一种自动驾驶汽车油门控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种自动驾驶汽车油门控制系统及方法。系统包括油门踏板、油门踏板位置传感器、发动机电控模块、节气门开度传感器、电子节气门体以及发动机进气道，还包括油门踏板信号切换模块、基准电压模块、油门踏板模拟信号产生模块、微控制器模块、CAN网络接口模块、上位机通信接口模块以及电源模块；本发明专利技术无需在油门踏板上加装任何机械结构、节气门控制回路上无需加装任何电控装置，与原车兼容性能高，成本低；控制系统仍然采用原车的发动机电控制系统闭环控制结构和策略，通过CAN网络获取汽车的传感器采集到的发动机转速和车速等信息，再通过通信接口反馈给上位机，便于上位机实现闭环控制，如此双重闭环控制，控制精度高、性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶汽车油门控制系统及方法
本专利技术涉及汽车自动驾驶领域，更具体地，涉及一种自动驾驶汽车油门控制系统及方法。
技术介绍
汽车油门的自动控制是汽车自动驾驶中非常重要的一个控制环节，特别是以燃油为动力来源的汽车，油门是直接控制发动机转速，进而实现汽车行驶速度的控制。如图1所示，现有的燃油汽车其油门控制主要由油门踏板、油门踏板位置传感器、发动机电控模块、电子节气门体组成。油门踏板位置传感器将驾驶者的控制意图以电信号的方式反馈给发动机电控模块，发动机电控模块再根据发动机当前的负荷向电子节气门体发出控制信号控制其开度，从而实现发动机转速的控制，电子节气门体上安装有与发动机电控模块相连的节气门开度传感器，传感器将节气门的开度反馈给发动机电控模块从而实现闭环控制。在现有的自动驾驶汽车油门控制的技术文献中，申请号为CN201410446579.4的专利技术专利，其油门的自动控制是通过油门踏板机械腿推动汽车油门踏板来实现自动油门控制的。申请号为CN201310119124.7的专利技术专利，其油门的自动控制是通过滚珠丝杠与汽车油门踏板连接，再通过直流伺服电机驱动油门踏板动作，从而实现自动油门控制的。这两种方式的油门控制都是通过机械结构推动油门踏板动作，虽然可以实现油门的自动控制，但存在如下缺陷：1、在进行汽车自动驾驶改造中需要对汽车现有油门控制装置进行改造并安装额外的机械结构来推动油门踏板，结构复杂、改装成本高；影响原车的美观性。2、在人工驾驶模式时，油门踏板的机械推动机构会对汽车原有的油门踏板产生一定的阻力，影响驾驶的舒适性。现有技术文献中，也存在另一种油门的自动控制：通过切断油门踏板开度传感器的信号，由油门自动控制装置输出控制信号给油门电机控制器，再通过电机驱动器驱动油门开度电机控制节气门，从面实现发动机转速的控制。这种控制方法虽然取消了机械控制装置，但存在如下缺陷：1、控制系统中在节气门控制回路中额外设置有油门电机控制器、电机驱动器、油门开度电机等电控装置，电控系统结构较复杂；而且油门开度电机在汽车行驶中会频繁动作，对电机性能和电机驱动器要求较高，增加系统的故障率。2、控制系统为开环控制系统，无法实现的发动机转速的精确控制。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种不需要在油门踏板上加装任何机械结构、节气门控制回路上不需要加装任何电控装置，且控制精度高的自动驾驶汽车油门控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：提供一种自动驾驶汽车油门控制系统，包括油门踏板、油门踏板位置传感器、发动机电控模块、节气门开度传感器、电子节气门体以及发动机进气道；发动机电控模块与电子节气门体连接，电子节气门体控制发动机进气道；节气门开度传感器集成于电子节气门体，并将节气门开度反馈到发动机电控模块；还包括油门踏板信号切换模块、基准电压模块、油门踏板模拟信号产生模块、微控制器模块、CAN网络接口模块、上位机通信接口模块以及电源模块；所述油门踏板位置传感器用于感应油门踏板位置并将位置信号通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；基准电压模块为油门踏板模拟信号产生模块提供基准电压，油门踏板模拟信号产生模块通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；微控制器模块与油门踏板信号切换模块连接，控制发动机电控模块与油门踏板位置传感器的信号的断开或连接，控制发动机电控模块与油门踏板模拟信号产生模块的断开或连通；微控制器模块与油门踏板模拟信号产生模块连接，并通过CAN网络接口模块与汽车车载网连接，通过上位机通信接口与上位机连接。