案，所述的环境感知单元，当检测出当前路径上存在横向长条状负障碍物，且负障碍物的深度D大于或等于车轮滚动半径r，则判断遇到壕沟；计算壕沟宽度W、壕沟中心线与车辆纵向轴线的夹角β、车辆距壕沟边缘线距离s。