無(wú)人駕駛車輛任務(wù)計(jì)劃_圖文

1、無(wú)人車項(xiàng)目任務(wù)詳細(xì)計(jì)劃武漢大學(xué) 李明項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)適用于城市道路環(huán)境的無(wú)人駕駛車輛。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)層次自主駕駛智能車系統(tǒng)架構(gòu)包括圖中所示的六個(gè)部分:傳感器層傳感器層:(姿態(tài)傳感器、場(chǎng)景傳感器分別感知車輛姿態(tài)和外部環(huán)境,根據(jù)不同傳感 器的特點(diǎn), 利用激光雷達(dá)主要獲取 20m 以內(nèi)的高程信息、 視覺傳感器獲取 50m 以內(nèi)的環(huán)境 信息;通過 GPS /INS/車輛內(nèi)部傳感器獲取行車的姿態(tài)、位置信息。感知識(shí)別層 :通過 Unscented Kalman濾波跟蹤車輛姿態(tài)、位置;建立自適應(yīng)網(wǎng)格,通 過統(tǒng)計(jì)方法分析激光雷達(dá)數(shù)據(jù); 通過特征提取和模式識(shí)別分析視覺信息; 通過信號(hào)處理分析 雷達(dá)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)物體

2、;綜合以上結(jié)果識(shí)別障礙物(正障礙物(石塊、路障等 , 負(fù)障 礙物(溝壑、水坑等 、跟蹤移動(dòng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(車輛、行人 。局部地圖層局部地圖層:根據(jù)感知結(jié)果分別建立以行駛車輛為中心的激光雷達(dá)局部地圖、 視覺光學(xué) 局部地圖、雷達(dá)感知局部地圖。并實(shí)現(xiàn) GPS 信息、 GIS 已知道路信息、航拍信息、車輛位 置和姿態(tài)信息的疊加。 提供一種直觀了解行車環(huán)境各種信息處理結(jié)果的實(shí)時(shí)二維, 離線三維 的綜合地圖。路徑規(guī)劃層路徑規(guī)劃層:根據(jù)地圖、 感知信息分析可供行駛的道路范圍;根據(jù)車速、道路復(fù)雜度生 成平滑的可能行駛路線;分析靜態(tài)、動(dòng)態(tài)障礙物和交通規(guī)程形成局部路徑規(guī)劃。行駛控制層行駛控制層:根據(jù)路徑規(guī)劃結(jié)果和車輛內(nèi)

3、部的各種傳感器信息, 生成對(duì)車輛檔位、 油門、 方向的控制命令, 保持車輛平穩(wěn)高速行駛, 實(shí)現(xiàn)自主駕駛。 實(shí)現(xiàn)內(nèi)部成員和遠(yuǎn)程駕駛控制系 統(tǒng),可以在任何時(shí)候接管自動(dòng)駕駛的車輛,保證車輛人員安全。輔助服務(wù)層輔助服務(wù)層:實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)高速通信(Inter-Process Communication (IPC 、數(shù)據(jù)和命令實(shí)時(shí)記錄(log 、離線仿真調(diào)試環(huán)境(offline replay and debug 、 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等各種輔助功能。圖 1、 智能車層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),保證各系統(tǒng)單獨(dú)可測(cè)試1. 考慮到多機(jī)器,異步處理,可以考慮將時(shí)間進(jìn)行同步, 位置姿態(tài)信息進(jìn)行廣播,

4、 這樣每 臺(tái)機(jī)器都可以獨(dú)立處理。每臺(tái)機(jī)器錄像都可以事后分析處理。2. 上下位機(jī)形式的分布式結(jié)構(gòu)圖像采集、 3D 雷達(dá)占用帶寬太多,可以采用第二個(gè)網(wǎng)卡進(jìn) 行流量分離 圖 1, 系統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 主要研究開發(fā)工作道路范圍檢測(cè)1. 首先考慮在沒有任何障礙物和陰影的情況下的道理范圍識(shí)別, 采用顏色、 紋理等特征進(jìn) 行分 類得 到道路范圍。2. 加上陰影、不同光 照 的 干擾 情況下的道路范圍識(shí)別。3. 添 加靜態(tài)障礙物和不規(guī) 則區(qū)域 的道路范圍識(shí)別。 (a 利用顏色進(jìn)行道路分割 (b 利用紋理進(jìn)行道路分割 (c FC 比賽的各種場(chǎng)景圖二圖二、 、 道路范圍檢測(cè)圖道路標(biāo)線的識(shí)別1. 采用道路水平 假設(shè) ,

