專利名稱：一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及是一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統，屬于汽車領域。
二、背景技術 自動駕駛和輔助駕駛系統在智能交通領域占有重要的地位，是智能車輛速度控制的一個重要的組成部分，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有重要的實際意義。其電子油門的控制系統將計算機、單片機、機械、電氣、控制技術的結合；同時也是輔助駕駛和主動安全技術的重要組成部分，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。有時由于駕駛員的經驗不夠豐富，對油門踏板和制動踏板的使用次數比較多，油門的一些損耗和開度變化很大，造成大量費油的情況。同時駕駛員長時間保持一個姿勢控制油門踏板，駕駛的舒適性毫無保障，并容易產生疲勞，不利于安全行駛。自動和輔助駕駛的油門控制技術，是由車速傳感器(光電編碼盤)，直流有刷電機，CAN總線網絡、控制和采集單元的MCU，控制上位機單元組成。但是一般的控制系統只有單獨的油門位置反饋，測速精度不夠，一個大的系統閉環沒有實現，對油門開度的計算也不夠準確，這樣不能保證油門和速度的平穩性和實時性，對車輛速度控制精度也無法保證，無法滿足乘客的舒適性。
發明內容
本發明旨在提供一種對自動駕駛和輔助駕駛有效穩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保障乘客的舒適性，能讓車輛在自動巡航和自動泊車關鍵技術中發揮其安全方便的優勢。為了達到上述目的，本發明是這樣實現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)初始化采集底層數據MCU、油門控制MCU及其各端口 ；(2)檢測油門控制MCU的PWM波和驅動是否正常，應用MCU實時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總線網絡串口是否正常工作，檢測采集底層數據MCU來定時中斷接收車速編碼盤信號是否有效；(3)各個MCU通過CAN總線傳輸數據，上位機電腦通過串口來接收微控制器采集到的速度和時間戳信息，知道是哪個時間包發送的速度信息，并采集油門現在的狀態和控制油門的電機的狀態；(4)上位機通過采集到的速度信息應用模糊增量PID算法算出油門開度，經過油門開度和速度的標定擬合，確定期望速度對應的油門開度，同時檢測是否是緊急制動模式，如果不是則下發油門控制量到CAN總線網絡；(5)當油門開度值下發到CAN總線網絡時，油門控制MCU通過其自身帶的CAN網絡濾波器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對應的油門開度值，并換算成電機標定值，通過PWM波控制電機轉動來拉動油門控制油門的行程；(6)把當前的電機的狀態值和油門的行程采集通過CAN總線網絡發送到上位機電腦中，上位機同時繼續采集車速信息；(7)將采集到信息時間和時間戳的信息進行比對，同時確定控制的最大延遲時間，通過上位機的算法進行時間上的修復控制，再進行模糊增量PID的控制然后就再發送到CAN網絡中進行油門開度控制。一種自動駕駛車輛的油門智能控制系統，是基于智能電動車平臺BJUT號，采用三個MCU搭建的CAN網絡傳輸控制信息，各個MCU功能分別為微控制器一為HUB微處理器構建CAN網絡并通過串口和上位機電腦通信、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進行電子油門的行程控制；上位機電腦通過各個單片機發送回來的信息和時間戳信息進行增量處理，把油門開度的模糊PID輸出量發送給控制油門的MCU，來實現整體的車速控制。包括三個微處理器MCU、直流有刷電機、電機驅動電路、光電編碼器、油門行程傳感器、串口、制動踏板傳感器。