專利名稱：一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及是一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統(tǒng)，屬于汽車領(lǐng)域。
二、背景技術(shù) 自動駕駛和輔助駕駛系統(tǒng)在智能交通領(lǐng)域占有重要的地位，是智能車輛速度控制的一個(gè)重要的組成部分，其性能的好壞直接影響到了智能車輛的速度控制性能和精度。智能車輛的應(yīng)用對車輛的自動和半自動駕駛，速度巡航自動泊車輔助駕駛技術(shù)有重要的實(shí)際意義。其電子油門的控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、機(jī)械、電氣、控制技術(shù)的結(jié)合；同時(shí)也是輔助駕駛和主動安全技術(shù)的重要組成部分，隨著人們對交通和車輛的安全意識的提高，其越來越受到人們的重視。有時(shí)由于駕駛員的經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，對油門踏板和制動踏板的使用次數(shù)比較多，油門的一些損耗和開度變化很大，造成大量費(fèi)油的情況。同時(shí)駕駛員長時(shí)間保持一個(gè)姿勢控制油門踏板，駕駛的舒適性毫無保障，并容易產(chǎn)生疲勞，不利于安全行駛。自動和輔助駕駛的油門控制技術(shù)，是由車速傳感器(光電編碼盤)，直流有刷電機(jī)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)、控制和采集單元的MCU，控制上位機(jī)單元組成。但是一般的控制系統(tǒng)只有單獨(dú)的油門位置反饋，測速精度不夠，一個(gè)大的系統(tǒng)閉環(huán)沒有實(shí)現(xiàn)，對油門開度的計(jì)算也不夠準(zhǔn)確，這樣不能保證油門和速度的平穩(wěn)性和實(shí)時(shí)性，對車輛速度控制精度也無法保證，無法滿足乘客的舒適性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種對自動駕駛和輔助駕駛有效穩(wěn)定的油門智能控制控制方法，為了能讓車輛油門速度控制有足夠精度同時(shí)保障乘客的舒適性，能讓車輛在自動巡航和自動泊車關(guān)鍵技術(shù)中發(fā)揮其安全方便的優(yōu)勢。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法，包括以下步驟(I)初始化采集底層數(shù)據(jù)MCU、油門控制MCU及其各端口 ；(2)檢測油門控制MCU的PWM波和驅(qū)動是否正常，應(yīng)用MCU實(shí)時(shí)中斷來確保智能駕駛的控制周期在50ms控制一次，檢測車輛CAN總線網(wǎng)絡(luò)串口是否正常工作，檢測采集底層數(shù)據(jù)MCU來定時(shí)中斷接收車速編碼盤信號是否有效；(3)各個(gè)MCU通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)，上位機(jī)電腦通過串口來接收微控制器采集到的速度和時(shí)間戳信息，知道是哪個(gè)時(shí)間包發(fā)送的速度信息，并采集油門現(xiàn)在的狀態(tài)和控制油門的電機(jī)的狀態(tài)；(4)上位機(jī)通過采集到的速度信息應(yīng)用模糊增量PID算法算出油門開度，經(jīng)過油門開度和速度的標(biāo)定擬合，確定期望速度對應(yīng)的油門開度，同時(shí)檢測是否是緊急制動模式，如果不是則下發(fā)油門控制量到CAN總線網(wǎng)絡(luò)；(5)當(dāng)油門開度值下發(fā)到CAN總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，油門控制MCU通過其自身帶的CAN網(wǎng)絡(luò)濾波器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對應(yīng)的油門開度值，并換算成電機(jī)標(biāo)定值，通過PWM波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動來拉動油門控制油門的行程；(6)把當(dāng)前的電機(jī)的狀態(tài)值和油門的行程采集通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)電腦中，上位機(jī)同時(shí)繼續(xù)采集車速信息；(7)將采集到信息時(shí)間和時(shí)間戳的信息進(jìn)行比對，同時(shí)確定控制的最大延遲時(shí)間，通過上位機(jī)的算法進(jìn)行時(shí)間上的修復(fù)控制，再進(jìn)行模糊增量PID的控制然后就再發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行油門開度控制。