一種智能電動車縱側向集成控制平臺及車輛的制作方法

本發明涉及汽車智能化控制領域，特別是涉及一種智能電動車縱側向集成控制平臺及車輛。

背景技術：

隨著汽車技術的提高以及信息化技術的發展，智能車輛成為了目前各大汽車廠商甚至是互聯網企業的研究熱點，是目前車輛技術的研究主流，也是未來車輛的主要發展方向。智能車輛指的是在普通車輛的基礎上增加先進的傳感器、控制器以及執行器等裝置，實現車輛與人、車、路、云等智能信息交互，使得車輛具備智能環境感知能力，能分析行車安全以及判斷危險狀況，最終能夠按照人的意愿到達目的地，實現代替人來進行自動駕駛操作的新一代車輛。智能車輛的研究主要體現在環境感知、軌跡規劃和軌跡跟隨三個方面，其中環境感知是智能駕駛的前提，軌跡規劃是智能駕駛的核心，軌跡跟隨是智能駕駛的保證。

智能電動車輛由于其使用清潔能源，節能環保，整車和零部件系統的電子控制實現較為容易，集成控制和協調控制所占比例大，智能化程度更高，受到很多廠商和研究人員的青睞。

車輛縱側向集成控制算法在目前結構化道路上車流量大、跟車駕駛操作頻繁等情況下，對減輕駕駛員疲勞程度、保證行車安全有著極大的作用。該系統根據車輛前方以及周圍的傳感器采集到的信息，智能判斷車輛所處的狀態，能主動干預對車輛的駕駛控制，既能夠減輕駕駛員頻繁的加速制動操作以及長時間手握方向盤的操作，又能夠在某些緊急情況下進行主動避撞或者車道偏離預警等功能，提高行車安全性。

然而，目前智能電動車輛縱側向集成控制算法的開發效率不高，智能駕駛縱向控制和側向控制技術研究較為分散，縱向和側向控制算法調試和驗證不集中和統一，驗證過程中車輛本身以及外部環境等數據信息不全面等問題，導致對車輛的控制不夠智能，控制精度低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種智能電動車縱側向集成控制平臺，可實現對車輛的智能控制，提高控制精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

智能電動車縱側向集成控制平臺，所述控制平臺包括：

傳感裝置，用于采集車輛周圍信息；

定位裝置，用于對車輛進行定位，獲取車輛當前的位置信息；

執行裝置，用于對車輛進行駕駛操縱；

主控制器，分別與所述傳感裝置、定位裝置及執行裝置連接，用于根據所述車輛周圍信息和車輛當前的位置信息確定車輛理論行駛參數，并發送至所述執行裝置，以控制車輛行駛。

可選的，所述傳感裝置包括：

毫米波雷達，設置在車輛前方，與所述主控制器連接，用于采集車輛前方障礙物的距離、相對速度及角度；

相機，設置在車輛前方，用于采集車道線位置及前方障礙信息；

多線激光雷達，設置在車輛上方，用于采集車輛周圍360°全方位環境信息，形成車輛周圍點云電子地圖；

至少兩個單線激光雷達，分別設置在車輛前保險杠的左右兩側，用于采集車輛前方障礙物的距離和角度；

信號處理工控機，分別與所述相機、多線激光雷達、各單線激光雷達及主控制器連接，用于對所述相機采集的車道線位置及前方障礙信息、所述多線激光雷達的車輛周圍點云電子地圖、所述單線激光雷達采集的車輛前方障礙物的距離和角度進行識別和篩選，獲得有效信息并發送至所述主控制器。

可選的，所述定位裝置包括：

電臺天線，用于接收所述衛星發出的固定基站的經緯度信息；

衛星天線，用于接收所述衛星發出的車輛位置經緯度信號；

慣性導航控制器，分別與所述電臺天線、衛星天線及主控制器連接，用于根據所述衛星發出的固定基站的經緯度信息和所述衛星發出的車輛位置經緯度信號確定車輛當前的位置信息，并發送至所述主控制器。

可選的，所述慣性導航控制器包括：

誤差確定單元，用于將所述衛星發出的固定基站的經緯度信息與所述固定基站的實際經緯度信息相減，獲得經緯度誤差；

位置確定單元，用于將所述衛星發出的車輛位置經緯度信號與所述經緯度誤差相減，確定車輛當前的經緯度信息。

可選的，所述慣性導航控制器還包括：

存儲單元，與所述主控制器連接，用于儲存車輛的運行狀態信息及姿態信息。

可選的，所述控制平臺還包括：

車輛網關，與所述主控制器連接，向所述主控制器發送can總線信息，所述can總線信息包括制動主缸壓力、本車實際速度、輪轂驅動電機轉矩、輪轂驅動電機轉速、方向盤實際轉角。

