CN205087004U - 一种智能车辆自动驾驶控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能车辆自动驾驶控制系统，转向控制系统、挡位控制系统、油门控制系统、制动控制系统分别通过CAN总线与智能控制计算机连接，通过将有人车辆的转向、油门、制动以及挡位四个系统进行适当的机械结构改造后，加装相关自动控制装置，并将各子系统通过CAN总线与智能控制计算机进行分布式连接，本实用新型可实现智能控制计算机精确控制底层各子系统的目的，车在复杂环境下能够以自主的方式完成各种动作，操作难度低，简单可靠，为车辆无人化与智能控制的进一步研究奠定基础，具有实际的应用意义。

Description

一种智能车辆自动驾驶控制系统

技术领域

本实用新型涉及车辆驾驶控制系统技术领域，具体的说是一种智能车辆自动驾驶控制系统。

背景技术

近年来，随着人工智能、自动控制等智能控制领域相关理论与技术的发展，越来越多更加有效的智能算法被设计出来，不断提升着智能车的智能控制能力，推动了智能车从遥控到半自主控制、再到全自主控制的不断发展，在智能车的发展过程中，底层自动驾驶控制系统的性能始终是影响智能车智能控制能力的关键因素之一，自动驾驶控制系统是指能够接收上层智能控制系统的指令，以控制车辆的转向、速度与挡位等运动特性的系统，自动驾驶控制系统作为所有运动动作的最终执行者，其执行效果直接影响智能车能否准确且实时地完成上层智能控制系统的控制指令，是整个智能车感知、规划、推理以及决策等智能能力的基础，是智能车辆的核心系统之一。

传统的自动驾驶控制系统机械加工非常困难，并且机械结构之间的间隙会影响控制精度，同时额外加装的电机增加能耗，且需要额外的电源系统，另外，这种对原车机械结构进行了大量的改造，容易对原车性能产生影响，当人工驾驶时，人需要克服加装电机的扭矩而增加了操作难度，且可靠性无法保证。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款使智能车在复杂环境下能够以自主的方式完成各种动作，操作难度低，简单可靠的一种智能车辆自动驾驶控制系统，正是发明人所要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种智能车辆自动驾驶控制系统，其能够满足转向、加速、制动等指令的要求，操作难度低，具有较强的可靠性与稳定性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能车辆自动驾驶控制系统，其包括智能控制计算机、PIC插槽、CAN卡、CAN总线、转向控制系统、挡位控制系统、油门控制系统、制动控制系统，所述转向控制系统、挡位控制系统、油门控制系统、制动控制系统分别通过CAN总线与智能控制计算机连接。

进一步，所述转向控制系统包括方向盘、方向盘转向柱、扭矩传感器、切换开关、助力电机控制器、电机驱动器、转向助力电机、绝对式光电编码器、转向自动控制装置，所述扭矩传感器通过切换开关分别与助力电机控制器、转向自动控制装置连接，所述助力电机控制器一端通过电机驱动器与转向助力电机连接，所述助力电机控制器另一端与转向助力电机连接，所述转向助力电机与方向盘转向柱连接，所述转向助力电机通过绝对式光电编码器与转向自动控制装置连接，所述转向自动装置通过CAN总线与智能控制计算机连接。

进一步，所述油门控制系统包括油门踏板、踏板开度传感器、切换开关、油门电机控制器、油门自动控制装置、电机驱动器、油门开度电机、节气门，所述油门踏板通过踏板开度传感器与切换开关连接，所述切换开关一端与油门自动控制装置连接，所述油门自动控制装置通过CAN总线与智能控制计算机连接，所述切换开关另一侧与油门电机控制器连接，所述油门电机控制器一端通过电机驱动器与油门开度电机连接，所述油门电机控制器另一端与油门开度电机连接，所述油门开度电机与节气门连接。

进一步，所述制动控制系统包括制动踏板、制动主缸、原车ABS、制动轮缸、压力传感器、制动自动控制系统、液压制动单元，所述制动踏板与制动主缸连接，所述制动主缸与原车ABS连接，所述原车ABS与制动轮缸连接，所述制动轮缸通过压力传感器与制动自动控制系统连接，所述制动自动控制系统通过液压制动单元与制动轮缸连接，所述液压制动单元与制动主缸连接。