一種自動駕駛車輛的油門智能控制系統(tǒng)，是基于智能電動車平臺BJUT號，采用三個(gè)MCU搭建的CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸控制信息，各個(gè)MCU功能分別為微控制器一為HUB微處理器構(gòu)建CAN網(wǎng)絡(luò)并通過串口和上位機(jī)電腦通信、微控制器二采集并處理車速信息、微控制器三控制直流有刷電機(jī)進(jìn)行電子油門的行程控制；上位機(jī)電腦通過各個(gè)單片機(jī)發(fā)送回來的信息和時(shí)間戳信息進(jìn)行增量處理，把油門開度的模糊PID輸出量發(fā)送給控制油門的MCU，來實(shí)現(xiàn)整體的車速控制。包括三個(gè)微處理器MCU、直流有刷電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動電路、光電編碼器、油門行程傳感器、串口、制動踏板傳感器。系統(tǒng)具有三個(gè)MCU，一個(gè)是負(fù)責(zé)采集的速度反饋信號，一個(gè)是控制油門電機(jī)的MCU，一個(gè)是搭建CAN網(wǎng)絡(luò)的HUB微控制器，一個(gè)光電編碼盤速度計(jì)，一個(gè)油門行程傳感器，油門控制MCU應(yīng)用的其CAN模塊收到其控制油門開度的數(shù)據(jù)，然后通過脈沖寬度調(diào)制PWM模塊和電機(jī)驅(qū)動模塊H橋電路連接直流有刷電機(jī)。速度采集MCU通過增強(qiáng)型定時(shí)器ETC來進(jìn)行定時(shí)中斷來采集光電編碼盤的脈沖個(gè)數(shù)并計(jì)算速度值，并把速度值通過HUB微控制器發(fā)送給上位機(jī)電腦，上位機(jī)電腦通過計(jì)算模糊增量PID計(jì)算出期望油門開度，并串口和HUB微控制器進(jìn)行連接發(fā)送到底層CAN網(wǎng)絡(luò)里面。其上述系統(tǒng)中微控制器為MC9S12DG128B單片機(jī)，其應(yīng)用的油門電機(jī)為Maxon直流有刷電機(jī)。四、有益效果由于采用了有效的模糊增量PID和時(shí)間戳算法，本發(fā)明具有以下的特點(diǎn)，控制精度高，并且可以在計(jì)算中考慮彌補(bǔ)延遲時(shí)間多少來改變控制策略，同時(shí)計(jì)算效率和穩(wěn)定性高，不會出現(xiàn)致命錯誤。軟硬件分離、功能模塊化程度高。其中加入和對速度檢測的MCU和CAN總線HUB微控制器能很好的結(jié)合上位機(jī)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)，底層CAN總線網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)可以增加多個(gè)節(jié)點(diǎn)，讓車輛控制更加靈活。同時(shí)在上位機(jī)形成速度控制閉環(huán)系統(tǒng)，上位機(jī)電腦運(yùn)算效率高，可以在很短的時(shí)間中進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算?；谝陨蠋c(diǎn)，本系統(tǒng)可以很好的提高自動駕駛和輔助駕駛的油門控制精度和能力。是車輛行駛平穩(wěn)安全。
五

附圖I是本發(fā)明自動駕駛車輛的油門智能控制的算法流程圖附圖2是本發(fā)明自動駕駛和輔助駕駛控制系統(tǒng)的方框圖附圖3是本發(fā)明自動駕駛車輛的油門控制MCU的原理圖附圖4是本發(fā)明自動駕駛車輛的油門控制中電機(jī)驅(qū)動模塊的電氣原理圖附圖5是本發(fā)明自動駕駛車輛的油門控制中電源模塊原理圖附圖6是本發(fā)明自動駕駛車輛的油門控制中速度采集模塊電氣原理圖
圖中具體編號