5、高速 公 路車道中心線的 曲率 C 隨 車道 弧長(zhǎng)呈 線 性變 化,建立簡(jiǎn)化 道路模 型 。2. 提取 相 應(yīng)的特征, (Gabor 、 Haar 、紋理特征、顏色特征 ,并進(jìn)行特征 融 合、特征 選擇 。3. 利用 最大 后 驗(yàn)概率估 計(jì) 轉(zhuǎn) 化為道路模 型參 數(shù)的 最優(yōu)估 計(jì) 問題 。 圖三圖三、 、 車道線提取交通標(biāo)志識(shí)別1. 利用 Haar 特征和 Adaboost 進(jìn)行交通標(biāo) 志檢 測(cè)。2. 增 加 梯 度直方圖(HOG 特征,提高 檢 測(cè)的 魯棒性3. 利用 更 多的 細(xì)節(jié) 特征進(jìn)行交通標(biāo) 志 識(shí)別。 (a 用 Adaboost 進(jìn)行交通標(biāo)志檢測(cè) (b 交通標(biāo)志識(shí)別結(jié)果 (c FC

6、 比賽的要求 圖四圖四、 、 交通標(biāo)志識(shí)別車輛行人檢測(cè)利用 Haar 特征和 Adaboost 進(jìn)行行人車輛目標(biāo) 檢 測(cè)。利用 Karman 進(jìn)行濾波跟蹤。 a 行人 檢 測(cè) 決策 過程 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理累計(jì)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理首先建立自適應(yīng)網(wǎng)格網(wǎng)格 大小 為 10cmx10cm ,將多個(gè)激光雷達(dá)獲 得 的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 形成 20m 內(nèi)的高程數(shù)據(jù)。利 用 多 次 觀 測(cè) , 提 高 數(shù) 據(jù) 的 有 效 性 , 同 時(shí) 避 免 車 輛 姿 態(tài) 、 地 形 變 化 造 成 的 誤 差 。 投 影圖線特征深 度圖 道路范圍檢測(cè)1. 對(duì)于水平道路利用 幾 何特征進(jìn)行簡(jiǎn)單分 類 。2. 對(duì)于形狀復(fù)雜路

7、 段 利用 Haar 特征在不同 尺 度上進(jìn)行分 類3. 對(duì)于 起伏 路 段 利用不同 尺 度的局部特征進(jìn)行分 類 可行駛區(qū)域分類通過統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別進(jìn)行地形分 類 ,生成可行駛 區(qū)域 、障礙物、 未 知 區(qū)域 。通過多 幀 數(shù)據(jù)分析分 類 結(jié)果, 產(chǎn) 生道路 區(qū)域 。并 找出 運(yùn)動(dòng)障礙物。為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤 做準(zhǔn)備 。 動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別跟蹤利用點(diǎn)模 型 和 Box 模 型 對(duì)車輛等目標(biāo)進(jìn)行跟蹤利用復(fù)雜形狀特征對(duì)行人進(jìn)行跟蹤 路點(diǎn)內(nèi)插平滑根據(jù) RNDF 和任 務(wù)文件產(chǎn) 生 更 多的路點(diǎn),并進(jìn)行平滑。正常路線規(guī)劃首先考慮直線道路 且 不考慮障礙物。 車輛能 夠沿著 道路中心線行駛, 能根據(jù)車輛模 型

8、和 坡 度 的高 低 調(diào) 整 控制系統(tǒng)。主要 完 成 最基本 的路徑生成方法和路徑規(guī)劃 與 車輛控制 之 間的交 互 。 生成可行駛軌跡表1. 根據(jù)車輛 起始 點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位置,在狀態(tài) 空 間生成多 條 可行駛的路線。2. 根據(jù)生成路線, 產(chǎn) 生在不同路線上等間 隔 不同位置的控制 參 數(shù)。 (a 通過控制空間和參數(shù)空間產(chǎn)生可行駛軌跡 (b 顯示可行駛軌跡表有障礙物情況下的規(guī)劃根據(jù)地圖、 感知信息分析可供行駛的道路范圍; 根據(jù)車速、 道路復(fù)雜度生成平滑的可能行駛 路線, 分析靜態(tài)形成局部路徑規(guī)劃, 生成平滑和復(fù)雜路線, 供 避開突然 障礙物, 做 應(yīng) 急反 應(yīng)。 處理復(fù)雜靜態(tài)場(chǎng)景交通場(chǎng)景復(fù)雜(

