自主驾驶车辆演示功能说明书

自主驾驶车辆演示功能说明书课题组长：张新钰清华大学2015年12月一、概述车辆平台是无人驾驶车辆必须具备的硬件基础，总的来讲包括机械平台和电子电气平台两个方面，两方面紧密结合，密不可分。具体包括转向系统、制动系统、发动机控制系统、换挡控制系统、信号控制系统、中央处理系统、电源系统、全车网络与布线等内容。这些内容构成了无人车能够实现自主控制的基础。课题组依托稳定的整车平台，开展包括视觉、雷达、控制和决策算法已经较为成熟。2015年10月，改造宇通客车并在郑州市参与了郑开大道公开测试，途经26个信号灯路口，完成自主跟车行驶、自主换道、邻道超车、路口自动辨识红绿灯通行、定点停靠等一系列试验之后，顺利到达开封市开远门站，行驶总路程32.6公里。2015年11月，参加江苏常熟举办的中国智能车未来挑战赛，仅用7天时间，从裸车到比赛，取得综合第四名的好成绩。二、车辆电气化改造详细方案（预算：15万）1基于EPS的助力转向系统为了实现自主驾驶双驾双控功能，即系统在危险情况下主动介入和干预车辆的行驶控制和自主驾驶状态和人工驾驶状态的平顺切换，需要重新调整一下车辆的横向和纵向控制系统的设定。图中改装的验证平台是东风风神的AX7、自动挡、2.3L顶配版。图风神AX7人车共驾纵横向控制系统设置电动助力转向系统主要含有信号传感装置(包括扭矩传感器和车速传感器)，转向助力机构(电机、离合器、减速传动机构)及电子控制装置。它主要利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向的，可将系统划分为三大主要部分。机械系统主要由方向盘、转向轴、小齿轮、齿条、横拉杆和转向节等组成;助力系统主要由助力电机、电磁离合器、减速传动机构构成;电控单元ECU(EleetricConirolUnit)含有电机驱动控制电路、传感器检测电路、控制电路等。保留原车基本转向结构和电机、涡轮蜗杆等执行单元增加角度传感器用无人驾驶专用控制器替换原车EPS控制器增加CAN通讯接口重新改造线束，并将整套转向装置安装到位调试控制器实现EPS助力功能调试控制器实现无人驾驶角度控制功能图控制器图助力转向系统总成自主驾驶系统是通过控制方向盘转动来实现车辆的车道保持以及变道等动作的，其精度直接影响到车辆横向操控稳定性以及乘坐人的舒适性，方向盘转动角度的精度越低，车辆发生横向控制偏差越大。因此，自主驾驶系统对EPS系统输入输出如表所示：表EPS改造完成的技术指标序号需求内容信号类型精度要求说明1方向盘当前转动角度输入±0.1°转角传感器测量有效精度2方向盘当前转角速度输入±0.1°/s转角传感器测量有效精度3方向盘期望转角输出±0.1°接近电机驱动器控制精度4方向盘期望转速输出±0.1°/s5当前控制状态输出0||10：人工驾驶||1：自动驾驶6扭矩传感器信号输入应能判断人的操作意图当人手脱离方向盘时，将自动启动自动驾驶判断，并切换控制2制动系改造自主驾驶系统是通过控制制动来实现对车辆的减速控制，进而实现车辆的跟车行驶，减速变道等工作。此外，ABS系统自带的轮速传感器以及ESC系统所用到的车姿传感器对于车辆位置的推算与运动状态的估计十分关键。本项目采用的线控刹车部件主要实现以下功能：去掉了传统的真空助力器或者真空泵；将制动操纵与踏板模拟单元、主缸、电机液压助力单元、主控ECU单元等集成为一体；通过踏板位移传感器传递驾驶员制动意图；通过电机驱动柱塞泵建立液压,通过控制阀系的开闭模拟踏板感觉,建压与模拟分离。采用主缸压力传感器监测制动建压,结合轮速传感器信号形成闭环控制。可通过软件模拟及调节各种车型的踏板特性。集成度高,制动系统组件更为精简,结构紧凑、质量轻、占用空间小。制动响应周期要比较传统制动系统加快。适用于不依赖于真空源的制动系统。