I.為 MCU 控制器 MC9S12DG128B2.為最小系統(tǒng)的復(fù)位電路3.濾波電路4.時(shí)鐘電路5.直流電機(jī)6.驅(qū)動 MOS 管7.保護(hù)二極管8.電源穩(wěn)壓模塊9.光電碼盤內(nèi)部原理10.整形電路六、具體的實(shí)施方式圖I所示是算法的流程圖中，從開始從光電編碼盤MCU中ECT模塊定時(shí)捕獲得脈沖值，增加時(shí)間戳并計(jì)算速度值發(fā)送給上位機(jī)，通過模糊增量PID計(jì)算當(dāng)前控制量，檢測計(jì)算當(dāng)前控制量是否已經(jīng)超過了最大控制量的極限，檢測當(dāng)前控制量是否小于最小控制量的限制，如果計(jì)算出來的控制量在其范圍內(nèi)，輸出控制量作用于油門電機(jī)控制其到達(dá)指定位置。在MCU采集光電編碼盤的脈沖的時(shí)候采用定時(shí)50ms采集計(jì)算一次速度值，同時(shí)應(yīng)用車輪半徑信息算出所行駛的里程。通過串口發(fā)送到上位機(jī)軟件中，其中波特率為19200，校驗(yàn)位位NONE，數(shù)據(jù)位8，停止位為I。通過多線程編程處理串口接收和要發(fā)送的數(shù)據(jù)。通過模糊增量PID算出其給電機(jī)輸出的增量值后，發(fā)送給電機(jī)控制MCU，通過MCU中的PWM模塊配置一個(gè)2kHZ的控制量。應(yīng)用ECT模塊每50ms定時(shí)發(fā)送一次電機(jī)控制信號。如圖2所示油門智能控制系統(tǒng)由四部分組成，包括三個(gè)MCU和一個(gè)上位機(jī)構(gòu)成。由車速傳感器(光電編碼盤)，直流有刷電機(jī)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)、控制和采集單元的MCU，控制上位機(jī)、油門踏板行程傳感器構(gòu)成，通過三個(gè)MCU輸入三個(gè)傳感器信號，可以分別向單片機(jī)提供速度信息，油門踏板行程，電機(jī)的位置信息。電機(jī)控制MCU通過上位機(jī)發(fā)送的信號對控制微控制器的PWM模塊發(fā)送脈寬調(diào)制信號，來控制油門電機(jī)拉動油門工作。通過CAN網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行各個(gè)車輛實(shí)時(shí)的信息傳輸，并對車輛信息進(jìn)行編碼和解碼。本發(fā)明實(shí)施應(yīng)用MCU為MC9S12DG128B單片機(jī)控制油門電機(jī)如圖3所示為其最小系統(tǒng)電氣原理圖。應(yīng)用PP4PP5來組成雙通道的PWM波的輸出，首先進(jìn)行PWM模塊的初始化，使能PWM模塊，設(shè)置PWM的周期和占空比參數(shù)進(jìn)行，通過MCU中的ECT模塊進(jìn)行定時(shí)50ms來進(jìn)行電機(jī)的控制。輸出控制電機(jī)的模擬信號，PB 口接出工作指示燈，通過設(shè)置不同工作狀態(tài)對應(yīng)的燈的狀態(tài)來監(jiān)測MCU的工作狀態(tài)。 PTl為MCU的采集光電編碼盤脈沖的輸入端口，通過ECT模塊定時(shí)發(fā)送已經(jīng)讀取并計(jì)算出來的速度值。如圖4所示為電機(jī)驅(qū)動H橋模塊。如圖5所示電源穩(wěn)壓電路，圖6所示為速度采集電路本發(fā)明的關(guān)鍵是通過整個(gè)系統(tǒng)的采集信息和時(shí)間戳，和模糊增量PID算法可以有很高的精度來控制油門，整個(gè)3個(gè)MCU工作是否協(xié)調(diào)一致，CAN總線的通訊是否暢通都是整 個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，下面結(jié)合實(shí)例對各個(gè)模塊的通訊和流程進(jìn)行進(jìn)一步的說明
I.初始化3個(gè)MCU模塊，設(shè)置MCU的總線頻率，初始化時(shí)鐘模塊，設(shè)置鎖相環(huán)PLL參數(shù)，采集MCU的PTO設(shè)置為輸入捕捉方式，PTl設(shè)置定時(shí)中斷，設(shè)置PB各個(gè)端口位輸出I/0模式允許中斷。2.設(shè)置定時(shí)50ms進(jìn)行一次中斷將輸入捕捉采集的信息轉(zhuǎn)換成速度信息和里程信息通過串口發(fā)送給上位機(jī)。PB接口 LED燈的狀態(tài)是從向右依次閃爍。3.上位機(jī)通過SerialPort的類應(yīng)用VC6. 0環(huán)境編寫上位機(jī)串口接收軟件，通過多線程的分別處理收發(fā)串口 得到的信息。首先計(jì)算其偏差量，確定其時(shí)間戳，然后通過模糊增量PID來計(jì)算其控制量，判斷其計(jì)算出得控制量是否大于上界和計(jì)算出來的控制量是否小于下界。最后確定要輸出的控制量，通過串口下發(fā)到HUB的MCU中。4. HUB微控制器MCU經(jīng)過解碼和換算處理，通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)分別對整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)中的不同ID的MCU進(jìn)行發(fā)送相關(guān)信息。5.當(dāng)控制電機(jī)MCU其CAN中的ID值為0x100接收到控制電機(jī)的參數(shù)的時(shí)候，其解碼成對應(yīng)的PWM占空比通過電機(jī)驅(qū)動模塊來控制電機(jī)拉動油門行程。來實(shí)時(shí)控制智能車輛的速度。6.不斷采集速度信息，在控制周期范圍內(nèi)來下發(fā)命令來控制油門電機(jī)和車速。
