本发明属于车辆自动控制技术领域，具体是具有实时更新道路信息功能的车辆自动驾驶系统。
背景技术：
随着我国车辆持有量的增加，道路交通拥堵现象越来越严重，每年发生的交通事故也在不断上升，为了更好的解决这一问题，研究和开发车辆自动驾驶系统很有必要。
现有的一种车辆自动驾驶系统是由装在驾驶室的摄像机和图像识别系统辨别驾驶环境，然后由车载主控计算机、GPS定位系统和路径规划软件根据预先存好的道路地图等信息对车辆进行导航，在车辆的当前位置和目的地之间规划出合理的行驶路径将车辆导向目的地。
上述车辆自动驾驶系统中，通过摄像机和图像识别系统来辨别驾驶环境不能监测路段的整体环境，不能做到提早预防，极大的降低了用户的驾车体验；另外，由于道路地图是预存于车辆内，其数据的更新依赖于驾驶员的人工操作，更新频率不能够保证，即使驾驶员能够做到及时更新，也可能由于现有资源里没有关于道路的最新信息而使得最终得到的资料不能够反应当下的道路情况，最终造成行车路线不合理，导航准确率不高，给行车带来不便。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可及时更新道路信息、导航准确率较高且能有效识别车辆周围驾驶环境的实时更新道路信息的车辆自动驾驶系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
具有实时更新道路信息功能的车辆自动驾驶系统，包括设置在车辆内部的车辆控制单元、以及与所述车辆控制单元电连接的定位系统、信息收发装置和线控转向系统，还包括铺设在路面的车辆监测模块，所述车辆监测模块包括多组光敏传感器和/或多组超声波传感器、光敏开关控制单元、测速单元、射频识别单元、数据存储单元和数据发送单元；所述车辆控制单元和车辆监测模块通过所述数据发送单元和信息收发装置实现无线通讯连接；所述车辆监测模块用于实时监测路段的车辆行驶信息；
所述车辆控制单元通过定位系统记录车辆行车路线，并通过所述信息收发装置与城市道路监控中心进行信息交换，对所述城市道路监控中心提供的道路信息进行修正；通过所述线控转向系统记录方向盘的动作，并综合所述定位系统对转向数据中的道路弯度和路口转角弯度进行修正，在激活自动驾驶功能时，所述车辆控制单元根据选定路段的道路信息、转向数据以及所述车辆监测模块实时监测的车辆行驶信息对车辆进行自动驾驶控制。
具体地，所述多组光敏传感器/超声波传感器中每一组均设有两个光敏传感器/超声波传感器，所述两个光敏传感器/超声波传感器之间的距离是固定的，且相邻每两组光敏传感器/超声波传感器之间的距离也是固定的；所述光敏传感器/超声波传感器还连接有计时器，当传感器触发时开始计时；
所述光敏传感器/超声波传感器均用于对路面车辆进行测速，以及感知车辆周围的驾驶环境信息，所述驾驶环境信息包括车辆周围的静、动态障碍物、前后车的车距以及相对车速信息；所述多个光敏传感器/超声波传感器的位置信息事先都存储在所述数据存储单元内，所述车辆控制单元根据所述位置信息判断车辆周围的静、动态障碍物离车辆的实时距离以及前后车的车距信息。
具体地，所述光敏开关控制单元与所述多组光敏传感器、多组超声波传感器、测速单元电连接，用于控制所述超声波传感器在无光条件下代替所述光敏传感器工作；
通过所述光敏开关控制单元实现所述光敏传感器与超声波传感器的交替工作，既能在夜晚也同样实现对车辆的监控，同时还能减少传感器的负担，避免长时间工作而损坏。
具体地，所述射频识别单元包括安装在车内的射频卡和设置在路面的读写器，所述射频卡内存储有车主的身份信息和车辆的信息，每组所述光敏传感器/超声波传感器之间均设有所述读写器；