适用于主动/辅助制动功能的各种车辆。具备常规的脚踩踏板制动以及电控主动制动功能。假设电控制动系统失效,可立即启用机械备用制动。具备ABS防抱死制动功能，四个车轮独立控制。可拓展实现ESC、紧急制动、驻车制动、自适应巡航等功能。可配合整车控制器协调实现制动能量回收功能。因此，自主驾驶系统对ABS/ESC的输入输出如表所示：表ABS/ESC改造完成的技术指标序号需求内容信号类型精度要求说明1轮速信号：车轮每转动一圈发出的最少脉冲数输入48个车辆的位置误差2cm，车轮每转一圈距离为2πR，按照精度要求，脉冲数不小于πR，一般车轮的半径大概在30cm左右；2车姿信号：加速度探测车辆横向与纵向加速度最小精确度输入0.1g车辆横纵向加速度及其变化率对于人的舒适度影响很大，需要保证a<0.12g,因此，反馈信号精度至少要达到0.1g。3期望减速度输出0.1g4制动踏板位移信号输入应当能判断人的操作意图当制动踏板位移超过一定值，则认为进入人工控制，自动切换控制。3电子油门改造发动机的控制包括转速控制和转矩控制两个方面。这两个方面的控制，需要无人车控制系统对加速踏板位置进行控制，同时需要采集节气门位置信号和发动机转速信号作为反馈。对于采用电子式节气门的发动机电控系统，加速踏板的作用是为发动机ECU提供代表其位置的电压信号，这一信号由加速踏板位置传感器APS提供。因此对于采用电子节气门的电控发动机，只需为发动机ECU提供一个模拟的APS信号即可。这个信号可由无人车控制器通过一个D/A转换器输出。如果汽车厂家自己开发发动机的ECU，也可以在ECU的软件中制订电子节气门的控制协议，从而由无人车控制系统通过CAN总线直接向其发送控制指令，控制发动机的转速和转矩。自主驾驶系统是通过控制油门开度来实现对车辆的加速控制，进而实现车辆的跟车行驶，加速超车等加速工作。此外，ABS系统自带的轮速传感器以及ESC系统所用到的车姿传感器对于车辆位置的推算与运动状态的估计十分关键。因此，自主驾驶系统对油门的接口如表所示：表油门控制改造完成的技术指标序号需求内容信号类型精度要求说明1当前车速输入0.1km/h使用当前的车速来进行判断是否油门开度还需要增加或者减少2车姿信号：加速度探测车辆横向与纵向加速度最小精确度输入0.1g车辆横纵向加速度及其变化率对于人的舒适度影响很大，需要保证a<0.12g,因此，反馈信号精度0.1g。3期望加速度输出0.1g4油料剩余量传感器输入0.1L需要实时监控车辆的油料，实时的使用量以及下一个加油站的地址，综合考虑以确保高速驾驶不会断油。5油门踏板位移信号输入应当能判断人的操作意图当油门踏板位移超过一定值，则认为进入人工控制，自动切换控制。4换挡机构改造当前，无人驾驶汽车基本都采用具有自动变速器的成熟车型作为平台。采用自动变速器的汽车最大的优点是便于实现挡位控制。自动变速器有液力机械式(AT)、电控机械变速器(AMT)、连续可变式(CVT)和双离合器式(DCT)等几种。对于自动档位的车型，采用直接控制换挡杆的方式。这种方式不改变变速器的内部信号和结构，而是使用一个外置双向推动装置控制换挡杆的位置。这种方式容易实现，无需掌握变速器内部结构和原理。但由于外加了动力装置，会影响到汽车的外观；在无人驾驶/人工驾驶转换时需要手动连接或者分离控制装置与换挡杆之间的连接。三、自主驾驶车辆功能介绍1车道线检测单目和前视毫米波雷达来实现高速无人驾驶比较接近于Mobileye的方案，核心是车道线识别。车道线识别算法将图像分为几个条带，进行边沿检测后，采用线状特征投票形成车道线，在经过道路模型分析和车道跟踪，得到稳定的车道线检测结果。根据车道检测结果，对其他车辆的后视图像来进行车辆目标检测，可以得到在本车道内的车辆间距离，实现车辆碰撞避免，对于相邻车道的车辆图像，也进行检测，辅助换道安全。2换道超车车辆在行驶