一种智能车辆的自动驾驶装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种智能车辆的自动驾驶装置。该装置包括自动驾驶执行机构和控制系统；所述自动驾驶执行机构包括转向执行机构、制动执行机构、油门执行机构和档位执行机构；所述控制系统包括解码器、串行通信单元、单片机、CAN接口、数据存储单元、复位电路和电源转化单元。本发明专利技术采用模块化设计，其中转向模块采用同步带传动方式通过方向盘上夹具和方向盘下夹具直接加装于方向盘上，对原车改动小，不影响原车驾驶性能，适用于具有不同方向盘尺寸的各种车型；制动模块、油门模块和档位模块采用直流伺服电机带动滚珠丝杠进而拉动软轴的方法，来实现控制制动、油门和档位的状态，不影响人工驾驶。使用CAN总线将4个执行模块进行连接，自动控制精度高、响应速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能车辆的
，具体涉及。
技术介绍
智能车辆是验证机器感知与认知理论、方法与技术的最佳平台之一。智能车辆不仅在军事、探险和救援等危险、恶劣环境下具有广阔的应用前景，同时智能车辆所涉及到的各种汽车传感器、环境感知系统、行驶安全预警与辅助驾驶智能决策等关键技术对于提高人工驾驶汽车的智能化程度和行驶安全性具有重要意义。因此，世界主要发达国家将智能车辆作为展示人工智能技术水平、引领车辆工业未来的重要平台，纷纷开展智能车辆的研究。在智能车辆的发展过程中，底层自动驾驶装置的性能始终是影响车辆智能控制能力的关键因素之一。自动驾驶装置能够接收上层控制系统的指令，并控制车辆的转向、速度与档位等运动特性。自动驾驶装置作为所有运动动作的最终执行者，其执行效果直接影响智能车辆能否准确且实时地完成上层系统的控制指令，是整个智能车辆感知、规划、推理以及决策等智能能力的基础，是智能车辆的核心系统之一。然而，目前对于智能车辆的自动驾驶装置尚无完善的方案。检索现有的技术文献，中国专利申请号为201110261026.8，名称:一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人，该专利可实现车辆的自动驾驶，但是，自动驾驶机器人占用了驾驶空间，自动驾驶和人工驾驶两种模式的切换不方便，主要用于车辆的道路试验；中国专利申请号为201010104800.X，公开日:2011年7月27日，名称:一种无人驾驶车辆转向装置及其控制方法，该专利能实现智能车辆的自动转向，但是对原车机械结构进行了较多的改造，容易对原车性能产生影响，且只能用于有限的车型；美国专利号:US7628239B1，名称:Adaptable Remote Control Driving，主要应用于对自动驾驶车辆的改装，但是其价格昂贵并且转向装置的位置控制精度不高，传动不平稳等。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，达到具有通用性强、自动控制精度高、响应速度快、人工驾驶模式和自动驾驶模式切换方便、对原车的机械改造少、易于装拆并不影响原车驾驶性能的效果，本专利技术提供一种智能车辆自动驾驶装置及控制方法。本专利技术一种智能车辆的自动驾驶装置包括自动驾驶执行机构和控制系统。所述自动驾驶执行机构包括转向执行机构、制动执行机构、油门执行机构和档位执行机构； 所述转向执行机构包括直流伺服电机2，直流伺服电机2的输出端连接着行星齿轮减速器3，行星齿轮减速器3的输出端连接着小带轮轴4的一端，小带轮轴4的另一端上依次连接着干式电磁离合器5和小带轮6;与小带轮轴4平行设有大带轮轴9，大带轮轴9的一端上设在大带轮8，大带轮轴9的另一端为连接盘，连接盘上均布连接着三根方向盘夹杆10，每根方向盘夹杆10的外端为倒U形开口端，U形的夹块与倒U形开口端配合连接，使用时，所述夹块和方向盘夹杆10的倒U形开口端配合卡扣在方向盘的环杆上；大带轮8和小带轮6上跨设着同步带7 ;所述直流伺服电机2上设有转向编码器I ; 所述制动执行机构包括依次连接的制动直流伺服电机23和制动滚珠丝杠26，制动直流伺服电机23上设有制动编码器20 ； 所述油门执行机构包括依次连接着油门直流伺服电机24和油门滚珠丝杠27，油门直流伺服电机24上设有油门编码器21 ； 所述档位执行机构包括依次连接着档位直流伺服电机25和档位滚珠丝杠28，档位直流伺服电机25上设有档位编码器22 ； 所述控制系统包括解码器38、串行通信单元39、单片机37、CAN接口 43、数据存储单元42、复位电路41和电源转化单元40 ;控制单元15通过轮速传感器和GPS分别输入当前的车速和车辆位置信息，解码器38与轮速传感器连接，串行通信单元39与GPS连接，Can接口43分别与转向驱动单元16、制动驱动单元17，油门驱动单元18和档位驱动单元19连接；复位电路41实现软硬件两种模式的复位；电源转化单元40给单片机37和其他单元供电；控制单元15根据车速信息和车辆位置信息，以及数据存储单元42中的轨迹信息，实时解算出转向、制动、油门、档位的输出量，通过转向驱动单元16、制动驱动单元17,油门驱动单元18和档位驱动单元19分别控制转向直流伺服电机2、制动直流伺服电机23、油门直流伺服电机24和档位直流伺服电机25，实现车辆的自动驾驶。