当车辆驶过一组光敏传感器/超声波传感器时，必定经过所述读写器，所述读写器通过读取车辆内的射频卡即可识别车主的身份信息及车辆的信息。
具体地，所述车辆控制单元与车辆的驱动电机相连，所述车辆控制单元在自动驾驶时根据输入的限制车速、选定的路段、当前路段车辆行驶信息，利用接近原则通过控制驱动电机的转速来控制行车速度，在行车速度接近限制车速时，通过调节驱动电机的输出转速的比例积分使车速保持稳定状态。
具体地，所述车辆控制单元与车辆的声音报警器相连，所述车辆控制单元在车辆接近自动驾驶目的地时，控制声音报警器发出报警音，告知驾驶员将要到达目的地，并将车速降至预定车速；
进一步地，所述车辆控制单元还与车辆后方的车辆警示灯相连，所述车辆控制单元在车辆接近目的地时自动打开车辆警示灯。
具体地，所述车辆控制单元在车辆每次启动前，自动检测车辆内自动驾驶系统中各部件的状况并验证系统状态，在检测到所述驾驶系统运行正常的情况下，允许启用所述驾驶系统；在检测到所述驾驶系统运行异常时，自动禁止所述驾驶系统的启用；当所述驾驶系统因系统异常被禁止后，所述车辆控制单元只有在整车执行下电再上电操作之后，才会再次对所述驾驶系统进行自检；
进一步地，所述车辆控制单元还与车辆的仪表盘警示灯相连，所述车辆控制单元在检测到车辆内自动驾驶系统运行异常时，控制仪表盘警示灯不停闪烁，告知驾驶员当前车辆状况。
具体地，在自动驾驶系统运行的过程中，所述车辆控制单元根据设于车辆控制面板上的自驾功能终止键的输入命令强行退出自动驾驶系统，所述车辆自动驾驶系统被强行退出后，车辆控制单元只有在整车执行下电再上电的操作之后，才会再次对车辆自动驾驶系统进行自检；
进一步地，在车辆到达目的地之后，所述车辆控制单元根据设于车辆控制面板上的自驾功能终止键的输入命令正常退出自动驾驶系统，所述车辆自动驾驶系统正常退出后，不用执行整车下电再上电的操作，即可再次激活自动驾驶功能。
具体地，所述道路信息包括城市地图、路段长度、路口位置、红绿灯位置、各路段红绿灯数量、红绿灯之间的距离以及红绿灯的时间间隔。
具体地，所述数据存储单元内存储有全部光敏传感器/超声波传感器的位置信息，所述车辆行驶信息包括车辆周围环境信息、前后车的车距以及相对车速信息。
可选地，所述实时更新道路信息的车辆自动驾驶系统还可用于光伏公路上，直接通过监测单个光伏板的电信号的变化即可测出在光伏公路上行驶车辆的运动参数，这样可以减少传感器的使用，使系统结构更加简单。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过车辆控制单元的自学习功能，利用定位系统记录驾驶员的行车路线，并通过和城市道路中心的数据交互，修正、完善道路信息；当驾驶员疲劳时，可以通过控制面板激活自动驾驶功能并设置一个限制车速，根据修正的道路信息，利用车辆控制单元自动控制电机转矩输出和车辆转向的方法，降低驾驶员的驾驶负担，缓解驾驶员的疲劳；且本发明将车辆监测模块铺设在路面对道路车辆驾驶环境信息进行实时监测，通过多组传感器同时监测，可以监测道路的整体环境信息，做到提早预防，从而避免道路安全事故的发生；本发明通过光敏传感器和超声波传感器交替对路面车辆进行监测，不仅能在夜间达到和白天同样的监测效果，还能防止传感器因长时间工作而损坏，从而保障了所述车辆自动驾驶控制的稳定性，延长本发明的使用寿命。
附图说明
图1为本发明具有实时更新道路信息功能的车辆自动驾驶系统的结构示意框图；
图2为本发明中车辆监测模块的结构示意框图；
图3为本发明具有实时更新道路信息功能的车辆自动驾驶系统的工作流程示意框图；
图4为实施例2中车辆监测模块的结构示意图；
