一种无人驾驶测试车辆运行控制方法及系统

1.本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种无人驾驶测试车辆运行控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前，常见的用于无人驾驶测试的车辆有履带车和自动导引车(agv)。
4.履带车由gps、变频器、ni数据采集卡、工控机等组成，通过在工控机运行路径规划与轨迹跟踪算法，控制履带车行驶路径；但是，履带车辆存在以下几点问题：
5.1、该履带车没有做到正常汽车高度，无人驾驶车辆雷达可能出现没有监测到该履带车的情况，影响无人驾驶车辆正常测试。
6.2、若无人驾驶车辆没有对行驶中的车辆及时做出正确反应，会造成车辆损毁。
7.3、若履带车出现大幅度偏离预设路线，无法人为干预，只能停机，重新进行测试试验。
8.agv车一般由驱动装置、车载控制器等组成，能够依靠预先铺设的轨迹磁带进行路径跟踪，但是，agv车存在以下几点问题：
9.1、只能按照预设的磁带轨迹行驶，缺乏灵活性，且增加额外的测试成本。
10.2、agv车通常存在车体高度过低的问题，无人驾驶车辆雷达同样会出现没有监测到该agv车的情况。
11.3、若无人驾驶车辆没有对行驶中的车辆及时做出正确反应，会造成车辆损毁。
12.另外，还有人工驾驶车辆进行测试的方法，但是当无人驾驶车辆失控时，容易造成安全事故，导致人员受伤，车辆损毁。


技术实现要素：

13.为了解决上述问题，本发明提出了一种无人驾驶测试车辆运行控制方法及系统，支持遥控模式和轨迹跟踪两种模式，且当测试车辆实际轨迹与预设轨迹偏离过大时，可以及时切换为遥控模式进行干预，及时进行轨迹纠正或者停机。
14.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
15.第一方面，本发明提供一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，包括：
16.在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制测试车辆的运行；
17.在轨迹跟踪模式下，根据获取的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；
18.当轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与
非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。
19.作为可选择的实施方式，根据信号上升沿和信号下降沿的时刻确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变以及计数溢出次数得到遥控信号的高电平时间。
20.作为可选择的实施方式，所述遥控信号为方向舵遥控信号和油门舵遥控信号，根据每个周期下方向舵遥控信号和油门舵遥控信号的高电平时间，得到测试车辆直行或转弯的左右侧车轮的转速控制量，以此控制测试车辆的运行。
21.作为可选择的实施方式，在轨迹跟踪模式下，将得到的车轮速度控制量转换为伺服电机所需的脉冲频率，以此控制测试车辆的运行。
22.作为可选择的实施方式，根据左右侧车轮的脉冲频率和控制正反转的电平状态判断直行或转弯，若左右两车轮的脉冲频率相等，则直行，若不等，则转弯；若电平状态为低电平，则前进，若为高电平，则后退。
23.作为可选择的实施方式，在进行轨迹纠偏时，设定前后误差因子和左右误差因子；若遥控状态下油门舵遥控信号前后方向的高电平时间与非遥控状态下油门舵遥控信号的高电平时间之差的绝对值大于前后误差因子，或，遥控状态下方向舵遥控信号左右方向的高电平时间与非遥控状态下方向舵遥控信号的高电平时间之差的绝对值大于左右误差因子，则判断遥控模式切换成功。
24.作为可选择的实施方式，若测试车辆不受控制时，则关闭遥控模式，停止发送遥控信号并停机。
25.作为可选择的实施方式，将实际轨迹通过高斯投影转换为平面坐标，以地图形式实时显示实际轨迹。
26.第二方面，本发明提供一种无人驾驶测试车辆运行控制系统，包括：底盘车、设于底盘车上的微控制器以及与微控制器通信的云服务器；
27.所述微控制器被配置为在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制底盘车的运行；
28.所述云服务器被配置为在轨迹跟踪模式下，根据微控制器发送的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；
29.若轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。
30.作为可选择的实施方式，所述底盘车包括底盘车框架和设于底盘车框架上的仿汽车外形泡沫，车身内部设有用于固定设备的安装隔间，底盘车四边均是具有一定角度的斜坡。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明提出一种无人驾驶测试车辆运行控制方法及系统，支持遥控模式和轨迹跟踪两种模式，当需要驶入目的试验场地时，由人工遥控控制测试车辆驶入试验场地较为方便；当需要让测试车辆按预设轨迹行驶时，通过轨迹跟踪模式进行控制，且当测试车辆实际
