基于PRESCAN的汽车自动驾驶仿真_贺勇.pdf

1、Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术 计算机工程应用技术 本栏目责任编辑 ： 梁 书 第8 卷第33 期 (2012 年11 月) 基于PRESCAN 的汽车自动驾驶仿真 贺勇 ， 王春香 ， 董永坤 （ 上海交通大学 ， 上海 200240 ） 摘 要 ： 汽 车 自 动 驾 驶 技 术 受 到 越 来 越 多 的 关 注 ， 在 智 能 车 技 术 研 究 中 ， 预 先 的 软 件 仿 真 能 够 为 传 感 器 选 用 和 控 制 算 法 设 计 提 供 参 照 。PRESCAN 软 件 能 够 完 成 汽 车 自 动 驾 驶 过 程 仿

2、真 ， 选 取 典 型 路 段 建 立 虚 拟 交 通 场 景 ， 添 加 传 感 器 和 控 制 模 块 ， 成功实现了简单的自动驾驶 ， 并分析了汽车在理想情况下自动驾驶的稳定性 。 关键词 ： PRESCAN ； 自动驾驶 ； 仿真 中图分类号 ： TP 18 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1009 - 3044 ( 2012 ) 33- 80 47 - 03 The Simulation of Vehicle s Automatic Driving Based on Prescan HE Yong, WANG Chun-xiang, DONG Yong-kun (Shanghai

3、JiaoTong University, Shanghai 200240, China) Abstract: The automatic driving technologies are now getting more and more attention.Simulation in advance can provide ref erence for selecting sensors and designing control algorithm. The software PRESCAN can accomplish the simulation of auto matic drivi

4、ng process. After the process of building virtual traffic scene and adding sensors and control algorithm, the vehicle can drive automatically. The stability of the driving process is analysed. Key words: PRESCAN; automatic drive; simulation 自动驾驶汽车 ， 又称无人驾驶汽车 、 电脑驾驶汽车 、 或轮式移动机器人 ， 是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽

5、车 。 汽 车 自 动 驾 驶 技 术 包 括 视 频 摄 像 头 、 雷 达 传 感 器 以 及 激 光 测 距 器 来 了 解 周 围 的 交 通 状 况 ， 并 通 过 一 个 详 尽 的 地 图 对 前 方 的 道 路 进 行 导 航 。 目 前 ， 自 动 驾 驶 汽 车 技 术 日 趋 完 善 ， 由 谷 歌 研 发 的 自 动 驾 驶 汽 车 已 经 能 够 进 行 远 距 离 自 驾 ， 但 国 内 研 究 中 部 分 技 术 的 可靠性和稳定性等方面尚需提高 。 从典型交通场景出发 ， 该文通过采用PreScan 软件进行虚拟交通场景设计与仿真 ， 验证自动驾驶技术的可行性和

6、可靠性 。 1 PRESCAN 软件简介 PreScan 是一 个用 于先 进驾 驶辅 助系 统和 主动 安全 系统 开发 验证 的仿 真工 具 ， 系统 采用 传感 器监 测车 辆的 周围 环境 并使 用获 得 的 信 息 采 取 行 动 ， 这 类 行 动 可 以 是 警 告 司 机 回 避 潜 在 的 危 险 ， 也 可 以 使 通 过 自 动 刹 车 或 自 动 转 向 主 动 回 避 危 险 。 PreScan 可 用 于 高 级 驾 驶 辅 助 系 统 上 的 传 感 器 包 括 雷 达 、 激 光 、 摄 像 头 、 GPS 等 。 运 用 软 件 仿 真 有 四 个 步 骤 ：

7、 搭 建 场 景 、 添 加 传 感 器 、 添 加 控 制 系 统 、 运 行仿真 。 2 PRESCAN 场景建模 选取 几种 典型 的交 通场 景 ， 包括 环岛 ， 十字 路口 等搭 建虚 拟场 景 。PreScan 软件 是一 个进 行场 景建 模和 仿真 的汽 车应 用软 件 ， 在 PRESCAN 中除了搭建车道外还可以添加树木 、 房屋等元素 ， 用来更好模拟现实环境 。 3 传感器选择 汽 车 自 动 驾 驶 的 前 提 是 周 围 交 通 环 境 信 息 的 实 时 获 取 ， 一 般 使 用 的 传 感 器 包 括 全 景 摄 像 头 ， 激 光 雷 达 以 及GPS 定