进一步，所述挡位控制系统包括挡位自动控制装置、步进电机驱动器、挡位步进电机、霍尔传感器、挡位丝杠结构，所述挡位自动控制装置通过步进电机驱动器与挡位步进电机连接，所述挡位步进电机与挡位丝杠结构连接，所述挡位丝杠结构通过霍尔传感器与挡位自动装置连接，所述挡位自动控制装置通过CAN总线与智能控制计算机连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型转向控制系统通过使用一个单刀双掷开关，实现了转向助力电机控制器与扭矩传感器及转向自动控制系统之间连接的切换，且在转向柱上安装了10位绝对光电编码器以实时监测转向柱的转接，使得其能够以闭环方式精确地控制转向角度。

2、本实用新型油门控制系统通过精确标定了节气门开度与两路输出电压之间的关系，实现了油门开度的精确控制，并且解决了安装节气门开度传感器较为困难、无法实现闭环控制的情况，智能控制计算机发送的期望油门开度值就可以通过这种开环的方式进行控制。

3、本实用新型通过在挡位控制系统的每个挡位位置均加装了霍尔传感器，通过尔传感器，换挡拉杆每到达一个挡位，该霍尔传感器就返回给挡位自动控制系统一个信号，通过该信号可以判断挡位拉杆是否已到达理想位置，实现系统的精确控制。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型转向控制系统结构示意图。

图3是本实用新型油门控制系统结构示意图。

图4是本实用新型液压制动系统结构示意图。

图5是本实用新型挡位控制系统结构示意图。

附图标记说明：1-智能控制计算机；2-PCI插槽；3-CAN卡；4-CAN总线；5-转向控制系统；6-油门控制系统；7-制动控制系统；8-挡位控制系统；51-方向盘；52-扭矩传感器；53-切换开关；54-助力电机控制器；55-电机驱动器；56-转向助力电机；57-绝对式光电编码器；58-转向自动控制装置；59-方向盘转向柱；61-油门踏板；62-踏板开度传感器；63-切换开关；64-油门电机控制器；65-电机驱动器；66-油门开度电机；67-节气门；68-油门自动控制装置；71-制动踏板；72-制动主缸；73-原车ABS；74-制动轮缸；75-压力传感器；76-制动自动控制装置；77-液压制动单元；81-挡位自动控制装置；82-步进电机驱动器；83-挡位步进电机；84-挡位丝杠结构；85-霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1是本实用新型整体结构示意图，该系统包括智能控制计算机1、PIC插槽2、CAN卡3、CAN总线4、转向控制系统5、油门控制系统6、制动控制系统7、挡位控制系统8，转向控制系统5、油门控制系统6、制动控制系统7、挡位控制系统8分别通过CAN总线4与智能控制计算机1连接。

本实用新型系统采用分布式连接方式，四个子系统与智能控制计算机1之间的交互独立进行，互不干扰，这样可以保证某一个子系统出现异常状况时，其他子系统还可以正常工作，增强系统的可靠性，使用时，在智能控制计算机1的PCI插槽2中插入CAN卡3，通过CAN总线4与底层子系统进行交互，智能控制计算机1可对四个子控制系统发送控制命令并实时监控其执行状况，为了保证智能控制计算机1对底层子系统的绝对控制权，四个子控制系统中采用中断方式接收CAN总线4的指令。

参见图2是本实用新型转向控制系统结构示意图，转向控制系统5包括方向盘51、扭矩传感器52、切换开关53、助力电机控制器54、电机驱动器55、转向助力电机56、绝对式光电编码器57、转向自动控制装置58、方向盘转向柱59，扭矩传感器52通过切换开关53分别与助力电机控制器54、转向自动控制装置58连接，助力电机控制器54一端通过电机驱动器55与转向助力电机56连接，助力电机控制器54另一端与转向助力电机56连接，转向助力电机56与方向盘转向柱59连接，转向助力电机56通过绝对式光电编码器57与转向自动控制装置58连接，转向自动装置58通过CAN总线4与智能控制计算机1连接。