9、轉(zhuǎn)彎 , 十字 路 口 。主要 研究 復(fù)雜道路環(huán)境下車輛 如 何根據(jù)自 身 狀態(tài)生成平 滑路徑。解 決轉(zhuǎn)彎 時(shí)沒有車道線情況下車輛的局部路徑規(guī)劃?？紤]動(dòng)態(tài)障礙物影響對(duì)可通行 區(qū)域 進(jìn)行安全 性評(píng)估 。 設(shè) 計(jì)可通行 區(qū) 通過 代價(jià)函 數(shù)。 分析靜態(tài)、動(dòng)態(tài)障礙物, 可以 設(shè) 置 硬約束 和 軟約束來 形成局部路徑規(guī)劃。 結(jié)構(gòu)化道路難 點(diǎn)在于 U-turn 中對(duì) 拐彎半 徑的控制,可以采用三點(diǎn)調(diào) 頭 。非 結(jié)構(gòu)化道路需 要用到 D*算 法,將生成的 柵 格路線根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng) 參 數(shù)進(jìn)行平滑。 車身 CAN' 總線信息讀取 ECU 結(jié)構(gòu)車輛橫向控制在車輛運(yùn)動(dòng)的 研究 中有三個(gè)自 由 度, 即

10、 車輛的 側(cè) 向、 橫擺 和 側(cè)傾是經(jīng)常 要考慮的。 研究轉(zhuǎn) 向, 也就是研究操縱 穩(wěn) 定性 , 只 要考慮車輛的 側(cè) 向 (lateralmotion平移、 繞 過 質(zhì) 心的 鉛 直 軸 的運(yùn)動(dòng), 即橫擺 運(yùn)動(dòng) (yawingmotion即 可。 因而 ,可將車輛 看 成 是投 影在地 面 的不計(jì)高度的 剛 體。 本 研究從四輪前輪轉(zhuǎn) 向車分析 入手 建立 四輪 車輛模 型 。 電 動(dòng)助 力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)主要 含 有信號(hào)傳感 裝 置 (包括 扭矩 傳感器和車速傳感器 , 轉(zhuǎn) 向助 力 機(jī)構(gòu) (電 機(jī)、離合器、 減 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 及電 子控制 裝 置。 它 主要利用 電 動(dòng)機(jī) 產(chǎn) 生的動(dòng) 力 來幫

11、助駕駛員進(jìn)行 轉(zhuǎn) 向的,可將系統(tǒng)劃分為三 大 主要部分。機(jī) 械 系統(tǒng)主要 由 方向 盤 、 轉(zhuǎn) 向 軸 、 小齒輪 、 齒條 、 橫拉桿 和 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 等 組 成 ; 助 力 系統(tǒng)主要 由 助 力電 機(jī)、 電磁 離合器、 減 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成 ; 電 控單 元 ECU(EleetricConirolUnit含 有 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)控制 電 路、傳感 器 檢 測(cè) 電 路、控制 電 路等。 車輛 縱 向控制縱 向動(dòng) 力 學(xué)系統(tǒng) 總 成包括:發(fā)動(dòng)機(jī)、 節(jié)氣 門 執(zhí) 行器、 液力變矩 器、自動(dòng) 變 速器、輔助制動(dòng)系統(tǒng)、車輛傳動(dòng)、行駛系 及整 車運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。各 總 成 相互 間的 轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn) 速傳 遞關(guān) 系

12、如 圖所示。 實(shí)現(xiàn)車輛 遙 控通過無(wú)線 完 成車輛的 遙 控 工作 。 建立車輛控制模 型 時(shí)間安排整 個(gè) 五 個(gè) 階段 , 考慮到 前期 的任 務(wù) 多為 開 發(fā), 相 應(yīng)的目標(biāo)可控, 中 期 主要 是算 法 研究 發(fā) 表論 文 , 后 期 為 參賽準(zhǔn)備階段 。 因此 時(shí)間安 排 應(yīng) 當(dāng)前期更緊 一 些 , 盡 量提 前完 成 相關(guān) 的 開 發(fā)和 算 法 工作 , 因此 各 期 的時(shí)間安 排如 下, (具 體 還需 要 大家討論 一下第一階段目標(biāo) 第一階段目標(biāo)(智能車基礎(chǔ)軟件開發(fā)階段 智能車基礎(chǔ)軟件開發(fā)階段 一個(gè) 月 時(shí)間 第二階段目標(biāo) 第二階段目標(biāo)(道路識(shí)別和路線規(guī)劃階段 兩 個(gè) 月 時(shí)間