可選的，所述控制平臺還包括：

急停控制開關，設置在所述主控制器與執行裝置之間，用于在車輛行駛異常時，切斷所述主控制器對執行裝置的控制，將自動駕駛模式切換為人工駕駛模式。

可選的，所述控制平臺還包括：

工控機，與所述主控制器連接，用于搭建、調試縱側向集成控制算法，所述主控制器從所述工控機中下載所述縱側向集成控制算法進行運行。

可選的，所述控制平臺還包括：

顯示器，與所述工控機連接，用于顯示所述工控機的所有操作，對控制過程進行顯示、記錄及監控。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：

本發明智能電動車縱側向集成控制平臺通過傳感裝置實時采集車輛周圍信息，通過定位裝置對車輛進行精確定位，使得主控制器根據車輛周圍信息及車輛當前的位置信息確定車輛理論行駛參數以控制執行裝置對車輛進行駕駛操作，提高控制精度。

本發明的目的是提供一種車輛，可實現對車輛的智能控制，提高控制精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種車輛，所述車輛設置有上述智能電動車縱側向集成控制平臺。

相對于現有技術，本發明車輛與上述智能電動車縱側向集成控制平臺的有益效果相同，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例智能電動車縱側向集成控制平臺的模塊結構示意圖；

圖2為本發明實施例智能電動車縱側向集成控制平臺的硬件連接示意圖；

圖3為本發明實施例智能電動車縱側向集成控制平臺信號連接示意圖；

圖4為本發明實施例智能電動車縱側向集成控制平臺的側向控制流程示意圖；

圖5為本發明實施例智能電動車縱側向集成控制平臺的縱向控制流程示意圖。

符號說明：

100-傳感裝置，200-定位裝置，300-執行裝置，400-供電裝置，1-380v直流電源；2-空氣開關；3-第一dc-dc轉換器；4-第二dc-dc轉換器；5-逆變器；6-車輛網關；7-工控機；8-毫米波雷達；9-相機；10-多線激光雷達；11-單線激光雷達；12-信號處理工控機；13-主控制器；14-慣性導航控制器；15-電臺天線；16-衛星天線；17-顯示器；18-急停控制開關；19-轉向控制器；20-制動控制器；21-驅動控制器；22-輪轂驅動電機；23-電動制動系統；24-電動轉向系統；25-轉向柱；26-制動主缸推桿；27-車輪。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的目的是提供一種智能電動車縱側向集成控制平臺，通過傳感裝置實時采集車輛周圍信息，通過定位裝置對車輛進行精確定位，使得主控制器根據車輛周圍信息及車輛當前的位置信息確定車輛理論行駛參數以控制執行裝置對車輛進行駕駛操作，提高控制精度。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺包括傳感裝置100、定位裝置200、執行裝置300及主控制器13，其中，所述傳感裝置100用于采集車輛周圍信息；所述定位裝置200用于對車輛進行定位，獲取車輛當前的位置信息；所述執行裝置300用于對車輛進行駕駛操縱；所述主控制器13分別與所述傳感裝置100、定位裝置200及執行裝置300連接，用于根據所述車輛周圍信息和車輛當前的位置信息確定車輛理論行駛參數，并發送至所述執行裝置300，以控制車輛行駛。

其中，如圖2和圖3所示，所述傳感裝置100包括毫米波雷達8、相機9、多線激光雷達10、至少兩個單線激光雷達11及信號處理工控機12。其中，所述毫米波雷達8設置在車輛前方，與所述主控制器13連接，用于采集車輛前方障礙物的距離、相對速度及角度；所述相機9設置在車輛前方，用于采集車道線位置及前方障礙信息；所述多線激光雷達10設置在車輛上方，用于采集車輛周圍360°全方位環境信息，形成車輛周圍點云電子地圖；各所述單線激光雷達11分別設置在車輛前保險杠的左右兩側，用于采集車輛前方障礙物的距離和角度；所述信號處理工控機12分別與所述相機9、多線激光雷達10、各單線激光雷達11及主控制器13連接，用于對所述相機9采集的車道線位置及前方障礙信息、所述多線激光雷達10的車輛周圍點云電子地圖、所述單線激光雷達11采集的車輛前方障礙物的距離和角度進行識別和篩選，獲得有效信息并發送至所述主控制器13。其中，所述信號處理工控機12通過can網絡分別連接所述相機9、多線激光雷達10、各單線激光雷達11，通過目標識別算法進行有效信息的識別與篩選。

