智能無(wú)人駕駛汽車(chē)計算機控制系統

一、智能無(wú)人駕駛汽車(chē)計算機控制系統簡(jiǎn)介

1、智能無(wú)人駕駛簡(jiǎn)介

智能無(wú)人駕駛汽車(chē)是一個(gè)集環(huán)境感知、規劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統，對車(chē)輛的操作實(shí)質(zhì)上可視為對一個(gè)多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復雜多變、不確定多干擾源的復雜非線(xiàn)性系統的控制過(guò)程。駕駛員既要接受環(huán)境如通路、擁擠、方向、行人等的信息，還要感受汽車(chē)如車(chē)速、側性偏移、橫擺角速度等的信息，然后經(jīng)過(guò)判斷分析和決策，并與自己的駕駛經(jīng)驗相比較，確定出應該做的操縱動(dòng)作，最后由身體、手、腳等來(lái)完成操縱車(chē)輛的動(dòng)作。因此在整個(gè)駕駛過(guò)程中，駕駛員的人為因素占了很大的比重。一旦出現駕駛員長(cháng)時(shí)間駕車(chē)、疲勞駕車(chē)、判斷失誤的情況，很容易造成交通事故。

二、系統的控制要求

(1)系統中心控制部件(單片機)可靠性高，抗干擾能力強，工作頻率最高可達到25MHz，能保障系統的實(shí)時(shí)性。

(2)系統在軟硬件方面均應采用抗干擾技術(shù)，包括光電隔離技術(shù)、電磁兼容性分析、數字濾波技術(shù)等。

(3)系統具有電源實(shí)時(shí)監控、欠壓狀態(tài)自動(dòng)斷電功能。

(4)系統具有故障自診斷功能。

(5)系統具有良好的人性化顯示模塊，可以將系統當前狀態(tài)的重要參數(如智能車(chē)速度、電源電壓)顯示在LCD上。

(6)系統中汽車(chē)驅動(dòng)力為500N時(shí)，汽車(chē)將在5秒內達到10m/s的最大速度。

一、 系統總體方案設計

1、系統總體結構

整個(gè)系統主要由車(chē)模、模型車(chē)控制系統及輔助開(kāi)發(fā)系統構成。

智能車(chē)系統的功能模塊主要包括：控制核心模塊、電源管理模塊、路徑識別模塊、后輪電機驅動(dòng)模塊、轉向舵機控制模塊、速度檢測模塊、電池監控模塊、小車(chē)故障診斷模塊、LCD數據顯示模塊及調試輔助模塊。每個(gè)模塊都包括硬件和軟件兩部分。硬件為系統工作提供硬件實(shí)體，軟件為系統提供各種算法。

2、控制機構與執行機構

智能車(chē)主要通過(guò)自制小車(chē)來(lái)模擬執行機構，自制小車(chē)長(cháng)為34.6cm，寬為24.5cm，重為1.2kg，采樣周期為3ms，檢測精度為4mm。

控制機構中，主控制核心采用freescale16位單片機MC9S12DG128B。系統在CodeWarrior軟件平臺基礎上設計完成，采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，提供強大的輔助模塊，包括電池檢測模塊、小車(chē)故障診斷模塊、LCD數據顯示模塊以及調試輔助模塊。在路徑識別模塊，系統利用了freescaleS12系列單片機提供的模糊推理機。

3、控制規律

因為系統電機控制模塊控制小車(chē)的運動(dòng)狀態(tài)，其在不同階段特性參數變化很大，故采用數字PID控制器，該控制器技術(shù)成熟，結構簡(jiǎn)單，參數容易調整，不一定需要系統的確切數字模型。

4、系統各模塊的主要功能

控制核心模塊：使用freescale16位單片機MC9S12DG128B，主要功能是完成采集信號的處理和控制信號的輸出。

電源管理模塊：對電池進(jìn)行電壓調節，為各模塊正常工作提供可靠的電壓。

路徑識別模塊：完成跑道信息的采集、預處理以及數據識別。

后輪電機驅動(dòng)模塊：為電機提供可靠的驅動(dòng)電路和控制算法。

轉向舵機控制模塊：為舵機提供可靠的控制電路和控制算法。

速度檢測模塊：為電機控制提供準確的速度反饋。

電池監控模塊：對電池電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，以便科學(xué)的利用，保護電池。

小車(chē)故障診斷模塊：對小車(chē)故障進(jìn)行快速、準確的診斷。

LCD數據顯示模塊：顯示系統當前狀態(tài)的重要參數。

調試輔助模塊：使得小車(chē)調試更加方便。

5、系統的開(kāi)發(fā)平臺

系統軟件開(kāi)發(fā)平臺采用CodeWarrior for S12

二、系統硬件和軟件設計

1、系統的硬件設計

系統硬件系統框圖如下：

設定Kp= 1500進(jìn)行測試，此時(shí)仿真靜態(tài)值與靜態(tài)誤差以及上升時(shí)間已基本滿(mǎn)足系統需求，從而完全可以通過(guò)繼續增加比例系數來(lái)調節系統特性，進(jìn)而理論上可以省去積分環(huán)節。但是隨著(zhù)比例系數的增加動(dòng)態(tài)過(guò)程將讓人不滿(mǎn)意，其動(dòng)態(tài)變化將過(guò)快，從而給駕駛人員帶來(lái)身體上的不適，增加積分環(huán)節：