CN108569228A - 基于can总线的车辆无人驾驶底盘系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，适用于加装无人驾驶系统的重型车辆底盘改装，包括底盘控制器1、车身控制系统2、变速箱电控系统3、发动机电控系统4、电子制动系统5、电控转向系统6、起动/熄火控制装置7、手动/自动切换开关8以及相关的电气管路及线束，所述底盘控制器(1)与其他底盘电控模块系统之间分别通过CAN总线接口连接，用以通过预先设定的CAN报文形式进行相互间的信息传递；所述底盘控制器1与车辆的无人驾驶控制系统10之间采用CAN总线接口连接，进行数据信息交互，以监测车辆底盘的数据，实现对车辆底盘的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆的无人驾驶系统自动控制技术领域，特别地涉及一种重型车辆的无人驾驶底盘系统。
背景技术
近年来，汽车的无人自动驾驶技术已经逐渐成熟。具体到重型汽车，要实现重型汽车的无人驾驶，无人驾驶控制系统至少需实现对汽车发动机、变速箱、制动系统及转向系统的控制；同时，基于安全性及通用性的考虑，无人驾驶汽车需要继续保留原有的有人驾驶模式。目前，重型汽车的无人驾驶系统控制车辆底盘的方式仍然采用传统的机电控制方式。这种传统机电控制方式的底盘电控模块一般由传感元件、电子控制单元(ECU，ElectronicControl Unit)和执行机构组成，车辆运行时各底盘电控模块通常被单独进行控制，且大多为硬线连接或没有一个统一的通讯方式(硬线与串口或CAN总线混合)。控制方式不统一，结构复杂。上述重型汽车无人驾驶控制方式存在如下主要不足：
其一，可靠性差。该种方式需要在车辆底盘加装控制电机、液压缸等驱动部件及带动连杆等机械部件，无人驾驶控制系统通过这些加装的构件直接控制车辆油门、换挡杆、刹车踏板等执行机构，系统复杂、可靠性低，且各种驱动、执行机构均需占用驾驶室一定空间。
其二，改装适应性差。在尚未有针对无人驾驶重型车辆专门研制的底盘的情况下，由于每种车型的油门、刹车以及换挡机构等都存在不同程度的差别，要在不同型号的车辆底盘上加装无人驾驶控制系统，无人驾驶系统机电控制的执行机构对油门的控制角度、换挡手柄的控制行程等参数都必须重新调整，甚至需要更改机械结构，对各种车型的改装适应性较差。
随着总线CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)技术及电控技术在重型车辆上的逐渐应用，上述问题的解决就具备了一定的技术基础。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是，针对上述现有车辆无人驾驶底盘系统的不足，基于已广泛应用在车辆上的CAN总线技术，提供一种适用于加装车辆无人驾驶系统的重型车辆底盘系统方案。采用该技术方案的车辆底盘可以灵活、快速的加装无人驾驶系统，并可对车辆运行提供有效、可靠的控制。
根据本发明的一种基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，包括底盘控制器(1)与其他底盘电控系统，所述底盘控制器(1)与其他底盘电控系统之间分别通过CAN总线接口连接，用以通过预先设定的CAN报文形式进行相互间的数据传递；所述底盘控制器(1)设有专用CAN总线接口，用以采用CAN总线与车辆无人驾驶控制系统(10)连接，以便根据预设的CAN报文形式进行数据交互，监测车辆底盘的数据，根据所述的无人驾驶系统(10)的指令，统一协调控制车辆底盘。
进一步的，所述的车辆无人驾驶底盘系统还包括切换装置(8)，所述切换装置(8)的状态，可供底盘控制器(1)判断车辆处于有人驾驶或无人驾驶模式，而实现车辆有人或无人两种驾驶模式的切换。所述的切换装置(8)可以通过信号线束连接到所述底盘控制器(1)，使得底盘控制器(1)可以采集其状态信号。
进一步的，所述的车辆无人驾驶底盘系统还包括电子油门(9)，通过信号线束与所述的底盘控制器(1)连接，据以使底盘控制器(1)采集其状态信息。
进一步的，所述的车辆无人驾驶底盘系统还包括车辆ABS系统(11)、换档器(12)，分别利用总线接口方式通过CAN3与底盘控制器(1)连接。
所述的其他底盘电控系统，根据底盘控制器(1)集中控制的具体需要，可以包括车身控制系统(2)、变速箱电控系统(3)、发动机电控系统(4)、电子制动系统(5)、电控转向系统(6)、起动/熄火控制装置(7)等控制车辆运行所必须的模块。