本专利技术将汽车油门踏板位置传感器与发动机电控模块连线断开，将本专利技术的油门控制系统串接至其中，当处于人工驾驶模式时，油门踏板信号切换模块将汽车的油门踏板位置传感器的双路信号输出至发动机电控模块，油门踏板位置传感器的信号完整的传输给原车发动机电控模块，控制过程与传统的非自动驾驶汽车完全一致。当处于自动驾驶模式时，油门踏板信号切换模块在微控制器模块的控制下将油门踏板位置传感器的信号断开；微控制器模块通过上位机通信接口接收上位机的油门开度值，再控制油门踏板模拟信号产生模块输出与开度值对应的模拟油门踏板信号至发动机电控模块，由发动机电控模块根据其固有的控制策略和方法对电子节气门体实现控制，由于电子节气门体中集成有节气门开度传感器，发动机电控模块能准确的知道节气门的开度，从而实现闭环控制。另外，本专利技术的油门控制系统设置有CAN网络接口，该接口与汽车车载网络相连，油门控制系统中的微控制器模块通过解析CAN网络通信数据，可以准确的获知汽车的车速和发动机转速，从而实现闭环控制。进一步地，所述油门踏板信号切换模块包括驱动三极管Q1、限流电阻R1、信号切换继电器K1、油门踏板信号接口P1；限流电阻R1的一端与微控制器模块的单片机输出端口相连、另外一端与驱动三极管Q1的基极相连；信号切换继电器K1的线圈一端与电源相连、另外一端与驱动三极管Q1的发射极相连；信号切换继电器K1的公共触点通过油门踏板信号接口P1外接汽车发动机电控模块的油门踏板信号线；信号切换继电器K1的常闭触点通过油门踏板信号接口P1外接汽车油门踏板位置传感器的信号线；信号切换继电器K1的常开触点与油门踏板模拟信号产生模块的数模转换器模拟电压输出端口相连；油门踏板信号接口P1与汽车油门踏板位置传感器相连。进一步地，油门踏板模拟信号产生模块包括数模转换器U1和U2、上拉电阻R2和R3、旁路电容C1和C4、退耦电容C2和C5、滤波电容C3和C6；数模转换器U1和U2的型号为DAC7512；数模转换器U1和U2的数据通信接口分别与微控制器模块的单片机PT端口相连；数模转换器U1和U2的模拟电压输出端口分别与油门踏板信号切换模块的继电器的常开触点相连。进一步地，微控制器模块包括单片机U8、限流电阻R11、电源指示二极管D1、滤波电感L1、滤波电容C25、滤波电容C26、短路电阻R12、短路电阻R13、滤波电容C28、退耦电容C27、滤波电容C30、退耦电容C29、滤波电容C32、退耦电容C31、晶体振荡器Y3、校正电容C33、校正电容C34、阻抗匹配电阻R14、复位充电电阻R15、复位充电电容C35、复位按键S1、上拉电阻R17、限流电阻R16、程序下载接口P8、退耦电容C36、退耦电容C37、退耦电容C38、退耦电容C39；单片机U8的型号为MC9S12XS128MAA；单片机U8的第15脚与限流电阻R16的一端连接、电阻的另外一端与程序下载接口P8的第3脚连接；单片机U8的PS0、PS1、PS2、PS3端口分别与上位机通信接口模块的电平转换芯片相连；单片机U8的PM0、PM1端口分别与CAN网络接口模块的总线驱动器相连；单片机U8的PT0、PT1、PT2、PT3、PT4、PT5端口分别与油门踏板模拟信号产生模块的数模转换芯片的通信端口相连；单片机U8的PP3口与油门踏板信号切换模块的三极管基极限流电阻相连。进一步地，基准电压模块包括限流电阻R4、滤波电容C7、精密稳压电源U3、分压电阻R5和R6、滤波电容C8；精密稳压电源U3的型号为TL431；限流电阻R4的一端与电源模块的正12V电源相连、另外一端与精密稳压电源U3的第2脚相连；分压电阻R5和R6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶汽车油门控制系统，包括油门踏板、油门踏板位置传感器、发动机电控模块、节气门开度传感器、电子节气门体以及发动机进气道；发动机电控模块与电子节气门体连接，电子节气门体控制发动机进气道；节气门开度传感器集成于电子节气门体，并将节气门开度反馈到发动机电控模块；其特征在于，还包括油门踏板信号切换模块、基准电压模块、油门踏板模拟信号产生模块、微控制器模块、CAN网络接口模块、上位机通信接口模块以及电源模块；所述油门踏板位置传感器用于感应油门踏板位置并将位置信号通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；基准电压模块为油门踏板模拟信号产生模块提供基准