无人驾驶导航平台

北京太速科技

无人驾驶导航平台

作者：北京太速科技有限公司

发达国家从20世纪70年代开始研究无人驾驶汽车,目前在可行性和实用性方面走在前列的国家是美国和德国，且已经有多套系统在城市中运营和试运营，均取得了不错的效果。我国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚。国防科技大学从20世纪80年代开始进行该项技术研究。

无人驾驶汽车也称作智能汽车，即环境感知、路径规划、行为决策、自主控制能力的智能车辆平台。其关键技术主要有两个方面:车辆定位和车辆控制技术。无人驾驶技术实现手段是在车上安装摄像头、雷达传感器和激光探测器等先进的仪器，通过它们来感知公路的限速和路旁交通标志，以及周围的车子移动情况，并只需借助地图来导航完成车辆自动行驶。无人驾驶从某种程度上来说比人工驾驶更加安全。其GPS及数字地图，可以确定车辆自身的位置及目的地，并规划行车路线；雷达、计算机图像识别、红外传感器等各种传感器的使用，使得车辆可能比人类更加清楚周围的环境情况；另外，各种伺服机构以及控制理论，可以根据周围环境情况，可以精确控制汽车的加减速、转弯等动作。

   北京太速科技有限公司自主研发了基于DM8148的主板及其子系统，可以实现自动驾驶功能。该系统包括一个主板和多个子卡组成，主板以平板电脑的形态呈现。主板自带8M Flash、64M*32bit DDR3\SATA硬盘、SD卡、触摸屏、DVI输出、HDMI输出、音频输出等功能模块。主卡主持PCIe驱动；支持千兆网络传输；支持Flash 、PCI Boot引导方式；支持FPGA程序采用 Flash、DSP引导加载；通过FPGA可进行完整的 DDR3控制、网络数据收发传输；DSP与FPGA的RapidIO口 EDMA可以实现理论速度达到10Gbps的同步中断传输。

本系统根据超声波检测、激光测距、霍尔传感器和压力传感器等进行避障、自动运行和紧急制动等操作，实现自动驾驶功能。系统由主板卡进行信息汇总，并最终完成自动控制。本导航系统的根据无人驾驶汽车环境感知系统收集到的环境信息，规一条从起始点到目标点的最优路径。并以此路径安全、高效地行驶，并且在到突发事件时能及时处理和调整导航模式。

主卡的电路图如下所示：

该系统的子卡是一个由ADS1278为主芯片构成的AD子卡，用于接不同的传感器和电机等。板卡通过PCIE直接与机箱连接，也可以接网络相机。

系统的主要功能模块如下：

1.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             摄像模块。视频模块主要完成视频采集，视频数据存储。视频模块采用scA780-54gc工业智能相机，此相机的像素为780*580，相机采用CCD视频采集芯片，具有彩色成像能力，能够实时采集路面及周边环境的视频信息，并可以通过千兆以太网口将采集到的数据传输到控制终端。视频采集模块可以存储10个小时的视频数据信息，并具有LED开关控制，用于CCD的开关。

2.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              牵引模块。牵引模块主要负责车辆的运行控制和安全。主要包括伺服电机控制和步进电机控制两个功能。伺服电机控制：控制EC45伺服电机的转动，只需设置前进速度，速度为0.1m/s。有保护机制，无法前进时停止驱动；步进电机控制：主要通过控制CTP2NLF19步进电机来调节支撑机构。

3.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              位置反馈模块。该模块主要由压力传感器和霍尔传感器组成。其中，压力传感器采集传感器ELWF的压力指示；霍尔传感器将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。  

4.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              检测模块。检测模块主要由超声检测，激光检测，数据存储几个部分组成。其中，超声检测数据采集采用凌华科技PCI-9812同步采样模拟输入卡，其性能参数为4通道12位20MS/s；激光测径主要通过控制CTP2NLF19步进电机来控制激光测径传感器旋转，激光雷达检测安放在路边上的定位标记来推算出车辆的实际位姿信息；数据存储记录超声波数据，湿度，温度，时间，光电码盘，压力传感器，霍尔传感器，激光测径传感器等信息。

5.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              GPS模块。完成车辆位置信息的确定。系统预留GPS接口。并采用程轮+加速度计的方式来实现相对较高的定位精度。

温度、湿度信息采集模块：通过温度湿度传感器采集温度湿度信息，将该信息传送给AD子卡，最终传送给主板。

本系统灵活性和可扩展性强，用户可根据使用场景增加需要的传感器，完成环境参数的采集。其应用场景大致可以分为封闭道路型、越野型及普通道路型。

其中，封闭道路型场景最显著的特点是路线基本固定，最典型的例子就是大型工厂里用于搬运货物，运送工件的无人驾驶小车，这种小车通常沿着固定的线路行驶，在遇到障碍物时能实现减速或停止，本系统也可以用于高速公路环境下的汽车自动驾驶档；

图1. 工厂无人驾驶搬运小车

图2. 无人驾驶卡车

图3. 高速公路上的无人驾驶档

越野型的路行场景中，本系统可以用于军事中，也可以用于夜间无人区域（校园，小区）的巡查车辆上，在车辆上装上报警系统，遇到异常情况，报警信息可以传送到监控中心，可以节省人工巡查的人力成本；

普通道路性的应用场景可以根据具体场景扩展传感器系统，以适应相应的场景应用。

此外，此系统也可以用于城市环境下的无人驾驶系统：例如大型活动场所、公园、校园、工业园、机场等。

图4. 机场无人驾驶汽车

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