所述的底盘控制器(1)通过第一总线(CAN1)与无人驾驶控制系统(10)连接；通过第二总线(CAN2)与车身控制系统(2)连接；通过第三总线(CAN3)与变速箱电控系统(3)、发动机电控系统(4)分别连接；通过第四总线(CAN4)与电子制动系统(5)、电控转向系统(6)分别连接。
所述的车身控制系统(2)，包括车身控制器(21)、车灯控制、雨刮控制、喇叭控制、轮轴差、全驱及分动器高低档等构件(22)，所述的车身控制器以CAN总线接口方式通过CAN2与底盘控制器(1)连接。
所述的变速箱电控系统(3)，包括变速箱控制器(Transmission Control Unit，TCU)(31)及变速箱(32)本身；其中，变速箱控制器(31)以CAN总线接口方式通过CAN3与底盘控制器(1)连接。
所述的发动机电控系统(4)进一步包括发动机控制器(Electronic ControlUnit，ECU)(41)与发动机(42)；发动机控制器(41)以CAN总线接口方式通过CAN3与所述的底盘控制器(1)连接，以进行数据交互。
所述的电子制动系统5，包括制动电控模块(51)与相应的制动气路(52)，制动电控模块(51)利用CAN总线接口通过CAN4连接到所述的底盘控制器(1)。
所述的电控转向系统(6)，包括电机驱动器(61)、伺服电机(62)、减速传动装置(63)、液压转向机(64)以及转角传感器(65)，电机驱动器(61)系通过控制线束与伺服电机(62)连接，用以控制伺服电机(62)的动作；而转角传感器(65)利用CAN总线接口通过CAN4连接到所述的底盘控制器(1)。
根据本发明的一个实施例，所述的底盘控制器(1)判断车辆为有人驾驶模式时，采集电子油门(9)的信号，并转换为CAN信号通过CAN3来控制发动机控制器(41)动作；所述的底盘控制器(1)判断车辆为无人驾驶模式时，通过CAN1接收来自无人驾驶控制系统(10)的指令，用以控制车辆动作。
若所述的底盘控制器(1)与无人驾驶控制系统(10)之间的CAN总线连接中断，设置为控制底盘发动机(43)为怠速、变速箱(32)档位为空挡，并控制电子制动系统(5)实施紧急制动，使车辆快速停止。
与基于机电系统的传统重型车辆的无人驾驶改装方案相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
1.对现有车辆底盘系统的改装原理简单，系统可靠性高。各大底盘总成采用电控系统，通过CAN总线直接控制。针对车辆油门、档位、制动、转向等无需专门设计增加机电执行机构，简化了系统复杂度，提高了系统可靠性，节省了驾驶室宝贵的安装空间。
2.改装适应性强。本发明技术方案采用模块化，层次化设计思想，无人驾驶控制系统与车辆底盘之间只需要通过CAN总线接口进行数据交互，没有多余的机电连接。两个系统之间相对独立，系统内部结构及功能可以进行不断改进升级。两个系统之间只要符合CAN总线接口协议，即可实现不同无人驾驶系统在不同车型之间的快速移植，具有极强的适应性。
3.无人驾驶系统通过底盘控制器总线可以获得车辆各电控系统丰富的状态信息，这些信息可以用于修正无人驾驶的智能控制策略，有助于提高无人驾驶车辆的整体性能。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构及原理框图
图2为本发明实施例的电控转向系统的结构示意图
图3所示为本发明实施例的底盘控制器的软件结构图
图4为本发明实施例的底盘控制器的软件总体流程图
主要元件符号说明：
底盘控制器 1 车身控制系统 2
车身控制器 21 灯光等控制构件 22
变速箱控制系统 3 变速箱控制器 31
变速箱 32 发动机控制系统 4
发动机控制器 41 发动机 42
电子制动系统 5 制动电控模块 51
制动气路 52 电控转向系统 6
电机驱动器 61 伺服电机 62
减速传动装置 63 单级圆柱减速器 631
行星减速器 632 液压转向机 64
转角传感器 65 起动控制装置 7
有人/无人切换装置 8 电子油门 9
无人驾驶控制系统 10 ABS系统 11
换档器 12
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示的本实施例的车辆无人驾驶底盘系统，包括底盘控制器1、车身控制系统2、变速箱电控系统3、发动机电控系统4、电子制动系统5、电控转向系统6、起动/熄火控制装置7、手动/自动切换开关8以及相应的电气管路及线束。其中，所述的车身控制系统2通过第二总线(CAN2)与底盘控制器1连接，变速箱电控系统3与发动机电控系统4均通过第三总线(CAN3)与底盘控制器连接，电子制动系统5与电控转向系统6则通过第四总线(CAN4)与底盘控制器1连接。