優選地，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺還包括車輛網關6(如圖2所示)，與所述主控制器13連接，向所述主控制器發送can總線信息，所述can總線信息包括制動主缸壓力、本車實際速度、輪轂驅動電機轉矩、輪轂驅動電機轉速、方向盤實際轉角。即，所述can總線信息為本車自身信息。

進一步地，所述定位裝置200包括電臺天線15、衛星天線16及慣性導航控制器14。所述電臺天線15用于接收所述衛星發出的固定基站的經緯度信息，其中，所述固定基站的實際經緯度信息已知；所述衛星天線16用于所述衛星發出的車輛位置經緯度信號；所述慣性導航控制器14分別與所述電臺天線15、衛星天線16及主控制器13連接，用于根據所述衛星發出的固定基站的經緯度信息和所述衛星發出的車輛位置經緯度信號確定車輛當前的位置信息，并發送至所述主控制器。

由于電臺天線15、衛星天線16均接收衛星信號，故誤差大小相近。因此，所述慣性導航控制器14用電臺天線15接收衛星發出的基站經緯度信號減去固定基站的實際經緯度信號，從而可得到衛星傳輸到地面的經緯度誤差。由于車輛與基站在地面上距離較近，因此誤差大小相近。再用衛星天線16接收到的衛星發出的車輛經緯度信號減去所述經緯度誤差，從而能夠實現信號的差分處理，消除衛星傳輸過程中的誤差，實現了車輛位置的精準定位。

具體的，所述慣性導航控制器14包括誤差確定單元和位置確定單元。其中，所述誤差確定單元用于將所述衛星發出的固定基站的經緯度信息與所述固定基站的實際經緯度信息相減，獲得經緯度誤差；所述位置確定單元用于將所述衛星發出的車輛位置經緯度信號與所述經緯度誤差相減，確定車輛當前的經緯度信息。

此外，所述慣性導航控制器14還包括存儲單元，所述存儲單元與所述主控制器13連接，用于儲存車輛的運行狀態信息及姿態信息，所述運行狀態信息及姿態信息包括車輛橫擺角速度、車輛質心側偏角、車輛航向角、車輛側傾角、車輛俯仰角等信息，對于車輛整個控制過程的實現以及實驗后期數據的分析處理提供參考數據。

如圖2所示，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺還包括工控機7和顯示器17。所述工控機7與所述主控制器13連接，用于搭建、調試縱側向集成控制算法，所述主控制器13從所述工控機7中下載所述縱側向集成控制算法進行運行。

具體的，所述工控機7中安裝有matlab、controldesk等上位機軟件，負責實時調試智能電動車縱側向集成控制算法，并將其下載到主控制器13中進行運行。

所述顯示器17與所述工控機7連接，負責顯示所述工控機7所有操作，對控制過程實現顯示、記錄和監控功能。

如圖2所示，所述執行裝置300包括驅動控制器21、轉向控制器19、制動控制器20、電動轉向系統24、電動制動系統23及輪轂驅動電機22。其中，所述驅動控制器21與所述輪轂驅動電機22電連接，所述輪轂驅動電機22與車輛的車輪27機械連接；所述轉向控制器19與所述電動轉向系統24電連接，所述電動轉向系統24與轉向柱25機械連接；所述制動控制器20與電動制動系統23電連接，所述電動制動系統23與制動主缸推桿26機械連接。

所述轉向控制器19接收主控制器13發來的方向盤理論轉角信息，通過電動轉向系統24執行控制命令。電動轉向系統24中的轉向伺服電機通過齒輪與電動車輛的轉向柱25相連接，在非自動駕駛模式時起正常的轉向助力作用，在自動駕駛模式時能夠完全控制方向盤。所述制動控制器20接收主控制器13發來的制動主缸理論壓力信息，通過電動制動系統23執行控制命令。電動制動系統23中的制動伺服電機集成到制動主缸推桿26上面，通過滾珠絲杠將電機的旋轉運動轉為直線運動，在非自動駕駛模式時代替傳統的真空助力器起到正常的制動助力作用，在自動駕駛模式時能夠完全控制制動主缸推桿26的直線位移。所述驅動控制器21接收主控制器13發來的輪轂電機轉矩和轉速信息，通過控制四個輪轂驅動電機實現車輛的運動控制。所述輪轂驅動電機直接連接在四個車輪27上，免去傳統車輛的變速器和傳動系統等零部件。在非自動駕駛模式時驅動控制器的驅動命令來自駕駛員操縱的加速踏板開度信息，在自動駕駛模式時驅動控制器的驅動命令來自主控制器。