图中：1、车辆控制单元；101、定位系统；102、线控转向系统；103、信息收发装置；2、车辆监测模块；201、光敏传感器；202、超声波传感器；203、光敏开关控制单元；204、测速单元；205、射频识别单元；206、数据发送单元；207、数据存储单元；208、电信号监测单元；209、数据处理单元。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1至3所示，本实施例提供了一种实时更新道路信息的车辆自动驾驶系统，包括设置在车辆内部的车辆控制单元1、以及与所述车辆控制单元1电连接的定位系统101、信息收发装置103和线控转向系统102，还包括铺设在路面的车辆监测模块2，所述车辆监测模块2包括多组光敏传感器201、多组超声波传感器202、光敏开关控制单元203、测速单元204、射频识别单元205、数据存储单元207和数据发送单元206；所述车辆控制单元1和车辆监测模块2通过所述数据发送单元206和信息收发装置103实现无线通讯连接；所述车辆监测模块2用于实时监测路段的车辆行驶信息；
具体地，所述定位系统101为车载GPS定位系统，所述车辆控制单元1通过定位系统101记录车辆行驶路线，并通过信息收发装置103以GPRS通讯或者3G通讯的方式，实现与城市道路监控中心的信息交互，由城市道路监控中心获得城市地图、路段长度、路口位置、红绿灯位置、各路段红绿灯数量、红绿灯之间的距离、红绿灯的时间间阳等道路信息，并通过多次行车时定位系统101获得的行车路线、停车位置、停车间阳等信息对上述道路信息进行修正；通过所述线控转向系统102记录驾驶员对方向盘的操作，并综合所述定位系统101对转弯位置、转弯半径等信息进行记录，进而对城市道路监控中心提供的道路信息中的道路弯度和路口转角弯度等转向数据进行修正，完善道路信息，并在后期驾驶过程中，进行进一步的验证和校正。
具体地，所述多组光敏传感器201/超声波传感器202中每一组均设有两个光敏传感器201/超声波传感器202，所述两个光敏传感器201/超声波传感器202之间的距离是固定的，且相邻每两组光敏传感器201/超声波传感器202之间的距离也是固定的；所述光敏传感器201/超声波传感器202还连接有计时器，当传感器触发时开始计时；
进一步地，所述多组光敏传感器201/超声波传感器202中每一组设有两个光敏传感器201/超声波传感器202，且所述两个光敏传感器201/超声波传感器202之间的距离是固定的L米，假设一辆车的车头经过一组光敏传感器201/超声波传感器202所用的时间为T1，且该辆车整体经过一个光敏传感器201/超声波传感器202所用的时间为T2，则可由所述测速单元204计算得出该辆车驶过该组光敏传感器201/超声波传感器202时的瞬时速度为L/T1、车身长度为(L/T1)*T2；
所述光敏传感器201/超声波传感器202均用于对路面车辆进行测速，以及感知车辆周围的驾驶环境信息，所述驾驶环境信息包括车辆周围的静、动态障碍物、前后车的车距以及相对车速信息；所述多个光敏传感器201/超声波传感器202的位置信息事先都存储在所述数据存储单元207内，所述车辆控制单元1根据所述位置信息判断车辆周围的静、动态障碍物离车辆的实时距离以及前后车的车距信息。
具体地，所述光敏开关控制单元203与所述多组光敏传感器201、多组超声波传感器202、测速单元204电连接，用于控制所述超声波传感器202在无光条件下代替所述光敏传感器201工作；