權(quán)利要求
1.ー種自動駕駛車輛的油門智能控制方法，包括以下步驟(1)初始化采集底層數(shù)據(jù)MCU、油門控制MCU及其各端ロ；(2)檢測油門控制MCU的PWM波和驅(qū)動是否正常，應(yīng)用MCU實(shí)時(shí)中斷來確保智能駕駛的 控制周期為50ms，檢測車輛CAN總線網(wǎng)絡(luò)串ロ是否正常工作，檢測采集底層數(shù)據(jù)MCU來定時(shí) 中斷接收車速編碼盤信號是否有效；(3)各個(gè)MCU通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)，上位機(jī)電腦通過串ロ來接收微控制器采集到的速 度和時(shí)間戳信息，確定發(fā)送的速度信息的時(shí)間，并采集油門當(dāng)前狀態(tài)和控制油門的電機(jī)的 狀態(tài)；(4)上位機(jī)通過采集到的速度信息應(yīng)用模糊増量PID算法計(jì)算油門開度，經(jīng)過油門開 度和速度的標(biāo)定擬合，確定期望速度對應(yīng)的油門開度，同時(shí)檢測是否在緊急制動模式，如果 不是那么下發(fā)油門控制量到CAN總線網(wǎng)絡(luò)；(5)當(dāng)油門開度值下發(fā)到CAN總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，油門控制MCU通過其自身帶的CAN網(wǎng)絡(luò)濾波 器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對應(yīng)的油門開度值，并經(jīng)過運(yùn)算換算成電機(jī)標(biāo)定值， 通過PWM波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動來拉動油門控制油門的行程；(6)把當(dāng)前的電機(jī)的狀態(tài)值和油門的行程采集到，通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)電 腦中，上位機(jī)同時(shí)繼續(xù)采集車速信息；(7)將采集到信息時(shí)間戳進(jìn)行比對，同時(shí)確定控制的最大延遲時(shí)間，通過上位機(jī)的算法 進(jìn)行時(shí)間上的修復(fù)控制，再進(jìn)行模糊増量PID的控制然后就再發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行油門 開度控制。
2.ー種自動駕駛車輛的油門智能控制系統(tǒng)，是基于智能電動車平臺BJUT號，其特征在 于采用三個(gè)MCU搭建的CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸控制信息，各個(gè)MCU功能分別為微控制器ー為HUB 微處理器構(gòu)建CAN網(wǎng)絡(luò)并通過串口和上位機(jī)電腦通信、微控制器ニ采集并處理車速信息、 微控制器三控制直流有刷電機(jī)進(jìn)行電子油門的行程控制；上位機(jī)電腦通過各個(gè)單片機(jī)發(fā)送 回來的信息和時(shí)間戳信息進(jìn)行增量處理，把油門開度的模糊PID輸出量發(fā)送給控制油門的 MCU’來實(shí)現(xiàn)整體的車速控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統(tǒng)，是基于智能交通的自動駕駛和輔助駕駛技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，通過光電編碼盤測速器來實(shí)時(shí)采集車速信息計(jì)算車速并記錄時(shí)間戳同時(shí)傳輸給上位機(jī)電腦，上位機(jī)電腦經(jīng)過計(jì)算形成對速度控制的閉環(huán)，通過模糊增量PID方法控制電子油門開度，發(fā)送給油門MCU微控制器并使其PWM波控制直流有刷電機(jī)來控制油門行程從而控制車速，并搭建車輛底層CAN總線網(wǎng)絡(luò)傳輸車輛狀態(tài)信息。有效的提高自動駕駛車輛的油門的控制精度。
文檔編號F02D11/10GK102661204SQ20121005503
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者于宏嘯, 李瑋, 段建民, 胡建鋒 申請人:北京工業(yè)大學(xué)