急停控制開關18串聯在主控制器與執行裝置中三個子控制器的信號傳輸線路中，能夠做到一旦車輛行駛狀態出現異常時緊急停止控制算法對車輛的操控，切換為人工駕駛模式，保證實驗過程的行車安全。

進一步地，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺還包括急停控制開關18，所述急停控制開關18設置在所述主控制器13與執行裝置300之間，用于在車輛行駛異常時，切斷所述主控制器對執行裝置的控制，將自動駕駛模式切換為人工駕駛模式。

具體地，所述急停控制開關18的輸出有三路：

第一路輸出給驅動控制器21，通過控制四個輪轂驅動電機22的轉速和轉矩實現對車輛整體的運動控制，四個輪轂驅動電機22分別與四個車輪27進行機械固定連接。如果急停控制開關18將自動駕駛模式切換為人工駕駛模式，驅動控制器21將不再受主控制器13的控制，而是轉為受駕駛員操縱加速踏板進行控制。

第二路輸出給轉向控制器19，轉向控制器19輸出連接著電動轉向系統24，電動轉向系統24通過齒輪與轉向柱25進行機械傳動連接。如果急停控制開關18將自動駕駛模式切換為人工駕駛模式，轉向控制器19將不再受主控制器13的控制，電動轉向系統24也將轉為普通的轉向助力系統，將轉向主控制權交給駕駛員。

第三路輸出給制動控制器20，制動控制器20輸出連接著電動制動系統23，電動制動系統23中的制動伺服電機通過滾珠絲杠傳動幅與制動主缸推桿26相連接。如果急停控制開關18將自動駕駛模式切換為人工駕駛模式，制動控制器20將不再受主控制器13中控制算法的控制，電動制動系統23也將轉為普通的制動助力系統，將制動主控制權交給駕駛員。

如圖1所示，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺還包括供電裝置400，分別與所述傳感裝置100、定位裝置200、執行裝置300及主控制器13連接，由所述供電裝置400統一為各裝置提供電能。

具體地，所述供電裝置包括380v直流電源1、空氣開關2、第一dc-dc轉換器3、第二dc-dc轉換器4、逆變器5。且所述380v直流電源1分別連接所述空氣開關2、輪轂驅動電機22，所述空氣開關分別連接所述第一dc-dc轉換器3、第二dc-dc轉換器4、逆變器5；所述第一dc-dc轉換器3分別連接所述慣性導航控制器14、工控機7、毫米波雷達8、相機9、多線激光雷達10、信號處理工控機12、轉向控制器19、制動控制器20、驅動控制器21、電動制動系統23及電動轉向系統24；所述第二dc-dc轉換器4連接所述單線激光雷達11，所述逆變器5連接所述顯示器17。

所述供電裝置400最終輸出四種形式的電壓供所有設備使用，分別是：由380v直流電源1直接輸出的380v直流電壓，由第一dc-dc轉換器3輸出的12v直流電壓，由第二dc-dc轉換器4輸出的24v直流電壓，由逆變器5輸出的220v交流電壓。除380v直流電壓以外，其他三種電壓的輸出均通過空氣開關2進行通斷控制，實現對供電裝置的短路和過載保護。

此外，所述380v直流電源1還與主控制器13進行通訊連接，傳遞電源的電壓、功率以及運行狀態等信息，方便主控制器13對電源系統進行統一管理與規劃監測。

本發明智能電動車縱側向集成控制平臺的側向控制具體為：

如圖4所示，首先進行系統初始化，運行工控機中的上位機軟件，將搭建好的側向控制算法下載到主控制器13中，上位機軟件可以實現實時在線調試控制算法以及更改主控制器13的控制算法和模型參數。