在有光条件下(白天)，所述光敏开关控制单元203控制所述光敏传感器201与所述测速单元204电连接，并断开所述超声波传感器202与所述测速单元204的电连接；在无光的条件下(黑夜)，所述光敏开关控制单元203控制所述超声波传感器202与所述测速单元204电连接，并断开所述光敏传感器201与所述测速单元204的电连接；通过所述光敏开关控制单元203实现所述光敏传感器201与超声波传感器202的交替工作，既能在夜晚也同样实现对车辆的监控，同时还能减少传感器的负担，避免长时间工作而损坏。
进一步地，所述射频识别单元205包括安装在车内的射频卡和设置在光伏路面的读写器，所述射频卡内存储有车主的身份信息和车辆的信息，每组所述光敏传感器201/超声波传感器202之间均设有一个读写器；
所述读写器与射频卡之间通过微波5.8GHz频段实现通信连接，通信距离可达到8～30米，当车辆驶过装有读写器的路面时，所述读写器通过读取车辆内的射频卡即可识别车主的身份信息及车辆的信息。
具体地，当驾驶员通过按压或旋转车辆的控制面板上设置的自驾功能开启键激活自动驾驶功能后，车辆控制单元1根据修正后的道路信息和GPS的定位功能判定当前车辆和红绿灯、路口以及弯道之间的距离，根据驾驶员在控制面板上输入的限制车速和选定的路段、由城市道路监控中心获得的当前路况、通过车辆监测模块2采集到当前道路信息和车辆周围信息，通过对车辆驱动电机的转矩控制合理控制行车速度及提速过程，并根据修正后的道路信息和由线控转向系统102获得的转向数据控制车辆的转向；
进一步地，所述车辆控制单元1对驱动电机的转速控制采用接近原则，对上升斜率进行限制。当车速达到限制车速的75％时，上升斜率限制增加，上升速度减缓。当车速接近限制车速时，根据前后车距、相对车速、道路弯道需求等路况信息，对驱动电机的输出转速进行PI调节(比例积分调节)，使车速稳定输出；
进一步地，当车辆接近自动驾驶目的地时，所述车辆控制单元1会控制车辆的声音报警器发出声音报警，告知驾驶员将要到达目的地，并将车速降至一预定车速(例如为15km/h)，同时开启位于车辆后方的车辆警示灯，以警示后方车辆。在声音报警响起后，驾驶员可按压或旋转控制面板上设置的声音报警控制键关掉报警音；若驾驶员不需要声音报警，则可在发出报警音之前通过控制面板上的声音报警控制键，手动取消声音报警功能。
为使驾驶员可以及时得知车辆自动驾驶系统是否正常，所述车辆控制单元1设有一安全监测模块，所述安全监测模块在每次车辆启动之前，都会运行针对车辆内自动驾驶系统的程序代码，检测车辆自动驾驶系统中各部件的状况并验证系统状态。在检测到车辆自动驾驶系统运行正常的情况下，允许启用车辆自动驾驶系统：当检测到车辆自动驾驶系统运行异常时，自动禁止车辆自动驾驶系统的启用，并不停闪烁仪表盘警示灯，告知驾驶员当前车辆状况；在车辆自动驾驶系统被禁止之后，只有整车执行下电再上电操作之后，安全监测模块才会再次对车辆自动驾驶系统进行自检，并判定是否允许启用。
综上所述，本发明通过车辆控制单元1的自学习功能，利用定位系统101记录驾驶员的行车路线，并通过和城市道路中心的数据交互，修正、完善道路信息；当驾驶员疲劳时，可以通过控制面板激活自动驾驶功能并设置一个限制车速，根据修正的道路信息，利用车辆控制单元1自动控制电机转矩输出和车辆转向的方法，降低驾驶员的驾驶负担，缓解驾驶员的疲劳；且本发明将车辆监测模块2铺设在路面对道路车辆驾驶环境信息进行实时监测，通过多组传感器同时监测，可以监测道路的整体环境信息，做到提早预防，从而避免道路安全事故的发生；本发明通过光敏传感器201和超声波传感器202交替对路面车辆进行监测，不仅能在夜间达到和白天同样的监测效果，还能防止传感器因长时间工作而损坏，从而保障了所述车辆自动驾驶控制的稳定性，延长本发明的使用寿命。
