汽车自动驾驶系统

1．一种汽车自动驾驶系统，其特征是：
汽车自动驾驶系统由硬件和软件两部分组成，
1)硬件部分由双目摄像装置、图象处理平台、软件库、控制接口、执
  行机构组成；
双目摄像装置的技术参数如下：
a)基线长度：D=1.5～3m
b)基线距地面高度：H=0.8～3m
c)摄像机L的坐标：L(0,0,-D/2)
d)摄像机R的坐标：R(0,0,D/2)
e)摄像机的光轴与X轴偏移-0.5°～5°
f)摄像机的视场：4°×3°～40°×30°
g)光学变倍：1～10
h)图象分辨度：500×300～600×400线
i)电子快门：50ms～50μs,20～30db
j)自动调焦
k)手动调光圈
模拟信号处理：
双目摄像系统获得的左右两幅图象同时传输到图象处理平台，图象处 理平台的技术参数如下：
a)晶振工作频率：F=3.7MHz-9.84375MHz
b)A/D采样频率：F=9.84375MHz
c)A/D变换分辨率：8Bit
d)行频：F=15.625KHz
e)帧频：F=50HZ
f)双端口RAM存储空间：＞1K字节
g)行消影时DSP对双端口RAM进行读数据操作
h)DSP数据总线：32位、时钟频率＞40MHz、程序内存＞2M字节、数
据缓冲区＞2M字节、知识库内存＞4M字节
在图象处理平台上图象处理软件、目标识别软件、目标运动参数处理 软件根据知识库的数据、对图象进行处理、目标识别，情报分析；完成目标 识别与运动参数测量，行车位置和方向测量，道路标识牌情报的获取
软件库主要有：
a)图象处理软件包
b)知识库
c)目标识别软件包
d)目标运动参数处理软件包
e)PID自动控制软件包
f)自动驾驶决策判据软件包
控制接口：控制方向盘的数字并行口、控制汽车速度的数字并行口以 及控制紧急刹车、灯光、鸣笛的开关指令接口
执行机构：主要有数字可控制的方向盘、数字可控的调速机构
2)软件部分主要有：
目标识别与运动参数测量：图象处理平台根据知识库的标准道路模型使 用图象处理软件对左右图象进行初步图象分割，分割出行车道路区域；并在 行车道路区域内进行直方图统计，根据知识库路面灰度统计数据，将左右两 幅图象中的路面和目标区域分割出来；再统计每个目标的面积Si和质心Oi
在左右两幅图象内进行图象匹配，并且找出同一目标的Ar(Oir)和 A1(Oil)，再根据
X=D/(tanAl(Oil)-tanAr(Oir))
Y=XSinE
Z=Xtan Ar(Oir)+D/2
确定目标的位置
根据
X’=(X(t-1)-X(t))/Δ
Y’=(Y(t-1)-Y(t))/Δ
Z’=(Z(t-1)-Z(t))/Δ
确定目标的速度；
行车位置和方向测量：首先图象处理软件对双目摄像系统传输到图象 处理平台的左右两幅图象根据车道模型分割出方向、位置参考线区域，再在 方向、位置参考线区域内进行直方图统计，分离出方向、位置参考线；并用 曲线拟合的办法，使不连续的方向、位置参考线拟合成连续的方向、位置参 考线。
再在两幅图象中分别找出对应X1=20m、X2=10m方向、位置参考线的EL (X1)、EL(X2)、ER(X1)、ER(X2)；再根据方向、位置参考线上的EL(X1)、EL (X2)、ER(X1)、ER(X2)找出对应的AL(X1)、AL(X2)、AR(X1)、AR(X2)，再 算出
Z1(X1)=X1tanAR、Z2(X2)=X2tanAL,(A＜0)
Z1(X1)=X1tanAL、Z2(X2)=X2tanAR,(A＞0)
最后再算出汽车偏离方向、位置参考线的距离：
Z=2(Z2(X2)-Z1(X1))+Z1(X1)
汽车行进方向与方向、位置参考线的夹角为：
β=arctan(2(Z(X)-Z(X))/10)
通过对双目摄像系统输入到图象处理平台的左右两幅图象处理，目标 识别与运动参数的测量，行车位置和方向的测量以及道路交通情报的采集， 汽车自动驾驶系统就获得了行车道路的所有情报；行车道有无汽车，汽车的 相对速度是多大，距离是多少，超车道有无汽车，汽车的相对速度和距离是 多大；自己行驶在哪个车道，与方向、位置参考线的相对位置和方向信息， 以及下一个出口名称、编号，出口距离等信息全部获得；汽车自动驾驶系统 下一部工作就是根据获得的情报用自动驾驶决策软件进行自动行驶决策； 驾驶策略决策：
a)当行车道上无目标时，汽车继续正常行驶
b)当行车道上发现目标，且目标相对速度小于零，超车道无目标，汽
