產(chǎn)品概述

       2021年被業(yè)界稱為自動(dòng)駕駛商業(yè)化元年，自動(dòng)駕駛已在Robobus、Robotaxi、港口、封閉園區(qū)、礦區(qū)、環(huán)衛(wèi)、干線物流、末端配送、工廠自動(dòng)化生產(chǎn)、軍用戰(zhàn)車、搶險(xiǎn)救災(zāi)等場景得到越來越廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)自動(dòng)駕駛賽道迎來了商業(yè)化運(yùn)營階段的“下半場”。

       車規(guī)級無人駕駛智能車是為開發(fā)自動(dòng)駕駛先進(jìn)技術(shù)和場景落地產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，由四驅(qū)四轉(zhuǎn)底盤本體和控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行車制動(dòng)、駐車系統(tǒng)和監(jiān)控軟件等組成。其中，底盤控制系統(tǒng)采用恩智浦的車規(guī)級MCU進(jìn)行控制；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用360W功率轉(zhuǎn)向電機(jī)，線控轉(zhuǎn)向精度高，響應(yīng)時(shí)間短（97ms）；行車制動(dòng)系統(tǒng)采用270W功率電機(jī)，制動(dòng)精度高，響應(yīng)時(shí)間在100ms以內(nèi)；線控底盤采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、前后阿克曼線控轉(zhuǎn)向方式，預(yù)留上裝 CAN 控制指令拓展接口；監(jiān)控軟件可監(jiān)控整車參數(shù)并進(jìn)行指令下發(fā)。

       該底盤既可以作為車輛工程、自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)械電子、智能制造等專業(yè)中《無人駕駛技術(shù)》、《移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)》、《機(jī)器人操作系統(tǒng)》等課程的配套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可支撐自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同、遠(yuǎn)程控制、多車協(xié)同控制等高級功能的研究。

系統(tǒng)組成與架構(gòu)

       無人駕駛智能車系統(tǒng)由車規(guī)級四驅(qū)四轉(zhuǎn)線控底盤、16線激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、雙目立體相機(jī)、差分GPS定位系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（選配）、5G遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和高性能工控機(jī)等組成。

系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)按照功能主要分為三大部分：感知子系統(tǒng)、決策子系統(tǒng)和執(zhí)行子系統(tǒng)。

感知系統(tǒng)

智能車的感知系統(tǒng)是利用車輛周圍安裝的傳感器進(jìn)行環(huán)境地圖的構(gòu)建及環(huán)境信息的探測和識別處理，主要包括傳感器模塊、建圖模塊和多傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合處理模塊。

（1）傳感器模塊

車體主要傳感器模塊有：激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、雙目立體相機(jī)、組合慣導(dǎo)（IMU+RTK）和里程計(jì)。

1. 激光雷達(dá)：提供高精度的環(huán)境障礙物探測點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其功能兼顧建圖和車體周圍環(huán)境實(shí)時(shí)掃描檢測和識別。

2. 雙目立體相機(jī)：主要提供前置方向的目標(biāo)物檢測識別信息，與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。

3. 毫米波雷達(dá)：主要提供前置方向的目標(biāo)物體檢測，與激光雷達(dá)和雙目立體相機(jī)融合處理，低速智能車上為選配傳感器。

4. 組合慣導(dǎo)（IMU+GPS）：提供位姿變化及輔助定位信息。

5. 里程計(jì)：提供車輛運(yùn)動(dòng)距離信息，系統(tǒng)采用高精度多傳感器融合技術(shù)，集成雙激光雷達(dá)、高精度IMU、GNSS和SLAM算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化測量。

（2）Slam建圖模塊

       以車頂多線激光雷達(dá)為主傳感器對車輛工作的區(qū)域環(huán)境進(jìn)行掃描探測，利用激光3d slam技術(shù)進(jìn)行大場景增量實(shí)時(shí)地圖建模，從而為路徑規(guī)劃和后端匹配定位提供精確的三維激光高精地圖信息。

決策系統(tǒng)

       決策系統(tǒng)算法的核心任務(wù)是基于感知層系統(tǒng)算法的輸出結(jié)果，給出最終的行為/動(dòng)作指令，包括行為決策（車輛的跟隨、停止和追趕）和動(dòng)作決策（車輛的轉(zhuǎn)向、速度等）等，具體功能包括實(shí)時(shí)避障、實(shí)時(shí)定位和路徑規(guī)劃導(dǎo)航。

（1）實(shí)時(shí)避障模塊

智能車在全局路徑自動(dòng)導(dǎo)航過程中遇到前方動(dòng)態(tài)障礙物目標(biāo)以及路面路況信息，根據(jù)感知模塊的輸出結(jié)果，避障模塊做出局部路徑規(guī)劃實(shí)時(shí)避開障礙物，做出決策行為。

（2）定位模塊

按照不同的定位實(shí)現(xiàn)技術(shù)，高精度定位包含三類：第一類，基于信號的定位，即GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；第二類，航跡推算，依靠IMU等，根據(jù)上一時(shí)刻的位置和方位推斷現(xiàn)在的位置和方位；第三類是環(huán)境特征掃描匹配，基于激光雷達(dá)的定位，用觀測到的特征和數(shù)據(jù)庫中的特征和存儲(chǔ)的特征進(jìn)行匹配，得到現(xiàn)在車的位置和姿態(tài)。

（3）路徑規(guī)劃導(dǎo)航

路徑規(guī)劃導(dǎo)航是智能車核心功能，也是決策系統(tǒng)的主要功能。主要包括路線規(guī)劃、行為規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、物理控制四個(gè)方面。

執(zhí)行系統(tǒng)

       執(zhí)行系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的是根據(jù)融合決策系統(tǒng)給出的路徑規(guī)劃信息完成航跡跟蹤運(yùn)動(dòng)和車輛模型控制。而后根據(jù)智能車輛底盤的運(yùn)動(dòng)模型，將解算出的線速度和角速度進(jìn)行平穩(wěn)控制。其中主要的航跡跟蹤算法框圖如下：

車規(guī)級四驅(qū)四轉(zhuǎn)線控底盤

       車規(guī)級四驅(qū)四轉(zhuǎn)線控底盤采用恩智浦的MCU作為主處理器進(jìn)行控制，采用響應(yīng)時(shí)間更短、更安全的前后液壓盤式線控制動(dòng)及線控電子駐車系統(tǒng)（EPS）；車體采用Q235型材焊接，為框架式結(jié)構(gòu)，電泳黑漆車架，穩(wěn)定性和耐磨性更強(qiáng)；采用線控前后雙轉(zhuǎn)向器，線控電動(dòng)轉(zhuǎn)向方式能實(shí)現(xiàn)極小轉(zhuǎn)彎半徑的阿克曼轉(zhuǎn)向；采用帶前后雙叉臂，鋁合金擺臂、螺旋彈簧減震器的懸架設(shè)計(jì)，能適應(yīng)更多的路面；動(dòng)力和越野能力強(qiáng)；四輪轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)靈活，軌跡跟蹤精度高（尤其適合自動(dòng)行駛）。

       可以通過CAN接口實(shí)現(xiàn)線控底盤的控制，提供航模遙控器的遙控功能和無線監(jiān)控軟件監(jiān)控功能。底盤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，內(nèi)部空間大，載重能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)向靈活，集成了多種底盤的優(yōu)點(diǎn)于一體。通過擴(kuò)展上裝部分，可以形成室外物流配送、載人小車等的研究。

 主要參數(shù)

主要部件參數(shù)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

支撐的教學(xué)科研