13、第三階段目標(biāo) 第三階段目標(biāo)(靜態(tài)障礙物識(shí)別和路線選擇階段 靜態(tài)障礙物識(shí)別和路線選擇階段 兩 個(gè) 月 時(shí)間 第四階段目標(biāo) 第四階段目標(biāo)(動(dòng)態(tài)障礙物跟蹤和復(fù)雜行駛行為階段 動(dòng)態(tài)障礙物跟蹤和復(fù)雜行駛行為階段 兩 個(gè) 月 時(shí)間 第五階段目標(biāo) 第五階段目標(biāo)(針對(duì)智能車挑戰(zhàn)賽 針對(duì)智能車挑戰(zhàn)賽, , 仿真測(cè)試階段 仿真測(cè)試階段 三個(gè) 月 時(shí)間人員安排(具 體分 工需 要 大家討論 申請(qǐng)專 利。階段目標(biāo)1. 系統(tǒng) 研究開 發(fā)分為 5個(gè) 階段 。分別 完 成無(wú)人駕駛智能車的 開 發(fā)、 算 法 研究 、 論文 發(fā) 表 、 和 比賽準(zhǔn)備 等 四項(xiàng) 任 務(wù) 。2. 各 階段 的時(shí)間安 排 中,開 發(fā)時(shí)間 約 占 3

14、0%, 算 法 研究 發(fā) 表論文 50%, 系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試占 20%。 3. 測(cè)試安 排 ,先 期 測(cè)試時(shí)間可以安 排少 一 些 ,主要 是 單 元 測(cè)試,可以每一個(gè) 月 將各部分集 成測(cè)試一下。后 期 測(cè)試 逐 步加 強(qiáng) ,可以沒 半 個(gè) 月或兩周 集成測(cè)試一下。以提高系統(tǒng)穩(wěn) 定性 。 4. 發(fā) 表文章 方 面 ,將每個(gè) 階段開始前確定 發(fā) 表 的 文章題 目,提 綱 和實(shí) 驗(yàn) 方 案 ,并每 兩周組 織文章 進(jìn) 展 交流,提高 文章 發(fā) 表質(zhì) 量。第一階段目標(biāo) 第一階段目標(biāo)(智能車基礎(chǔ)軟件開發(fā)階段 智能車基礎(chǔ)軟件開發(fā)階段 本階段 目標(biāo) 是 將智能車實(shí)現(xiàn)各種傳感器的動(dòng)態(tài)采集、信息 融 合 顯

15、示。 各部分 開 發(fā) 工作如 下: 感知識(shí)別部分1. 開 發(fā) 完 成各種傳感器 驅(qū) 動(dòng),實(shí)現(xiàn)各種傳感器數(shù)據(jù)的采集、動(dòng)態(tài) 顯 示。2. 對(duì) 普 通 相 機(jī)、 千兆 網(wǎng) 相 機(jī)標(biāo) 定 , Sick 雷達(dá)、 3D 雷達(dá)進(jìn)行標(biāo) 定 (統(tǒng)一 坐 標(biāo)為 3D 雷達(dá)中 心3. 通過 NTP 服務(wù) 實(shí)現(xiàn)各個(gè) 工 控機(jī)時(shí)間同步,對(duì)傳感器數(shù)據(jù)加上時(shí)間 戳 。路徑規(guī)劃部分4. 導(dǎo)入 路網(wǎng) 定義文件 (RNDF ,和各種傳感器信息 融 合 顯 示。5. 根據(jù)已知的道路數(shù)據(jù),將道路控制點(diǎn)內(nèi) 插 ,達(dá)到可供車輛行駛控制的程度。 6. 采集車輛 GPS 定 位信息,動(dòng)態(tài) 顯 示車輛的運(yùn)行 軌跡 。車輛控制部分7. 熟悉 車

16、輛 縱 向、 橫 向控制機(jī)理。 8. 設(shè) 計(jì)車輛行駛控制方 案9. 通過 CAN 總 線,采集車輛的 參 數(shù)文章 發(fā) 表 計(jì)劃3D 激光雷達(dá)和視 頻 數(shù)據(jù)的標(biāo) 定本階段 的測(cè)試目標(biāo) 是1. 各種傳感器信息采集 是否 正 確 、實(shí)時(shí)。 2. 能 否 統(tǒng)一到統(tǒng)一 坐 標(biāo)系,同步 是否 正 確 。3. GPS 位置信息和路網(wǎng) 文件是否顯 示正 確 ,車輛動(dòng)態(tài) 軌跡是否連續(xù) 。 4. 通過 CAN 總 線采集車輛運(yùn)行 參 數(shù) 是否 正 確 。第二階段目標(biāo) 第二階段目標(biāo)(道路識(shí)別和路線規(guī)劃階段 本階段 目標(biāo) 是 通過實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單道路識(shí)別和結(jié)構(gòu)化路線規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)車輛在 低 速行駛。(基本 平直、車道線 明顯 、