车进行超车操作；若超车道有目标，但目标相对速度大于零，汽车也
进行超车操作；
c)当行车道上发现目标，且目标相对速度小于零，超车道有目标，且
目标相对速度小于零，汽车进行减速行驶；
d)自动驾驶：根据α=ΔZ/V自动控制汽车方向盘，调整汽车行进方
  向和位置
e)超车操作：根据超车的固定程序执行；
f)紧急刹车：如因方向驾驶失灵，汽车向隔离带或护栏固定目标方向
  行驶(ΔZ大于预定值)，应紧急刹车
g)根据交通标牌提示进行操作，行驶到你设置的出口处给你出口提
  示；
决定了如何行驶后，就是如何控制汽车自动行驶的问题了，汽车自动 驾驶系统的PID自动控制软件根据上述决策和路况信息完成汽车的自动控 制；
汽车方向和位置控制：
汽车方向和位置控制方案，Z^为正常行车时方向、位置参考线的Z坐 标，Z为方向、位置参考线的实际坐标，X方向、位置参考线参考点的X坐 标；
设在方向、位置参考线10米处选一参考点，并测得这一参考点的坐标 为(10,-y,z)，正常行车时方向、位置参考线参考点的坐标为(10,-y, 1)，与正常行车路线相比偏离方向β=(z-1)/10；经PID校正后控制驱动 马达转动汽车方向盘，使方向盘转动α角(α=β)，同时汽车行进速度产 生一Z方向的速度Z’=αV，经速度积分后汽车位置z(1)，经过反复调整一直 到z(n)=1,β=0，汽车方向盘角度α=0，汽车进入正常行驶状态；
这样的方法，汽车就可以在拐弯半径大于500米的公路上自动沿方向、 位置参考线方向行驶；
汽车速度控制：
汽车速度控制方案，V^是行车前方汽车的速度，V是行车速度；当不能 超车时，DSP测量出和行车前方汽车的相对速度ΔV，调整自动变速装置， 使相对速度为0；但是如果行车速度大于根据气象条件推荐的速度时，DSP 将控制行车速度小于或等于推荐速度；
2．根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征是：1)中的双 目摄像装置中的模拟信号处理，为了使逆光条件下图象清晰，层次分明，每 路图象信号采用时分隔编程AGC控制，时分隔编程AGC控制信号由图象处理 产生；
3．根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征是1)中的执行 机构的技术特征为：数字控制方向盘，汽车方向盘的轴上加装轴角编码器(轴 角编码器14位)，离合器，力矩马达通过离合器和方向盘的轴连接，力矩马 达由PWM功放驱动；
自动调速系统，为了调速方便容易实现，自动变速系统也可仅控制油 门；油门加装轴角编码器和驱动马达，由DSP用数字控制；DSP首先将车与 目标的相对速度X’测量量转变成相对应的油门开关的旋转角度数据，然后 再控制油门开关的旋转角度，使进油量和速度相一致；
4．根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征是：2)行车位 置和方向的测量中所述的“方向、位置参考线”可选择为：车道标识线、隔 离带、防撞护栏等参考线。
5．根据权利要求1所述的汽车自动驾驶系统，其特征在于2)目标识 别与运动参数测量中图象匹配的技术特征是：在左右两幅图象内分别获得Sir 和质心Oir,Skl和质心Okl，如果Sir=Skl并且Er(Oir)≌El(Okl)，则目标I 和目标k是同一目标；进行图象匹配；
6．根据权利要求1、2、3、4、5所述的汽车自动驾驶系统，其特征在 于2)中还包括道路标识牌的情报获取；其技术特征为：
首先图象处理软件根据知识库公路模型对摄像系统传输到图象处理平 台的图象进行处理，分割出交通标牌的大似区域，在这个区域内再用直方图 统计的方法分割出交通标牌区域；
文字识别：在文字识别前，首先在交通标识牌区域内分割文字块的行 和列；行的分割，在文字块区域里，按E轴统计二值图的分布密度，显而易 见当P(E)=0时是行的分割线，P(E)＞0时是文字行；
在某一行内(E2～E3)再统计P(A)可以识别列的分割线和单一文字块；
在单一文字块区域内，再统计P’(E)，根据P’(E)和知识库文字模型可 识别少量交通标识牌专用文字，并根据知识库事先的知识理解文字的含义； 作为驾驶策略决策的条件；
高速公路的交通标识牌主要信息有：道路出口、道路入口名称及编号， 下一个出口距离，体息维修场所，等等信息；通过上述处理，就可以获得这 些信息。

暂无