电压，油门踏板模拟信号产生模块通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；微控制器模块与油门踏板信号切换模块连接，控制发动机电控模块与油门踏板位置传感器的信号的断开或连接，控制发动机电控模块与油门踏板模拟信号产生模块的断开或连通；微控制器模块与油门踏板模拟信号产生模块连接，并通过CAN网络接口模块与汽车车载网连接，通过上位机通信接口与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶汽车油门控制系统，包括油门踏板、油门踏板位置传感器、发动机电控模块、节气门开度传感器、电子节气门体以及发动机进气道；发动机电控模块与电子节气门体连接，电子节气门体控制发动机进气道；节气门开度传感器集成于电子节气门体，并将节气门开度反馈到发动机电控模块；其特征在于，还包括油门踏板信号切换模块、基准电压模块、油门踏板模拟信号产生模块、微控制器模块、CAN网络接口模块、上位机通信接口模块以及电源模块；所述油门踏板位置传感器用于感应油门踏板位置并将位置信号通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；基准电压模块为油门踏板模拟信号产生模块提供基准电压，油门踏板模拟信号产生模块通过油门踏板信号切换模块与发动机电控模块连接；微控制器模块与油门踏板信号切换模块连接，控制发动机电控模块与油门踏板位置传感器的信号的断开或连接，控制发动机电控模块与油门踏板模拟信号产生模块的断开或连通；微控制器模块与油门踏板模拟信号产生模块连接，并通过CAN网络接口模块与汽车车载网连接，通过上位机通信接口与上位机连接。2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，所述油门踏板信号切换模块包括驱动三极管Q1、限流电阻R1、信号切换继电器K1、油门踏板信号接口P1；限流电阻R1的一端与微控制器模块的单片机输出端口相连、另外一端与驱动三极管Q1的基极相连；信号切换继电器K1的线圈一端与电源相连、另外一端与驱动三极管Q1的发射极相连；信号切换继电器K1的公共触点通过油门踏板信号接口P1外接汽车发动机电控模块的油门踏板信号线；信号切换继电器K1的常闭触点通过油门踏板信号接口P1外接汽车油门踏板位置传感器的信号线；信号切换继电器K1的常开触点与油门踏板模拟信号产生模块的数模转换器模拟电压输出端口相连；油门踏板信号接口P1与汽车油门踏板位置传感器相连。3.根据权利要求1或2所述的自动驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，油门踏板模拟信号产生模块包括数模转换器U1和U2、上拉电阻R2和R3、旁路电容C1和C4、退耦电容C2和C5、滤波电容C3和C6；数模转换器U1和U2的型号为DAC7512；数模转换器U1和U2的数据通信接口分别与微控制器模块的单片机PT端口相连；数模转换器U1和U2的模拟电压输出端口分别与油门踏板信号切换模块的继电器的常开触点相连。4.根据权利要求3所述的自动驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，基准电压模块包括限流电阻R4、滤波电容C7、精密稳压电源U3、分压电阻R5和R6、滤波电容C8；精密稳压电源U3的型号为TL431；限流电阻R4的一端与电源模块的正12V电源相连、另外一端与精密稳压电源U3的第2脚相连；分压电阻R5和R6以首尾相连的方式串接在精密稳压电源U3的第2脚和第3脚之间、其中点与稳压电源U3的第1脚相连。5.根据权利要求4所述的自动驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，微控制器模块包括单片机U8、限流电阻R11、电源指示二极管D1、滤波电感L1、滤波电容C25、滤波电容C26、短路电阻R12、短路电阻R13、滤波电容C28、退耦电容C27、滤波电容C30、退耦电容C29、滤波电容C32、退耦电容C31、晶体振荡器Y3、校正电容C33、校正电容C34、阻抗匹配电阻R14、复位充电电阻R15、复位充电电容C35、复位按键S1、上拉电阻R17...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒望，
申请(专利权)人：湖南汽车工程职业学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43