一种利用超声波护栏的无人驾驶车触觉停站方法与装置与流程

本发明是一种涉及超声波护栏标定的无人驾驶车触觉停站方法与装置，本发明可用于无人驾驶车的障碍识别、安全保护、进站停车等领域。

背景技术：

无人驾驶车使用传感器技术，利用信息融合感知车辆自身状态及周围环境，并通过自动操作执行机构来控制自身的行为。具有自然环境感知与智能行为决策能力的无人驾驶车辆，是集传感技术、自动控制、人工智能、视觉计算、程序设计、组合导航和信息融合等众多技术为一体的智能化系统。可以完成包括加速、减速、前进、后退及转向等常规车辆功能，以及定位、路径规划、路径跟踪、环境感知、自主决策、通信等自主行为。无人驾驶车辆作为室外轮式机器人的一种，其关键技术与轮式机器人基本相同，但也具有一些应用相关的特点。无人驾驶车停站过程中主要用到定位技术、近距离障碍识别和车辆主动防碰撞控制系统技术。定位技术是无人驾驶车辆行驶的基础，目前常用的技术包括线导航、磁导航、无线导航、视觉导航、gps导航、激光导航、惯性导航等。进站过程用的最普遍的方法是磁钉，需要破路，工程费用比较大。无人驾驶车在行驶中将应用到无线探测技术、激光探测、雷达探测、机器视觉、紫光探测、超声波探测、以及最后的护栏防护技术，其应用距离依次递减。在车头前方90米之外无人驾驶车使用无线电探测，可以是5g/wifi或手环等穿戴电子设备，当没有任何情况时，无人驾驶车将作gps/imu定速巡航,当探测到行人时，车辆将减速1/8；在车头前方60m~90m之间，无人驾驶车使用激光探测，探测到有人时，车辆将减速1/4；在车头前方30m~60m之间，车辆使用雷达探测，探测到有人时，车辆将减速1/2；距车头前方10m~30m之间，无人驾驶车使用机器视觉技术，当探测到有人时，车辆将作点刹提醒；在5m~10m之间，车辆使用紫外线探测，当探测到有人时，将作普通刹车；在2m~5m之间，车辆使用超声波探测，探测到有人时，车辆将踩死刹车。车头前方两米之间的空间有一个弹性护栏提供，这7道防线共同协作，每一个传感器在自己的管辖范围内话语权大，但不代表其它区域说了不算，因为不能100%保证传感器不犯错误，采用幅度与时区的加权融合，保证了车辆行驶安全，而本专利设计的超声波软护栏则是车辆安全的最后一道防线。

近年来无人驾驶技术方兴未艾,在民用、军事、科学研究等领域有广泛的应用前景。无人驾驶车辆的研究涉及多个先进技术的领域，可以促进多学科交叉融合，并能够有效引导相关关键技术的研究。随着计算机、传感器、控制与导航技术的飞速发展，其研究不断向可行性与实用性方向迈进，相关的研究成果将在确保国家安全与公共安全、推动信息服务与相关产业发展以及提高国民生活和健康水平做出重要贡献。因此无人驾驶车辆的研究具有重要的理论意义和实用价值，发展我国无人驾驶车辆技术，具有极大的必要性和迫切性。就目前对无人驾驶车安全行驶地迫切要求来看，该发明市场前景非常广阔。

技术实现要素：

本发明是一种利用超声波软护栏标定的无人驾驶车触觉停站方法与装置，涉及超声波探测技术、机器触觉技术、传感器技术等，由超声波探测模块、弹性护栏模块、触觉传感器、电源线、传输线所组成。

1、外形特征设计：整个装置外形是一段由特殊材料制作的弧形弹性护栏（如图1）。护栏分为内外两层，外层表面为麻花状的纹路，便于把被撞行人带离地面，内部是中空的，用以安装超声波探测设备，触觉传感器，数据传输线和电源线。具体功能如下：

①接触预警：车头的弧形护栏距离车头大概1.3m左右，将车头与行人隔开，行人看到后即能反映即将与无人车接触；

②碰撞缓冲：遇到突发情况导致车头无法避免地发生碰撞时，弹性护栏能起到类似于保险杠的碰撞缓冲的作用。如果接触对象是行人，弹性护栏也可以起到对行人的转向缓冲保护，同时也可以减轻对无人车的碰撞冲击。如果行人碰到护栏的左半边，方向盘转到右边，如果行人碰到护栏的右半边，方向盘转到左边，把前向动能与惯量转换为旋转能与旋转惯量，就像打太极拳那样把正面的冲击力一两拨千金的化解掉。