系統具有三個MCU，一個是負責采集的速度反饋信號，一個是控制油門電機的MCU，一個是搭建CAN網絡的HUB微控制器，一個光電編碼盤速度計，一個油門行程傳感器，油門控制MCU應用的其CAN模塊收到其控制油門開度的數據，然后通過脈沖寬度調制PWM模塊和電機驅動模塊H橋電路連接直流有刷電機。速度采集MCU通過增強型定時器ETC來進行定時中斷來采集光電編碼盤的脈沖個數并計算速度值，并把速度值通過HUB微控制器發送給上位機電腦，上位機電腦通過計算模糊增量PID計算出期望油門開度，并串口和HUB微控制器進行連接發送到底層CAN網絡里面。其上述系統中微控制器為MC9S12DG128B單片機，其應用的油門電機為Maxon直流有刷電機。四、有益效果由于采用了有效的模糊增量PID和時間戳算法，本發明具有以下的特點，控制精度高，并且可以在計算中考慮彌補延遲時間多少來改變控制策略，同時計算效率和穩定性高，不會出現致命錯誤。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合上位機和下位機的數據，底層CAN總線網絡抗干擾能力強可以增加多個節點，讓車輛控制更加靈活。同時在上位機形成速度控制閉環系統，上位機電腦運算效率高，可以在很短的時間中進行復雜的運算。基于以上幾點，本系統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。是車輛行駛平穩安全。
五
附圖I是本發明自動駕駛車輛的油門智能控制的算法流程圖附圖2是本發明自動駕駛和輔助駕駛控制系統的方框圖附圖3是本發明自動駕駛車輛的油門控制MCU的原理圖附圖4是本發明自動駕駛車輛的油門控制中電機驅動模塊的電氣原理圖附圖5是本發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.為最小系統的復位電路3.濾波電路4.時鐘電路5.直流電機6.驅動 MOS 管7.保護二極管8.電源穩壓模塊9.光電碼盤內部原理10.整形電路六、具體的實施方式圖I所示是算法的流程圖中，從開始從光電編碼盤MCU中ECT模塊定時捕獲得脈沖值，增加時間戳并計算速度值發送給上位機，通過模糊增量PID計算當前控制量，檢測計算當前控制量是否已經超過了最大控制量的極限，檢測當前控制量是否小于最小控制量的限制，如果計算出來的控制量在其范圍內，輸出控制量作用于油門電機控制其到達指定位置。在MCU采集光電編碼盤的脈沖的時候采用定時50ms采集計算一次速度值，同時應用車輪半徑信息算出所行駛的里程。通過串口發送到上位機軟件中，其中波特率為19200，校驗位位NONE，數據位8，停止位為I。通過多線程編程處理串口接收和要發送的數據。通過模糊增量PID算出其給電機輸出的增量值后，發送給電機控制MCU，通過MCU中的PWM模塊配置一個2kHZ的控制量。應用ECT模塊每50ms定時發送一次電機控制信號。如圖2所示油門智能控制系統由四部分組成，包括三個MCU和一個上位機構成。由車速傳感器(光電編碼盤)，直流有刷電機，CAN總線網絡、控制和采集單元的MCU，控制上位機、油門踏板行程傳感器構成，通過三個MCU輸入三個傳感器信號，可以分別向單片機提供速度信息，油門踏板行程，電機的位置信息。電機控制MCU通過上位機發送的信號對控制微控制器的PWM模塊發送脈寬調制信號，來控制油門電機拉動油門工作。通過CAN網絡來進行各個車輛實時的信息傳輸，并對車輛信息進行編碼和解碼。本發明實施應用MCU為MC9S12DG128B單片機控制油門電機如圖3所示為其最小系統電氣原理圖。應用PP4PP5來組成雙通道的PWM波的輸出，首先進行PWM模塊的初始化，使能PWM模塊，設置PWM的周期和占空比參數進行，通過MCU中的ECT模塊進行定時50ms來進行電機的控制。輸出控制電機的模擬信號，PB 口接出工作指示燈，通過設置不同工作狀態對應的燈的狀態來監測MCU的工作狀態。 PTl為MCU的采集光電編碼盤脈沖的輸入端口，通過ECT模塊定時發送已經讀取并計算出來的速度值。如圖4所示為電機驅動H橋模塊。如圖5所示電源穩壓電路，圖6所示為速度采集電路本發明的關鍵是通過整個系統的采集信息和時間戳，和模糊增量PID算法可以有很高的精度來控制油門，整個3個MCU工作是否協調一致，CAN總線的通訊是否暢通都是整 個系統運行的關鍵，下面結合實例對各個模塊的通訊和流程進行進一步的說明
