丰田在东京车展上演示无人操作方向盘和油门的自动驾驶技术

2012-02-29 19:41:37来源: 日经汽车技术

  丰田在“第42届东京车展2011”上首次公开了以“普锐斯”为原型的自动驾驶实验车“A.V.O.S.(Automatic Vehicle Operation System)”的行驶演示。实验车在没有驾驶员的情况下避开障碍物在展会现场屋顶设置的圆形赛道上进行了低速行驶(图1)。

图1:丰田的自动驾驶实验车“A.V.O.S.”
在东京车展上进行了演示。以“普锐斯”为原型的自动驾驶汽车正绕开路上停放的车辆继续行驶

  此次演示的会场是在东京有明国际会展中心屋顶上设置的一周数百米的赛道。演示内容分成两大部分。一部分是在没有驾驶员的情况下,自动操作方向盘和油门绕赛道一周。另一部分是通过操作智能手机自动调车或泊车。其中,新闻媒体和普通观众一同体验了前一部分的演示。据介绍,目前丰田共有两辆自动驾驶的实验车。

  演示车辆以新型“普锐斯”为原型。追加了5个检测车辆周围状况的激光雷达、2个检测车辆位置的GPS(全球定位系统)天线,以及可检测道路标志线的摄像头(图2)。


图2:传感器的构成
由5个检测周围信息的激光雷达,2根检测车辆位置的GPS天线,以及检测道路标志线的摄像头构成。

  激光雷达设置在车辆的前后左右,包括可检测到约20m范围的近距离激光雷达以及可检测到前方50m的远距离激光雷达两种。而GPS天线则可以检测到车辆的前进方向,因此前方发动机罩以及后背(Hatchback)分别配备了1根天线(图3)。


图3:激光雷达和GPS天线
(a)侧面的激光雷达可大角度检测到20m范围内的障碍物。(b)通过前后的GPS天线判断车辆方向。

由个人电脑向ECU发出指示

 
图4:自动驾驶的原理
先制作地图,然后决定到达目的地的目标行驶路线。根据车辆位置设定前方目的地,然后操作方向盘和油门到达此处。实际上是由个人电脑发出指令,然后将其传达到ECU(电子控制单元)。

  自动驾驶首先要制作地图。图4中介绍的自动驾驶原理的流程是根据来自传感器的信息制作地图息,而此次则是在丰田公司内设置了与屋顶赛道相同的赛道,在实施完行驶实验后将车辆驶入,因此估计地图基本上是提前制作好的。

  地图制成后,下一步是制作目标行驶路线。根据激光雷达捕捉到的障碍物数据,设定接下来能够前行的目标行驶路线,然后自动操作方向盘和油门以到达目的地。基本上是根据地图信息在摄像头检测到的道路标志线内行驶,不过赛道上停放的车辆阻碍了前进方向。所以采用激光雷达检测该车辆的位置,在不超出道路标志线的范围内,校正地图信息并改变行驶路线。

  上述目标行驶路线的制作和指令,由设置在行李舱的个人电脑负责。普锐斯具有“智能泊车辅助系统”和“自适应巡航控制”等驾驶支援功能,向车载ECU发出指令就可以控制车辆。此次卸下了巡航控制用ECU和防碰撞安全用ECU,由个人电脑代替了这些ECU。

  将方向盘和油门的指令值传到电动助力方向盘的ECU和发动机控制用ECU中,由此约6个月就完成了开发。

高精度GPS的误差仅为几cm

  另外,为提高制作的地图信息精度,GPS采用了名为RTK(Real Time Kinematics)-GPS的系统,用普通手机等将来自已知地点的位置校正信息发送给正在行驶的车辆,从而可以实时检测车辆位置。据介绍,普通GPS有10m左右的误差,而RTK(Real Time Kinematics)-GPS可以将误差减小到几cm。

  实际演示中,在体验自动驾驶之前,先用智能手机自动对车辆进行调配(图5)。这是事先设定出发地和目的地,通过智能手机发送出发指示,而不是将车辆调到任意地方。


图5:可通过智能手机调车或泊车
可通过智能手机指示车辆自动行驶到事先设定好的上车位置或停车位置。

  要想在调过来的车辆上一同体验,就得坐在后座。副驾驶座上的技术人员一旦启动车辆,方向盘就会自动转动,让车辆绕赛道一周。在到达弯道前车辆会自动减速,如果路上有停放的车辆就会避开行驶。仪表板中间配备的液晶显示器,可以显示理想赛道与障碍物的检测结果以及避开障碍物时的路线等(图6)。

 
图6:在车辆显示器上显示演示内容
可显示障碍物的检测知结果、最佳行驶路线以及可避开障碍物的行驶路线等。

  试制车辆在可识别外部环境的传感器中采用了激光雷达和摄像头,丰田构筑了无论何种传感器,都可避开识别到的障碍物然后自动制定目标行驶路线的平台。此次选用了可轻松识别障碍物三维形状的激光雷达,即使将其改成毫米波雷达,系统也能发挥作用。

  丰田目前并不考虑量产自动驾驶汽车,只是为了研究新一代的安全技术。据介绍,通过上述技术,可以得知在发生碰撞之前如何行车才能避免发生事故或减轻事故危害,因此丰田希望将来把这些信息用于驾驶支援。

关键字:丰田  无人  操作  方向盘

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/0229/article_5133.html
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