本發明智能電動車縱側向集成控制平臺的側向控制(轉向控制)部分可有以下三種形式：①人工駕駛控制；②相機傳感控制；③慣性導航定位控制。人工駕駛控制即是人工駕駛車輛，但是僅僅控制方向盤，不對車輛采取加速或制動操作，縱向控制部分完全交給主控制器13中的控制算法和底層的執行裝置。這樣做的優點是安全程度高，但是智能化程度低；相機傳感控制即是通過安裝在車輛前方的相機9采集車輛前方車道線信息作為側向控制算法的輸入信息，根據車輛與左右車道線距離的大小實時控制方向盤轉角，并通過執行裝置中的轉向控制器19控制電動轉向系統24實現對車輛駕駛的側向控制；慣性導航定位控制即是以事先給定的軌跡經緯度信息和慣性導航控制器給出的車輛位置經緯度共同作為側向控制算法的輸入信息，對設定好的理論軌跡經緯度進行跟隨控制，保證車輛行駛軌跡的經緯度與理論軌跡經緯度重合，最終通過執行裝置中的電動轉向系統24實現對車輛駕駛的側向控制。后兩種形式的車輛駕駛智能化程度高，而且有利于車輛駕駛縱側向集成控制算法的開發和調試，不過由于是完全非人工駕駛，安全程度低，因此需要急停控制開關18作為安全保證，一旦車輛行駛狀態出現異常時按下急停控制開關18，緊急停止主控制器13中側向控制算法對車輛的操控，切換為人工駕駛模式，安全停車后查找控制算法具體問題，檢查軟硬件連接環節，調整算法，重新實驗。

本發明智能電動車縱側向集成控制平臺的縱向控制具體為：

如圖5所示，首先進行系統初始化，運行工控機中的上位機軟件，將搭建好的縱向控制算法下載到主控制器13中。縱向控制算法根據傳感器采集到的車輛前方和周圍環境信息以及本車車速和障礙物相對速度信息，通過安全跟車距離模型或者設定的巡航速度決策出車輛理論的行駛狀態，同時結合車輛參數輸出控制命令給執行裝置。在縱向控制中，如果縱向控制算法決策出車輛應當加速行駛，那么便輸出加速控制命令給執行裝置，主控制器13將決策出的各個車輪理論轉矩和轉速信息傳遞給驅動控制器21，驅動控制器21控制四個輪轂驅動電機22實現對車輛整體的加速控制。如果縱向控制算法決策出車輛應當制動減速行駛，那么便輸出制動控制命令給執行裝置，主控制器13將決策出的制動主缸理論壓力傳遞給制動控制器20，制動控制器20控制電動制動系統23實現對車輛的制動控制。如果縱向控制算法決策出車輛應當保持當前行駛狀態，那么執行裝置不執行任何操作命令，車輛將保持目前的加速度或者減速度進行行駛。一旦這個過程中車輛行駛狀態出現異常時按下急停控制開關18，緊急停止主控制器13中縱向控制算法對車輛的操控，切換為人工駕駛模式，安全停車后查找控制算法具體問題，檢查軟硬件連接環節，調整算法，重新實驗。

本發明集成了電動車輛智能駕駛中的傳感、定位、通訊、控制、底層執行等技術和功能于一體，為智能電動車輛縱側向集成控制算法的開發、調試和驗證搭建了實車平臺，能夠提高縱向和側向集成控制算法的開發效率，較為全面地測量和記錄車輛本身、車輛位置以及周圍環境等各種參數信息，為縱側向集成控制算法的開發調試和后期實驗結果處理和分析提供了極好條件，同時又考慮了試驗過程中的行車安全，具有失效保護功能。

與現有技術相比，本發明智能電動車縱側向集成控制平臺的有益效果是：

1、本發明智能電動車縱側向集成控制平臺實現了多系統硬件在環連接，集成了供電、傳感、定位、通訊、控制、底層執行等功能于一體，為車輛縱側向集成控制算法的開發、調試和驗證搭建了可靠的實車平臺，能夠保證控制算法的執行結果準確可信。

2、本發明智能電動車縱側向集成控制平臺集成了容錯功能，能夠保證在控制算法驗證初期出現未知錯誤的情況下快速切換成人工駕駛模式，保證了實驗過程的安全性。

3、本發明智能電動車縱側向集成控制平臺能夠采集車輛本身參數、車輛運動參數、車輛位置及姿態參數、車輛周圍障礙物和環境等信息，為后期處理實驗數據、結果分析以及改進縱側向集成控制算法提供了極好的條件。

4、本發明智能電動車縱側向集成控制平臺不僅能夠做到車輛側向控制算法驗證，而且能夠做到車輛縱向控制算法驗證，同時由于車輛本體是電動車，有利于多源信息的融合以及對各個控制系統和電源系統進行統一管理，極大地提高了車輛控制智能化程度。

5、本發明智能電動車縱側向集成控制平臺不對電動車輛本身做較大改動，只是在其基礎上搭載相應的硬件以及控制系統，實施簡單，操作方便。

此外，本發明還提供一種車輛，所述車輛上設置有上述智能電動車縱側向集成控制平臺。

相對于現有技術，本發明車輛與上述智能電動車縱側向集成控制平臺的有益效果相同，在此不再贅述。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。