以PIC18F458单片机为核心的转向控制系统5，该自动控制系统具有10位并行数字量输入端口、两路互补为5V的模拟量输出、并带有CAN收发器PCA82C250的CAN模块，然后将原车转向自动控制装置58的输出断开，改由开发的转向自动控制装置58对其进行输入，同时使用一个单刀双掷切换开关53，实现助力电机控制器54与扭矩传感器52及转向自动控制装置58之间连接的切换，最后，为了能够以闭环方式精确地控制转向角度，还在转向柱上安装了10位绝对光电编码器以实时监测转向柱的转角，方向盘51的目标转角由智能控制计算机1通过CAN总线4发送到转向自动控制装置58中。

参见图3是本实用新型油门控制系统结构示意图，油门控制系统包括油门踏板61、踏板开度传感器62、切换开关63、油门电机控制器64、电机驱动器65、油门开度电机66、节气门67、油门自动控制装置68，油门踏板61通过踏板开度传感器62与切换开关63连接，切换开关63一端与油门自动控制装置68连接，油门自动控制装置68通过CAN总线4与智能控制计算机1连接，切换开关63另一侧与油门电机控制器64连接，油门电机控制器64一端通过电机驱动器65与油门开度电66机连接，油门电机控制器64另一端与油门开度电机66连接，油门开度电机66与节气门67连接。

以PIC18F458单片机为核心的油门控制系统6，有两路互补模拟量输出，以及带有CAN收发器PCA82C250的CAN模块，然后将原油门电机控制器64的输入断开，改由设计的油门控制装置68对其进行输入，同时使用一个单刀双掷切换开关63，实现油门电机控制器64与踏板开度传感器62及油门自动控制装置68之间连接的切换，油门自动控制装置68通过接收智能控制计算机1发送的CAN控制信号，输出两路电压值，为了能实现油门开度的精确控制，并且在安装节气门67和踏板开度传感器62较为困难、无法实现闭环控制的情况下，本自动控制系统精确标定了节气门开度与两路输出电压之间的关系，这样智能控制计算机1发送的期望油门开度值就可以通过这种开环的方式进行控制。

参见图4是本实用新型液压制动系统结构示意图，制动控制系统包括制动踏板71、制动主缸72、原车ABS73、制动轮缸74、压力传感器75、制动自动控制装置76、液压制动单元77，制动踏板71与制动主缸72连接，制动主缸72与原车ABS73连接，原车ABS73与制动轮缸74连接，制动轮缸74通过压力传感器75与制动自动控制系统76连接，制动自动控制系统76通过液压制动单元77与制动轮缸74连接，液压制动单元77与制动主缸72连接。

制动控制系统7以PIC18F458单片机为核心，具有两路模拟量输入16位数字量输出并带有CAN收发器PCA82C250的CAN模块，然后破解了SBC的控制器引脚定义，以制动自动控制装置76的输出信号代替SBC的原输入信号，实现控制SBC内部电机以及进出油阀的目的，最后为了实现压力的精确控制，还在制动轮缸上安装了压力传感器75，制动自动控制装置76在接收智能控制计算机1的命令后，通过压力传感器75采集制动轮缸74的制动压力，产生三路可调占空比的PWM控制信号，分别协调控制蓄能器电机、进油阀以及出油阀的开闭动作，实现制动轮缸74压力的精确控制。

参见图5是本实用新型挡位控制系统结构示意图，挡位控制系统8包括挡位自动控制装置81、步进电机驱动器82、挡位步进电机83、挡位丝杠结构84、霍尔传感器85，挡位自动控制装置81通过步进电机驱动器82与挡位步进电机83连接，挡位步进电机83与挡位丝杠结构84连接，挡位丝杠结构84通过霍尔传感器85与挡位自动装置连81接，挡位自动控制装置81通过CAN总线4与智能控制计算机1连接。