轨迹与预设轨迹偏离过大，或出现无法控制时，可以及时切换遥控模式进行干预，及时进行轨迹纠正或者停机。
33.本发明提出的一种无人驾驶测试车辆由底盘车和仿汽车外形泡沫构成，可以代替无人驾驶车辆测试环节中人工驾驶的车辆，若无人驾驶车辆没有对行驶中的底盘车及时做出正确的反应，仅会撞散底盘车上的仿汽车外形泡沫，碾压通过底盘车，不会对人员受伤，提高无人驾驶车辆测试的安全性以及降低测试成本。
34.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
35.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
36.图1为本发明实施例1提供控制方法流程图；
37.图2为本发明实施例2提供的底盘车装置示意图；
38.图3为本发明实施例2提供的控制系统整体架构示意图；
39.图4为本发明实施例2提供的底盘车电气连接线路示意图；
40.图5为本发明实施例2提供的底盘车和仿汽车外形泡沫示意图。
具体实施方式
41.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
42.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
43.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.实施例1
46.无人驾驶车辆的其中一种测试工具是行驶中的汽车，由于目前无人驾驶车辆测试车存在高度与真实汽车不一致，使用工控机等贵重设备的问题，而且当无人驾驶车辆失控时，可能造成底盘车损毁，增加测试成本，若直接利用人工驾驶的车辆进行试验时，容易出现安全事故，造成人员受伤。
47.鉴于此，本实施例提出一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，具体包括：
48.在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制测试车辆的运行；
49.在轨迹跟踪模式下，根据获取的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；
50.当轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。
51.在本实施例中，在遥控模式和轨迹跟踪模式下控制测试车辆的行驶，如图1所示，具体过程如下：
52.s1：通过判断上位机是否发出启动命令来控制底盘车处于遥控模式或轨迹跟踪模式，若上位机未发出启动命令，则为遥控模式，具体控制方式为：
53.(1)获取由无线遥控模块发出的遥控信号，所述遥控信号为方向舵遥控信号和油门舵遥控信号；
54.(2)根据方向舵遥控信号确定方向通道的pwm信号边沿跳变，根据油门舵遥控信号确定油门通道的pwm信号边沿跳变；具体是获取pwm上升沿和pwm下降沿的时刻；
55.(3)根据两路通道的pwm信号边沿跳变分别得到各自通道的pwm信号的高电平时间；
56.具体是，t
pwm
＝t
h-t
l
+n
over
×
count；其中，th是上升沿时刻，t
l
是下降沿时刻，count是计数器溢出次数，n
over
是计数器计数上限值；
57.(4)根据每个周期下pwm信号的高电平时间，得到车轮转速控制量，以控制测试车辆的直行或转弯；
58.具体是，将高电平时间转化为车速的公式如下：
[0059][0060][0061][0062][0063]
其中，t
thrq
、t
thra
、t
thrd
分别为油门舵对应的前进最大、退后最大以及停止pwm高电平时间，它们之间的关系是t
thra
＞t
thrq
＞t
thrd
；t
dirq
、t
dirr
、t
dirl
分别为方向舵对应的直行、右转最大、左转最大pwm高电平时间，它们之间的关系是t
dirr
＞t
dirq
＞t
dirl
；v
thra
、v
thrd
是前后方向车轮速度分量，v
dirl
、v
dirr
是左右方向的车轮速度分量；v1是前进或后退速度倍频因子，v2是左转弯或右转弯速度倍频因子，v
l
是底盘车左侧车轮速度，vr是底盘车右侧车轮速度。
[0064]
其中，直行：v
dirr
＝v
dirl
＝0；前进：v
l
＝vr＝v
thra
；后退：v
l
＝vr＝v
thrd
；前进左转弯：vr＝v
thra
+v
dirr
，v
l
＝v
thr
；后退左转弯：vr＝v
thrd
+v
dirr
，v
l
＝v
thrd
；前进右转弯：vr＝v
thra
+v
dirl
，v
l
＝v
thr
；后退右转弯：vr＝v
thrd
+v
dirl
，v
l
＝v
thrd
。
[0065]
s2：若上电后，上位机发出启动命令，则为轨迹跟踪模式，控制车辆沿着预设轨迹