实施例2
如图4所示，本实施例提供了一种应用于光伏公路上的实时更新道路信息的车辆自动驾驶系统，与上述实施例1的区别在于，本实施例中车辆监测模块2包括电信号监测单元208、超声波传感器202、光敏开关控制单元203、射频识别单元205、数据处理单元209以及数据发送单元206，所述车辆监测模块2配置在光伏公路的光伏板内，用于实时监测车辆行驶速度；所述电信号监测单元208/超声波传感器202还连接有计时器，当传感器触发/电信号监测单元监测的电信号发生变化时开始计时；
在光线强度较好的情况下，所述光敏开关控制单元203控制所述电信号监测单元2010与所述数据处理单元209、数据发送单元206电连接，并断开所述超声波传感器202与所述数据处理单元209、数据发送单元206的电连接；本实施例通过所述车辆监测模块2监测车辆经过一块光伏板时，所述光伏板的电信号变化及电信号变化的持续时间，所述数据处理单元209对监测数据进行运算处理，根据监测到的单个光伏板上电信号变化的持续时间和所述单个光伏板的两端间距计算得出车辆的行驶速度；在光线强度较弱的情况下，所述光敏开关控制单元203控制所述超声波传感器202与所述数据处理单元209、数据发送单元206电连接，并断开所述电信号监测单元2010与所述数据处理单元209、数据发送单元206的电连接；通过所述光敏开关控制单元203实现所述电信号监测单元2010与超声波传感器202的交替工作，既能在夜晚也同样实现对车辆的监控，同时还能减少所述超声波传感器202和电量监测单元2010的负担，避免长时间工作而损坏。
具体地，数据处理单元209包括估算器，当车辆在一块光伏板上行驶通过时，所述估算器被配置为基于所述光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板两端的间距来确定车辆的行驶速度。
具体地，所述电信号监测单元208用于监测光伏板上的电压、电流、功率、电量等；
进一步地，当车辆在一块光伏板上行驶通过时，所述估算器被配置为基于所述光伏板上电信号变化的持续时间和所述光伏板两端的间距来确定车辆的行驶速度。在实际应用中，所述光伏板为晶硅太阳能板，其尺寸为2000*1000*35mm，额定功率为180W，转换效率为80％，光伏板的两端中心位置设有端点A、B，端点A到端点B的距离L＝2000mm，当无车辆行驶经过所述光伏板时，所述光伏板的输出功率W1＝W*η＝180*80％＝140W，当有车辆行驶经过所述光伏板时，所述车辆前部经过端点A，所述输出功率W1开始逐渐降低，一直到所述车辆前部到达端点B，所述输出功率降到最低点W2，此时，所述光伏板被车辆完全遮挡住，无法获得光的直接照射，但是能通过照射在相邻光伏板上的光的反射、散射等获得间接的光照射，进而转换得到较低的输出功率，这里将W2定义为W2＝W1*10％＝14W，所述车辆监测模块2监测得到所述输出功率从W1降到W2的时间为0.12S，此后一直保持所述输出功率在W2，直到所述车辆尾部行驶离开端点A，所述输出功率开始逐渐升高，直到W1，此时所述车辆尾部行驶离开端点B，所述输出功率从W2升高到W1的时间为0.12S，根据速度公式v＝L/t，计算得到车辆经过该光伏板时的瞬时行驶速度v＝60KM/h。
本实施例适用于光伏公路上的实时更新道路信息的车辆自动驾驶系统，本实施例中的光伏板既能用于光伏发电，又作为路面供车辆行驶，还用于监测路面车辆的行驶状态，进而配合车辆自动驾驶系统对车辆进行自动驾驶控制，使光伏板的功能更加多样化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。