各个底盘模块构件的电控系统，藉由与底盘控制器1之间所达成的相互总线连接，共同构成了车辆的底盘总线网络。所构成的前述底盘总线网络由所述的底盘控制器1集中控制。同时，底盘控制器1与无人驾驶控制系统10之间通过第一总线(CAN1)连接，进行数据交互。这样，无人驾驶控制系统10即可通过底盘控制器1，来适时监测车辆底盘各模块系统的数据，实现对车辆底盘系统的控制。
根据图1所示的本发明实施例的车身控制系统2，包括车身控制器21、车灯控制、雨刮控制、喇叭控制、轮轴差、全驱及分动器高低档等控制构件22，所述的车身控制器21以CAN总线接口方式通过CAN2与底盘控制器1连接。
根据图1所示的本实施例中的变速箱电控系统3，包括变速箱控制器31及变速箱32本身；其中，变速箱控制器31以CAN总线接口方式通过CAN3与底盘控制器1连接；底盘控制器1通过CAN3控制变速箱控制器31，这时设置变速箱控制器31切换到第二换档模式，根据J1939协议内容进行档位控制。
根据图1所示的本发明实施例的发动机电控系统4，包括发动机控制器41、及发动机42，所述的发动机控制器41以CAN总线接口方式通过CAN3连接到底盘控制器1，所述的底盘控制器1通过CAN总线控制发动机控制器41，进而实现车辆的加速/减速动作；根据图1所示的本发明实施例的电子制动系统5，包括制动电控模块51与相应的制动气路52，制动电控模块51以CAN总线接口方式通过CAN4与所述的底盘控制器1连接。
根据图1所示并结合参阅图3，本发明实施例中的电控转向系统6包括电机驱动器61、伺服电机62、减速传动装置63、液压转向机64及转角传感器65等构件；其中，所述的减速传动装置63进一步可包括单极圆柱减速器631、行星减速机632；电机驱动器61利用控制线束与伺服电机62连接；而转角传感器65以CAN总线接口方式通过CAN4与底盘控制器1连接；底盘控制器1通过CAN总线控制方向盘转轴作用于液压转向机64实现车辆转向，转向范围为-900°～900°。
本实施例中，起动/熄火控制装置7，系通过控制线束与底盘控制器1连接，用于接收来自于底盘控制器1指令信号，并根据指令信号进行相应地动作。
如图1所示，所述的手动/自动切换开关8，通过信号线束连接到底盘控制器(1)，底盘控制器1可以通过采集手动/自动切换开关8的状态，来判断车辆当前状态是处于有人驾驶还是无人驾驶模式。
本实施例的无人驾驶底盘系统还进一步包括电子油门9，所述的电子油门9系通过信号线束连接到底盘控制器1；底盘控制器1可以采集电子油门9的状态信号，并通过CAN总线传递给其他底盘子系统。
为完成本发明实施例中的各种CAN总线连接，各底盘电控系统里分别设有专门的CAN控制单元，且底盘控制器1与各底盘电控系统对应亦分别设有多个对应的不同CAN控制单元。
请结合参阅图3、图4所示的本发明实施例的底盘控制器的软件结构图及其软件总体流程图，使用车辆的具体操作可以是：
首先，所述的底盘控制器1设置主任务调用周期，并对各路CAN总线初始化及输入/输出初始化等，确保系统能够正常工作；
接着，底盘控制器1根据手动/自动切换开关8状态信号来判断车辆有人/无人驾驶行车模式，并选择其中之一；
第三，当底盘控制器1判断车辆处于有人驾驶模式时，底盘控制器1采集电子油门9信号，并将其转为CAN信号通过CAN3总线控制发动机控制器41动作，此时，车辆的其它控制逻辑遵照原车控制逻辑保持不变；当底盘控制器1通过采集手动/自动切换开关8的状态信号，判断车辆处于无人驾驶模式时，车辆开启无人自动驾驶状态。
第四，底盘控制器1判断行车模式为无人驾驶时，将根据预先设定的各种行车参数，对适时接收的各底盘电控系统传递的行车信息进行判断，通过CAN1反馈给无人驾驶控制系统10，并通过CAN1接收无人驾驶控制系统10的行车指令，统一协调相应的底盘电控系统。
具体来说，本实施例中，底盘控制器1通过CAN4接收来自电控转向系统6的角度传感器65发送的方向盘转角信号；通过CAN3接收变速箱控制器31发送的档位信号、发动机控制器41发送的发动机转速信号；通过CAN2接收车身控制器21发送的车辆实时车速信号；根据规定的CAN报文协议将接收到的这几种信号通过CAN1发送给无人驾驶控制系统10。