行驶；其中，通过串口接收经纬度数据、偏航角、速度数据等，并对接收到的数据进行解析，添加数据头、数据尾后进行相应处理，以得到左右两侧车轮的速度控制量。
[0066]
具体控制方式为：
[0067]
(1)获取实时轨迹，并确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据给定的轨迹跟踪算法计算底盘车左右两侧车轮的速度控制量；其中，可以理解的，此处的速度控制量的计算算法可采用常规算法；
[0068]
(2)将车轮速度控制量转换为伺服电机控制器所需要的脉冲频率，转化公式为：其中，f是脉冲频率，f是脉冲电机转一圈的数量，v是车轮速度，d是车轮直径；
[0069]
(3)根据左右两侧车轮的脉冲频率和控制正反转的电平状态判断直行或转弯，具体地：若左右两侧车轮的脉冲频率相等，则直行，若不等，则转弯；若电平状态为低电平，则前进；若为高电平，则后退。
[0070]
s3：若轨迹偏差大于偏差阈值，则表示底盘车出现大幅度偏离预设轨迹的情况，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，具体地：
[0071]
(1)设定前后误差因子t
δt
和左右误差因子t
δd
，以防止人为误操作；
[0072]
(2)当处于轨迹跟踪模式时，即处于非遥控状态，此时非遥控状态下的方向舵遥控信号的高电平时间为t
dir
和油门舵遥控信号的高电平时间为t
thr
；
[0073]
(3)在遥控模式下，即处于遥控状态，此时遥控状态下的油门舵遥控信号的前后方向的高电平时间为t
thrq
和方向舵遥控信号的左右方向的高电平时间为t
dirq
；
[0074]
(4)若t
thr
与t
thrq
之差的绝对值大于前后误差因子t
δt
，或，t
dir
与t
dirq
之差的绝对值大于左右误差因子t
δd
，即|t
thr-t
thrq
|＞t
δt
或|t
dir-t
dirq
|＞t
δd
，则判断遥控模式切换成功，此时轨迹跟踪模式下的控制量被屏蔽，遥控控制底盘车速度，直至恢复到预设轨迹；
[0075]
(5)若出现底盘车不受上位机控制的情况，则关闭遥控模式，停止发送遥控信号，mcu捕捉不到边沿跳变，立刻无条件停机。
[0076]
在本实施例中，将经纬度坐标通过高斯投影转换为平面xy坐标，可以在上位机中以地图的形式实时显示底盘车的实际轨迹，方便测试人员监测底盘车行驶状态；具体地：
[0077]
采用高斯投影将经纬度坐标转换为平面二维坐标系，已知经纬度坐标为(lon，lat)，则二维平面坐标(x
p
，y
p
)为：
[0078][0079][0080]
其中，为赤道沿子午线到该点的弧长，l0为中央经线，δl＝lon-l0，τ＝tan lon，a为椭球半长轴，是椭球二偏心率，n为坐标点的卯酉曲率半径。
[0081]
实施例2
[0082]
本实施例提供一种无人驾驶测试车辆运行控制系统，包括：底盘车、设于底盘车上的微控制器以及与微控制器通信的云服务器；
[0083]
所述微控制器被配置为在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制底盘车的运行；
[0084]
所述云服务器被配置为在轨迹跟踪模式下，根据微控制器发送的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；
[0085]
若轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。
[0086]
在本实施例中，所述底盘车上设有微控制器(mcu)、北斗卫星导航系统(bds)、惯性导航(ins)、数据传输单元(dtu)、伺服电机、伺服电机控制器、无线遥控模块等设备，如图2-图3所示，mcu通过dtu与云服务器上位机进行信息交互；
[0087]
其中，在遥控模式下，mcu接收无线遥控模块发送的遥控信号，得到车轮转速控制量后，由伺服电机控制器控制伺服电机的动作；
[0088]
在轨迹跟踪模式下，bds、ins通过串口将经纬度数据、偏航角、速度数据发送到mcu，mcu将收到的数据解析，添加数据头、数据尾，通过串口发送到dtu设备，dtu设备通过已经配置的udp发送给到云服务器，由云服务器执行轨迹跟踪模式，实时通过udp下发左右两侧车轮的速度控制量至mcu，以使mcu通过控制服电机控制器来控制伺服电机的动作，使底盘车按照预设轨迹行驶，若底盘车出现较大跟踪偏差或者不受上位机控制时，可利用无线遥控模块进行轨迹纠正或者停机。
[0089]
在本实施例中，所述底盘车上还设有锂电池，如图4所示，四块锂电池并联，为伺服电机控制器、mcu、bds、ins、dtu等设备提供电源；其中，空气开关常闭时，锂电池停止供电，底盘车可以外接电源，给锂电池充电；空气开关常开时，锂电池给底盘车设备供电。
[0090]
在本实施例中，mcu还对锂电池电压进行采样，为了准确实时反应锂电池电量，每隔100ms对锂电池电压进行采样，采样5次电压值，舍去5次电压值当中的最大值和最小值，求剩下三次采样电压值的平均值，将平均值保存，当计算出下一次的平均值时，求两个电压值平均值的平均值，然后通过dtu设备发送到上位机，通过电压判断电池电量情况，锂电池满电状态电压为24v，设置低电压阈值为满电电压的90％。