挡位控制系统8以PIC18F458单片机为核心，具有八位数字量输入、八位数字量输出、并带有CAN收发器PCA82C250的CAN模块，该自动控制系统接收智能控制计算机1发送的CAN控制命令，输出脉冲信号驱动挡位步进电机83，再通过挡位丝杠结构84拉动换挡拉杆，为了实现系统的精确控制，在每个挡位位置均加装了霍尔传感器85，换挡拉杆每到达一个挡位，该霍尔传感器85就返回给挡位自动控制装置81一个信号，通过该信号可以判断挡位拉杆是否已到达理想位置。

转向控制系统5和油门控制系统6在破解了原车自检信号之后，断开了原车控制器的输入，通过加装的自动控制装置输出的替代信号输入到原车的控制系统中，最大限度地使用原车上的控制系统，制动控制系统根据原车液压制动系统的特点，另外并联了一套液压制动系统，与原系统互不影响，并且控制效果良好，挡位控制系统8采用挡位步进电机83带动挡位丝杠结构84进而拉动挡位拉杆的方法，并使用霍尔传感器85进行闭环输入，最后，使用CAN总线4将四个控制系统以分布式方式进行连接，该无人车运动控制系统的设计方法，不仅与原车兼容性好，可实现有人驾驶与无人驾驶之间的既方便又迅速的切换，而且没有复杂的机械设计，对原车改动小，达到了自动控制精度高、开发周期短、成本低的效果。

本实用新型能够满足转向、加速、制动等指令的要求，操作难度低，具有较强的可靠性与稳定性，有着实际的应用意义。

Claims (5)

1.一种智能车辆自动驾驶控制系统，其特征在于：其包括智能控制计算机、PIC插槽、CAN卡、CAN总线、转向控制系统、挡位控制系统、油门控制系统、制动控制系统，所述转向控制系统、挡位控制系统、油门控制系统、制动控制系统分别通过CAN总线与智能控制计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能车辆自动驾驶控制系统，其特征在于：所述转向控制系统包括方向盘、方向盘转向柱、扭矩传感器、切换开关、助力电机控制器、电机驱动器、转向助力电机、绝对式光电编码器、转向自动控制装置，所述扭矩传感器通过切换开关分别与助力电机控制器、转向自动控制装置连接，所述助力电机控制器一端通过电机驱动器与转向助力电机连接，所述助力电机控制器另一端与转向助力电机连接，所述转向助力电机与方向盘转向柱连接，所述转向助力电机通过绝对式光电编码器与转向自动控制装置连接，所述转向自动装置通过CAN总线与智能控制计算机连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能车辆自动驾驶控制系统，其特征在于：所述油门控制系统包括油门踏板、踏板开度传感器、切换开关、油门电机控制器、油门自动控制装置、电机驱动器、油门开度电机、节气门，所述油门踏板通过踏板开度传感器与切换开关连接，所述切换开关一端与油门自动控制装置连接，所述油门自动控制装置通过CAN总线与智能控制计算机连接，所述切换开关另一侧与油门电机控制器连接，所述油门电机控制器一端通过电机驱动器与油门开度电机连接，所述油门电机控制器另一端与油门开度电机连接，所述油门开度电机与节气门连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能车辆自动驾驶控制系统，其特征在于：所述制动控制系统包括制动踏板、制动主缸、原车ABS、制动轮缸、压力传感器、制动自动控制系统、液压制动单元，所述制动踏板与制动主缸连接，所述制动主缸与原车ABS连接，所述原车ABS与制动轮缸连接，所述制动轮缸通过压力传感器与制动自动控制系统连接，所述制动自动控制系统通过液压制动单元与制动轮缸连接，所述液压制动单元与制动主缸连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能车辆自动驾驶控制系统，其特征在于：所述挡位控制系统包括挡位自动控制装置、步进电机驱动器、挡位步进电机、霍尔传感器、挡位丝杠结构，所述挡位自动控制装置通过步进电机驱动器与挡位步进电机连接，所述挡位步进电机与挡位丝杠结构连接，所述挡位丝杠结构通过霍尔传感器与挡位自动装置连接，所述挡位自动控制装置通过CAN总线与智能控制计算机连接。