2、超声波探测障碍：在中空的护栏内部安装超声波探测设备，发射超声波探测前方的障碍或行人的位置，并计算出障碍距无人驾驶车的距离，将信息反馈给控制系统，控制系统将据此给出下一步合适的指令，比如刹车减速转向。

3、触觉反馈：护栏作为安全的最后一道防线当其与外部行人、障碍等发生接触后，触觉传感器能产生信号反馈给控制系统，控制系统将启动紧急停车的指令。

4、停车制动：无人驾驶车停车时，护栏向后收缩贴近车体，护栏与车体连接处有机械装置与手刹相连，当护栏未伸出车体时，手刹启动，实现停车制动。当车辆启动后，护栏向外伸出手刹命令解除。

5、机械制动：当无人驾驶车出现意外情况如意外暴雨进水导致电路短路、系统突然死机、下坡时颠簸导致电子系统失灵等，车辆继续向前行驶，当碰到障碍时，护栏向后移动，此时手刹启动，实现机械制动。

6、指导停站：超声波探测障碍物的功能与护栏内触觉传感器相互协作共同作用，当无人驾驶车停站时，软护栏与软路桩接触时产生的触觉信号，可以指导无人驾驶车进行安全、精准的停站。如果护栏出现故障，在停站过程中就会被提前发现，保证运行过程中的安全。

本发明涉及到超声波探测技术、传感器融合技术等，能够使无人驾驶车实现安全，准确地进站停泊。普通人在交通中的反应时间一般为0.2s~0.4s,本专利通过在车头安装弹性护栏对行人进行触觉式主动防碰撞，在护栏上安装超声波发射器与接收装置，对前方发射超声波进行探测行人等障碍物。在停站过程中，由于超声波探测在较近距离的限制，通过弹性护栏与站点标志物的触碰触觉获得停站信息。车头护栏除了在停站时能发挥作用，在行程中亦是安全的最后一道防线。遇到突发情况如前方车辆突然停车，行人突然窜出等情况，弹性护栏能起到碰撞缓冲作用，同时触觉传感器能给予控制系统反馈信息，使控制系统对车辆之后的行驶情况作出更改，以达到安全行驶之目的。根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其他变化和修改，仍在本发明保护范围之内。

附图说明

图1是护栏与车体安装位置关系示意图。

图2是护栏外形三维图。

图3是护栏内部剖视图。

图4是传感器安装示意图，黄色部分安装压力触觉传感器，红色部分安装超声波发射器。

图5是护栏工作流程图。

具体实施方式

本专利将超声波探测技术、触觉传感技术、弹性材料技术及信息处理技术利用到无人驾驶车的安全行驶中，实现了无人驾驶车的安全行驶及精准停站功能，使无人驾驶车在遇到障碍或碰撞事故时能及时制动或停车，实现安全驾驶。下面分别加以介绍：

弹性护栏是本发明的核心，它既是汽车安全的最后一道手刹，又要装载超声波发射器和触觉传感器。pp材料由于其材料成本低，得到越来越广泛的应用，在pp材料中加入滑石粉和橡胶来提高材料性能，添加改性剂，例如：氧化锌、硫代二丙酸二月桂酯、纳米碳黑或钛白粉等可以改善其耐老化性能，以适应护栏的长期刚度和耐碰撞性要求。护栏与汽车的构造关系见图1，护栏的侧面外形剖视外形图见图3，护栏的内部构造见图2。当发生突发事件时，护栏还起到类似于保险杠的碰撞缓冲作用。

护栏与无人驾驶车的连接方式：车体上有双层滑行轨道，护栏两端后部可在轨道内滑动。驱动护栏向前伸出车体时，应选用采用气压驱动。

超声波探测技术是探测2m~5m之间的行人的，本发明将超声波发射器、电源线及数据线都安装在护栏内部。

护栏外表面还将安装触觉传感器。当有突发事件如行人突然窜出、高速异物接触等，护栏能对其进行触觉感知，获得更多的信息，对行人以及车辆本身起到安全保护作用。