I.初始化3個MCU模塊，設置MCU的總線頻率，初始化時鐘模塊，設置鎖相環PLL參數，采集MCU的PTO設置為輸入捕捉方式，PTl設置定時中斷，設置PB各個端口位輸出I/0模式允許中斷。2.設置定時50ms進行一次中斷將輸入捕捉采集的信息轉換成速度信息和里程信息通過串口發送給上位機。PB接口 LED燈的狀態是從向右依次閃爍。3.上位機通過SerialPort的類應用VC6. 0環境編寫上位機串口接收軟件，通過多線程的分別處理收發串口 得到的信息。首先計算其偏差量，確定其時間戳，然后通過模糊增量PID來計算其控制量，判斷其計算出得控制量是否大于上界和計算出來的控制量是否小于下界。最后確定要輸出的控制量，通過串口下發到HUB的MCU中。4. HUB微控制器MCU經過解碼和換算處理，通過CAN總線網絡分別對整個控制網絡中的不同ID的MCU進行發送相關信息。5.當控制電機MCU其CAN中的ID值為0x100接收到控制電機的參數的時候，其解碼成對應的PWM占空比通過電機驅動模塊來控制電機拉動油門行程。來實時控制智能車輛的速度。6.不斷采集速度信息，在控制周期范圍內來下發命令來控制油門電機和車速。
權利要求
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)初始化采集底層數據MCU、油門控制MCU及其各端ロ；(2)檢測油門控制MCU的PWM波和驅動是否正常，應用MCU實時中斷來確保智能駕駛的 控制周期為50ms，檢測車輛CAN總線網絡串ロ是否正常工作，檢測采集底層數據MCU來定時 中斷接收車速編碼盤信號是否有效；(3)各個MCU通過CAN總線傳輸數據，上位機電腦通過串ロ來接收微控制器采集到的速 度和時間戳信息，確定發送的速度信息的時間，并采集油門當前狀態和控制油門的電機的 狀態；(4)上位機通過采集到的速度信息應用模糊増量PID算法計算油門開度，經過油門開 度和速度的標定擬合，確定期望速度對應的油門開度，同時檢測是否在緊急制動模式，如果 不是那么下發油門控制量到CAN總線網絡；(5)當油門開度值下發到CAN總線網絡時，油門控制MCU通過其自身帶的CAN網絡濾波 器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對應的油門開度值，并經過運算換算成電機標定值， 通過PWM波控制電機轉動來拉動油門控制油門的行程；(6)把當前的電機的狀態值和油門的行程采集到，通過CAN總線網絡發送到上位機電 腦中，上位機同時繼續采集車速信息；(7)將采集到信息時間戳進行比對，同時確定控制的最大延遲時間，通過上位機的算法 進行時間上的修復控制，再進行模糊増量PID的控制然后就再發送到CAN網絡中進行油門 開度控制。
2.ー種自動駕駛車輛的油門智能控制系統，是基于智能電動車平臺BJUT號，其特征在 于采用三個MCU搭建的CAN網絡傳輸控制信息，各個MCU功能分別為微控制器ー為HUB 微處理器構建CAN網絡并通過串口和上位機電腦通信、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進行電子油門的行程控制；上位機電腦通過各個單片機發送 回來的信息和時間戳信息進行增量處理，把油門開度的模糊PID輸出量發送給控制油門的 MCU’來實現整體的車速控制。
全文摘要
本發明涉及一種自動駕駛車輛的油門智能控制方法和系統，是基于智能交通的自動駕駛和輔助駕駛技術的實際應用，通過光電編碼盤測速器來實時采集車速信息計算車速并記錄時間戳同時傳輸給上位機電腦，上位機電腦經過計算形成對速度控制的閉環，通過模糊增量PID方法控制電子油門開度，發送給油門MCU微控制器并使其PWM波控制直流有刷電機來控制油門行程從而控制車速，并搭建車輛底層CAN總線網絡傳輸車輛狀態信息。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 優先權日2012年3月5日
發明者于宏嘯, 李瑋, 段建民, 胡建鋒 申請人:北京工業大學