智能無(wú)人駕駛汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

一、智能無(wú)人駕駛汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，對(duì)車(chē)輛的操作實(shí)質(zhì)上可視為對(duì)一個(gè)多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復(fù)雜多變、不確定多干擾源的復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)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(cè)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(yàn)相比較，確定出應(yīng)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(xiàn)駕駛員長(zhǎng)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(tǒng)的控制要求

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

(2)系統(tǒng)在軟硬件方面均應(yīng)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(shù)字濾波技術(shù)等。

(3)系統(tǒng)具有電源實(shí)時(shí)監(jiān)控、欠壓狀態(tài)自動(dòng)斷電功能。

(4)系統(tǒng)具有故障自診斷功能。

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

(6)系統(tǒng)中汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力為500N時(shí)，汽車(chē)將在5秒內(nèi)達(dá)到10m/s的最大速度。

一、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)主要由車(chē)模、模型車(chē)控制系統(tǒng)及輔助開(kāi)發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成。

智能車(chē)系統(tǒng)的功能模塊主要包括：控制核心模塊、電源管理模塊、路徑識(shí)別模塊、后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊、速度檢測(cè)模塊、電池監(jiān)控模塊、小車(chē)故障診斷模塊、LCD數(shù)據(jù)顯示模塊及調(diào)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(tǒng)工作提供硬件實(shí)體，軟件為系統(tǒng)提供各種算法。

2、控制機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)

智能車(chē)主要通過(guò)自制小車(chē)來(lái)模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自制小車(chē)長(zhǎng)為34.6cm，寬為24.5cm，重為1.2kg，采樣周期為3ms，檢測(cè)精度為4mm。

控制機(jī)構(gòu)中，主控制核心采用freescale16位單片機(jī)MC9S12DG128B。系統(tǒng)在CodeWarrior軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成，采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，提供強(qiáng)大的輔助模塊，包括電池檢測(cè)模塊、小車(chē)故障診斷模塊、LCD數(shù)據(jù)顯示模塊以及調(diào)試輔助模塊。在路徑識(shí)別模塊，系統(tǒng)利用了freescaleS12系列單片機(jī)提供的模糊推理機(jī)。

3、控制規(guī)律

因?yàn)橄到y(tǒng)電機(jī)控制模塊控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其在不同階段特性參數(shù)變化很大，故采用數(shù)字PID控制器，該控制器技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不一定需要系統(tǒng)的確切數(shù)字模型。

4、系統(tǒng)各模塊的主要功能

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

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

路徑識(shí)別模塊：完成跑道信息的采集、預(yù)處理以及數(shù)據(jù)識(shí)別。

后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：為電機(jī)提供可靠的驅(qū)動(dòng)電路和控制算法。

轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊：為舵機(jī)提供可靠的控制電路和控制算法。

速度檢測(cè)模塊：為電機(jī)控制提供準(zhǔn)確的速度反饋。

電池監(jiān)控模塊：對(duì)電池電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便科學(xué)的利用，保護(hù)電池。

小車(chē)故障診斷模塊：對(duì)小車(chē)故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的診斷。

LCD數(shù)據(jù)顯示模塊：顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的重要參數(shù)。

調(diào)試輔助模塊：使得小車(chē)調(diào)試更加方便。

5、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用CodeWarrior for S12

二、系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖如下：

設(shè)定Kp= 1500進(jìn)行測(cè)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(tǒng)需求，從而完全可以通過(guò)繼續(xù)增加比例系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性，進(jìn)而理論上可以省去積分環(huán)節(jié)。但是隨著比例系數(shù)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?cè)藛T帶來(lái)身體上的不適，增加積分環(huán)節(jié)：