无人驾驶控制系统10根据接收到的各类信号经由CAN1对底盘控制器1发出各种指令时，底盘控制器1根据预先规定的优先级、行车规划等，以预设的CAN报文协议将操作指令通过CAN2控制车身控制器21，进而控制车辆的灯光、喇叭、轮轴差、全驱及分动器高低档等构件22；通过CAN3控制变速箱控制器31，来控制车辆前进档、空挡、倒档的切换，通过CAN3控制发动机控制器41来控制车辆的加速/减速动作；通过CAN4控制制动电控模块51，来控制车辆的行车制动以及驻车制动；通过CAN4控制转向电机62控制车辆的转向；通过线束控制起动/熄火装置7控制车辆的发动机43起动和熄火。若底盘控制器1接收到来自无人驾驶控制系统10的紧急停车指令，则分别通过相对应CAN总线控制车辆的换挡、制动，达到快速停车目的。
本发明实施例中，油门控制器、制动电控系统5以及电控转向系统6等底盘电控系统，均是利用成熟的总线技术，通过对传统操控方式改进而来。
本发明实施例中，所有采用的CAN总线信息均遵循SAE1939标准。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制。尽管参照以上实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，任何对本实施例记载的技术方案的简单修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行的等同替换，均不应脱离本发明技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征在于，包括底盘控制器(1)与其他底盘电控系统，所述底盘控制器(1)与其他底盘电控系统之间分别通过CAN总线接口连接，用以通过预先设定的CAN报文形式进行相互间的信息传递；所述底盘控制器(1)设有专用CAN总线接口，用以采用CAN总线与车辆无人驾驶控制系统(10)连接，以便通过预设的CAN报文形式进行数据交互，根据所述的无人驾驶系统(10)的指令，统一协调控制车辆底盘。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，进一步包括切换控制装置(8)，其状态可供底盘控制器(1)据以判断车辆处于有人驾驶或无人驾驶模式。
3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，所述切换控制装置(8)通过控制线束连接到所述底盘控制器(1)，使得底盘控制器(1)可采集其状态信号。
4.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，进一步包括电子油门(9)，通过信号线束与所述的底盘控制器(1)连接，以使底盘控制器(1)可采集其状态信息。
5.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，所述其他底盘电控模块系统包括车身控制系统(2)、变速箱电控系统(3)、发动机电控系统(4)、电子制动系统(5)、电控转向系统(6)、起动/熄火控制装置(7)等控制车辆运行所必须的模块。
6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，所述的底盘控制器(1)通过第一总线(CAN1)与无人驾驶控制系统(10)连接；通过第二总线(CAN2)与车身控制系统(2)连接；通过第三总线(CAN3)与变速箱电控系统(3)、发动机电控系统(4)分别连接；通过第四总线(CAN4)与电子制动系统(5)、电控转向系统(6)分别连接。
7.根据权利要求2或3所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，所述的底盘控制器(1)判断车辆为有人驾驶模式时，采集所述的电子油门(9)的信号并转换为CAN信号通过CAN3来控制发动机控制器(41)动作；所述的底盘控制器(1)判断车辆为无人驾驶模式时，通过CAN1接收来自无人驾驶控制系统(10)的指令，用以控制车辆动作。
8.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的车辆无人驾驶底盘系统，其特征是，底盘控制器(1)与无人驾驶控制系统(10)之间的CAN总线连接中断时，设置为控制底盘发动机(42)为怠速、变速箱(32)档位为空挡，并控制电子制动系统(5)实施紧急制动，使车辆快速停止。
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