[0091]
在本实施例中，如图5所示，所述底盘车包括底盘车框架1和设于底盘车框架1上的仿汽车外形泡沫2，采用金属材料制作底盘车框架1，车身内部有用于固定设备的安装隔间3，所有设备均放在安装隔间内，安装隔间上边是金属板，且底盘车四边均是具有一定角度的斜坡，若没有及时对底盘车做出正确反应时，仅会撞散仿汽车外形泡沫，而不是撞击底盘车，降低测试成本。
[0092]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，包括：在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制测试车辆的运行；在轨迹跟踪模式下，根据获取的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；当轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。2.如权利要求1所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，根据信号上升沿和信号下降沿的时刻确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变以及计数溢出次数得到遥控信号的高电平时间。3.如权利要求1所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，所述遥控信号为方向舵遥控信号和油门舵遥控信号，根据每个周期下方向舵遥控信号和油门舵遥控信号的高电平时间，得到测试车辆直行或转弯的左右侧车轮的转速控制量，以此控制测试车辆的运行。4.如权利要求1所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，在轨迹跟踪模式下，将得到的车轮速度控制量转换为伺服电机所需的脉冲频率，以此控制测试车辆的运行。5.如权利要求4所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，根据左右侧车轮的脉冲频率和控制正反转的电平状态判断直行或转弯，若左右两车轮的脉冲频率相等，则直行，若不等，则转弯；若电平状态为低电平，则前进，若为高电平，则后退。6.如权利要求1所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，在进行轨迹纠偏时，设定前后误差因子和左右误差因子；若遥控状态下油门舵遥控信号前后方向的高电平时间与非遥控状态下油门舵遥控信号的高电平时间之差的绝对值大于前后误差因子，或，遥控状态下方向舵遥控信号左右方向的高电平时间与非遥控状态下方向舵遥控信号的高电平时间之差的绝对值大于左右误差因子，则判断遥控模式切换成功。7.如权利要求6所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，若测试车辆不受控制时，则关闭遥控模式，停止发送遥控信号并停机。8.如权利要求1所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制方法，其特征在于，将实际轨迹通过高斯投影转换为平面坐标，以地图形式实时显示实际轨迹。9.一种无人驾驶测试车辆运行控制系统，其特征在于，包括：底盘车、设于底盘车上的微控制器以及与微控制器通信的云服务器；所述微控制器被配置为在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制底盘车的运行；所述云服务器被配置为在轨迹跟踪模式下，根据微控制器发送的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；若轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式。
10.如权利要求9所述的一种无人驾驶测试车辆运行控制系统，其特征在于，所述底盘车包括底盘车框架和设于底盘车框架上的仿汽车外形泡沫，车身内部设有用于固定设备的安装隔间，底盘车四边均是具有一定角度的斜坡。

技术总结
本发明公开一种无人驾驶测试车辆运行控制方法及系统，包括：在遥控模式下，根据接收的遥控信号确定信号边沿跳变，根据信号边沿跳变得到高电平时间，根据遥控信号每个周期的高电平时间得到车轮转速控制量，以控制测试车辆的运行；在轨迹跟踪模式下，根据获取的实时轨迹确定其与预设轨迹的轨迹偏差，若轨迹偏差不大于偏差阈值，则根据轨迹偏差得到车轮速度控制量；当轨迹偏差大于偏差阈值，则切换至遥控模式进行轨迹纠偏，且通过遥控状态与非遥控状态下的高电平时间差判断遥控模式是否切换成功，在切换成功后，屏蔽轨迹跟踪模式，及时进行轨迹纠正或者停机。迹纠正或者停机。迹纠正或者停机。


技术研发人员：纪少波 张志鹏 魏敬宏 李研强 陈忠言 廖国樑 潘驰 董一鸣
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/4