8、 位 等 ， PreScan 软件 中提 供的 各种 传感 器与 现实 传感 器的 功能 一致 ， 仅在 检测 效果 上更 加精 确 ， GPS 可以 完全 精确 定位 ， 摄像 头可 以无 死区 监测 ， 雷 达传感器不存在虚检测等 。 道 路 识 别 是 车 辆 在 公 路 上 安 全 行 驶 所 需 最 基 本 的 要 求 ， 只 有 了 解 车 道 信 息 ， 才 能 准 确 获 得 本 车 相 对 于 车 道 的 相 对 位 置 和 方 向 即 自 定 位 ， 控 制 车 辆 的 行 驶 方 向 。 是 下 一 步 判 断 是 否 有 障 碍 物 位 于 车 道 内 的 基 础 ，

9、因 此 车 道 检 测 是 自 动 驾 驶 的 基 本 条 件 。 视 觉 传 收稿日期 ： 2012-09-18 作 者 简 介 ： 贺 勇 ， 男 ， 硕 士 在 读 ， 主 要 研 究 方 向 为 车 辆 导 航 ， 路 径 规 划 ； 王 春 香 ， 女 ， 副 教 授 ， 博 士 ， 主 要 研 究 方 向 为 智 能 车 技 术 ； 董 永 坤， 男， 硕士在读 ， 主要研究方向为行人检测 ， 图像处理 。 E-mail: http:/ Tel:+86-551-5690963 5690964 ISSN 1009- 3044 Computer Knowledge and Techn

10、ology 电脑知识与技术 Vol.8, No.33, November 2012. 8047Computer Knowledge and Technology 电脑知识 与技术 计算机工程应用技术 本栏目责任编辑 ： 梁 书 第8 卷第33 期 (2012 年11 月) 感 器 是 道 路 信 息 的 主 要 来 源 ， 如 今 利 用 图 像 信 息 进 行 车 辆 导 航 的 研 究 被 人 们 关 注 。 其 首 要 任 务 就 是 采 集 道 路 环 境 的 图 像 信 息 ， 用 计算机加以解释 ， 代替驾驶人理解周围的环境实现自动驾驶 1 。 在 汽 车 能 够 保 持 在 车

11、道 中 行 驶 的 前 提 下 ， 需 要 检 测 前 方 车 辆 ， 调 节 车 距 避 免 碰 撞 ， 一 般 使 用 的 是 激 光 雷 达 。 激 光 雷 达 是 激 光 探 测及测距系统的简称 ， 用激光器作为发射光源 ， 采用光电探测技术手段的主动遥感设备 2 。 具 有 上 诉 两 个 功 能 ， 就 能 让 汽 车 在 公 路 上 实 现 简 单 的 跟 随 道 路 线 自 动 行 驶 。 根 据 所 需 信 息 在PRESCAN 中 选 用 传 感 器 ， 使 用 道 路 线 传 感 器 实 现 视 觉 传 感 器 的 功 能 获 得 道 路 线 信 息 ， 使 用TIS 传

12、 感 器 代 理 激 光 雷 达 获 得 前 方 道 路 上 障 碍 物 信 息 ， 其 中 道 路 线 传 感 器 和TIS 传感器都是PRESCAN 中为了开发方便设计的虚拟传感器 ， 但都是以现实传感器为基础 。 选 好 传 感 器 以 后 调 节 传 感 器 的 检 测 范 围 ， 其 中 道 路 线 传 感 器 选 用 两 条 检 测 线 ， 一 远 一 近 检 测 前 方 道 路 线 信 息 ； TIS 传 感 器 调 整 到合适角度 ， 让检测范围刚好覆盖前方所需检测范围 ， 防止出现漏检和误检 。 4 控制系统 该 文 仅 进 行 简 单 道 路 跟 随 和 前 方 障 碍 物