17、道路特征和 非 道路 區(qū) 別 明顯 , 顏色、紋理 區(qū) 別 明顯 、 道路 與周 圍高度不同 感知識(shí)別部分1. 基 于色 彩 和 灰 度特征 檢 測(cè)車道線 2. 通過車道模 型 ,進(jìn)行車道線跟蹤3. 通過局部高度、平 整 度、法向量等特征識(shí)別道路范圍。 4. 通過 幾 何特征特征識(shí)別道路 邊 溝。路徑規(guī)劃部分5. 根據(jù)車輛 起始 點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位置,在狀態(tài) 空 間生成多 條 可行駛的路線。 6. 根據(jù)生成路線, 產(chǎn) 生在不同路線上等間 隔 不同位置的控制 參 數(shù)。車輛控制部分8. 設(shè) 計(jì)步進(jìn) 電 機(jī)控制器。 9. 購(gòu)買液壓 控制器。10. 設(shè) 計(jì)車輛方向控制機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)車輛 橫 向控制。文章 發(fā)

18、表 計(jì)劃多特征 融 合的車道線 檢 測(cè)?；?于局部特征的 3D-Lidar 道路 檢 測(cè)本階段 的測(cè)試目標(biāo) 是1. 車道 檢 測(cè)跟蹤 是否 正 確 ,跟蹤 是否準(zhǔn)確 。 2. 道路范圍 是否 識(shí)別正 確 ,識(shí)別 準(zhǔn)確 度。3. 可行駛路線 產(chǎn) 生 是否 可有行駛控制機(jī)構(gòu)達(dá)到。 4. 車輛 橫 向控制的時(shí) 延 、 精準(zhǔn) 度、穩(wěn) 定性 。第三階段目標(biāo) 第三階段目標(biāo)(靜態(tài)障礙物識(shí)別和路線選擇階段 靜態(tài)障礙物識(shí)別和路線選擇階段 本階段 目標(biāo) 是 通過識(shí)別靜態(tài)障礙物和交通標(biāo) 志 ,實(shí)現(xiàn)車輛在可控的 低 速行駛。 (在車輛 必經(jīng) 的路線上 隨 機(jī) 設(shè) 置 固定 障礙物和 明顯 的交通標(biāo) 志 , 檢 測(cè)系統(tǒng)

19、的感知能 力 和車輛 橫 向控制能 力 感知識(shí)別部分1. 通過識(shí)別 明顯 的靜態(tài)障礙物 2. 在自 然 場(chǎng)景中 檢 測(cè)交通標(biāo) 志 3. 識(shí)別交通標(biāo) 志 的內(nèi) 容路徑規(guī)劃部分1. 對(duì) 產(chǎn) 生行駛路線通過感知生成的局部障礙物地圖進(jìn)行 評(píng)價(jià)選擇 。 2. 對(duì)行駛過程中行駛控制 與 規(guī)劃路線 產(chǎn) 生的 偏差 進(jìn)行控制處理。 3. 可以 產(chǎn) 生 變 道規(guī)劃路線。車輛控制部分。度速駛行的輛車制控高提 分部制控輛車 。統(tǒng)系的整完成形，法算劃規(guī)線路種各合組整完 。作動(dòng)劃規(guī)線路等車停、 現(xiàn)實(shí) 分部劃規(guī)徑路 。性定穩(wěn)高提，能性法算別識(shí)種各試調(diào) 。統(tǒng)系成形，法算理處、器感傳合組的擇選有，境環(huán)駛行的賽比據(jù)根 分部別識(shí)知感 。度速駛行高提，法算化優(yōu)并，能性項(xiàng) 各的統(tǒng)系駛駕人無(wú)試測(cè)，境環(huán)駛行的應(yīng)相計(jì)設(shè)，點(diǎn)特和求要賽比的賽戰(zhàn)挑據(jù)根是標(biāo)目段階本 ）段階試測(cè)真仿，賽戰(zhàn)挑車能智對(duì)針（標(biāo)目段階五第 ）段階試測(cè)真仿，賽戰(zhàn)挑車能智對(duì)針（標(biāo)目段階五第 ）段