13、 检 测 的 简 单 功 能 的 仿 真 ， 道 路 线 传 感 器 在 车 辆 行 驶 过 程 中 不 断 获 取 前 方 道 路 线 信 息 ， 从 中 选 用 几 个 点 坐 标 信 息 用 于 道 路 保 持 的 算 法 ， 根 据 汽 车 前 方 道 路 信 息 和 汽 车 自 身 在 道 路 上 所 处 位 置 经 过 道 路 保 持 算 法 得 到 一 个 方 向 盘 角 度 ， 通 过 汽 车 的 简 单 动 力 学 模 型 控 制 汽 车 。 同 样 ， TIS 传 感 器 检 测 得 到 前 方 障 碍 物 信 息 ， 通 过ACC 模 块 算 法 对 汽 车 速 度 进

14、行PID 控 制 ， 根 据 与 前 方 障 碍 物 的 距 离 和 相 对 速 度 进 行 速 度 调 节 ， 保 证 汽 车 在 驾 驶 过 程 中 不 与 前 方 障 碍 物 碰 撞 。 加 入 控 制 算 法 以 后 得到下图所示的simulink 控制逻辑图 。 图 2 控制逻辑图 5 仿真结果分析 仿真结果展示, 图3 为车辆行驶过程在弯道和前方有行人和障碍车辆时的图像 。 整 个 行 驶 过 程 中 ， 在 弯 道 处 都 能 顺 利 实 现 转 弯 ， 检 测 到 前 方 有 障 碍 物 ， 通 过ACC 模 块 汽 车 开 始 减 速 ， 当 前 方 障 碍 物 脱 离 检

15、测 范 围时 ， 车辆又加速回到设置的速度 。 图4 、 图5 为整个过程中汽车的速度和方向图 。 图 1 场景建模 8048Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术 计算机工程应用技术 本栏目责任编辑 ： 梁 书 第8 卷第33 期 (2012 年11 月) 图 4 汽车行驶过程速度图 图 5 汽车行驶过程方向图 速 度 图 分 析 ： 设 定 行 驶 速 度 为20 km/h ， 在 未 检 测 到 前 方 有 障 碍 物 时 ， 速 度 保 持 在 设 定 值 附 近 ， 当 检 测 到 前 方 行 人 ， 速 度 迅 速 下 降 ， 当 行 人

16、 离 开 车 道 后 ， 车 速 又 快 速 回 升 至20km/h 并 基 本 维 持 此 速 度 。 直 到 检 测 到 前 方 汽 车 迅 速 减 速 ， 前 方 汽 车 开 走 后 又 加 速 到 设 定速度 。 整个过程中实现了道路跟随和ACC 的速度控制功能 ， 能够有效的检测前方障碍物并与之保持一定距离 。 方 向 图 分 析 ： 整 个 方 向 图 拥 有 一 定 波 动 ， 对 应 车 道 可 以 看 出 ， 波 动 出 现 在 弯 道 和 丁 字 路 口 这 样 车 道 线 不 明 确 的 位 置 ， 这 样 的 波 动幅度较小并不影响汽车行驶 。 6 结束语 使用PRES

17、CAN 能够仿真汽车自动驾驶过程 ， 能够在传感器选择和控制算法等方面为汽车智能技术研究提供参照 。 参考文献 ： 1 王伟莉.车辆安全行驶辅助导航研究D. 西安: 西北工业大学交通信息工程及控制专业,2007. 2 钟 勇, 姚 剑 锋. 现 代 汽 车 的 四 种 测 距 方 法J/OL. 汽 车 工 业 研 究,http:/ (2). 3 苗 强, 汤 晓 东, 王 大 志, 等. 基 于PRESCAN 软 件 的 汽 车 主 动 安 全 系 统 概 念 设 计C.INFATSProceedingsofthe9thInternationalForum ofAutomotiveTrafficSafety,2011. 图 3 行驶过程 8049