所述控制系统的单片机37的型号为MCS12XDP512MAL ;其中引脚46和引脚47是外部时钟输入端，采用并联连接方式，电容C18、C19为负载电容，电阻R7是为了保证晶振起振；引脚83是AD转换器供电端，引脚107是I/O驱动器供电端，引脚41是内部电压调节器供电端，均采用+5V电源供电；引脚43是锁相环供电端，引脚13和引脚65是内部电源供电端，均采用内部电压供电；引脚85和引脚84是AD转换器参考电压端，电阻R28和R29为下拉电阻；引脚97是内部电压调整器使能端，通过上拉电阻Rl可开启内部电压调整器；引脚38、引脚37、引脚23和引脚36可以设置MCS12XDP512MAL的工作模式，电阻R2、R3、R4为下拉电阻。所述控制系统的解码器38的型号为HCTL2020，一共有20个引脚，引脚1，引脚11，引脚12，引脚13，引脚14，引脚17，引脚18，引脚19是八位数据输出端，分别连接单片机37的引脚24，引脚31，引脚30，引脚29，引脚28，引脚27，引脚26，引脚25 ;引脚2是外部时钟信号输入端，连接单片机37的引脚3 ;引脚3是高低八位数据选择输入端，连接单片机37的引脚8 ;引脚4是使能输入端，连接单片机37的引脚7 ;引脚5是内部计数器状态控制输入端，悬空不连接；引脚6是未定义端，悬空不连接；引脚7是复位输入端，连接单片机37的引脚6 ;引脚8是脉冲信号输入端B,连接轮速传感器(SENSOR)接口的引脚I和引脚3 ;引脚9是脉冲信号输入端A，连接轮速传感器(SENSOR)接口的引脚2和引脚4 ;引脚10是接地端，连接电源地；引脚15和引脚16是内部计数器状态标志输出端，悬空不连接；引脚20是供电输入端，连接+5V电源电压；C37是滤波电容；解码器38的作用是对轮速传感器产生的双路脉冲信号进行计数，计数结果以八位并行数据形式发送给单片机37。所述控制系统的串行通信单元39包括电平转换芯片U5，电平转换芯片U5的型号MAX232，一共有16个引脚，引脚I和引脚2是+5V电压转+IOV电压电荷泵输入端，连接电容C25 ;引脚2是+IOV电压输出端，连接电容C27后接+5V电源；引脚4和引脚5是+IOV电压转-1OV电压电荷泵输入端，连接电容C26 ;引脚6是-1OV电压输出端，连接电容C28后接电源地；引脚7是第二数据通道RS232电平输出端，连接SCIl接口的引脚4 ;引脚8是第二数据通道RS232电平输入端，连接SCIl接口的引脚3 ;引脚9是第二数据通道TTL电平输出端，连接单片机37的引脚91 ;引脚10是第二数据通道TTL电平输入端，连接单片机37的引脚92 ;引脚11是第一数据通道TTL电平输入端，连接单片机37的引脚90 ;引脚12是第一数据通道TTL电平输出端，连接单片机37的引脚89;引脚13是第一数据通道RS232电平输入端，连接SCIO接口的引脚3 ;引脚14是第一数据通道RS232本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能车辆的自动驾驶装置，其特征在于：包括自动驾驶执行机构和控制系统；所述自动驾驶执行机构包括转向执行机构、制动执行机构、油门执行机构和档位执行机构；所述转向执行机构包括直流伺服电机（2），直流伺服电机（2）的输出端连接着行星齿轮减速器（3），行星齿轮减速器（3）的输出端连接着小带轮轴（4）的一端，小带轮轴（4）的另一端上依次连接着干式电磁离合器（5）和小带轮（6）；与小带轮轴（4）平行设有大带轮轴（9），大带轮轴（9）的一端上设在大带轮（8），大带轮轴（9）的另一端为连接盘，连接盘上均布连接着三根方向盘夹杆（10），每根方向盘夹杆（10）的外端为倒U形开口端，U形的夹块与倒U形开口端配合连接，使用时，所述夹块和方向盘夹杆（10）的倒U形开口端配合卡扣在方向盘的环杆上；大带轮（8）和小带轮（6）上跨设着同步带（7）；所述直流伺服电机（2）上设有转向编码器（1）；所述制动执行机构包括依次连接的制动直流伺服电机（23）和制动滚珠丝杠（26），制动直流伺服电机（23）上设有制动编码器（20）；所述油门执行机构包括依次连接着油门直流伺服电机（24）和油门滚珠丝杠（27），油门直流伺服电机（24）上设有油门编码器（21）；所述档位执行机构包括依次连接着档位直流伺服电机（25）和档位滚珠丝杠（28），档位直流伺服电机（25）上设有档位编码器（22）；所述控制系统包括解码器（38）、串行通信单元（39）、单片机（37）、CAN接口（43）、数据存储单元（42）、复位电路（41）和电源转化单元（40）；控制单元15通过轮速传感器和GPS分别输入当前的车速和车辆位置信息，解码器（38）与轮速传感器连接，串行通信单元（39）与GPS连接，Can接口（43）分别与转向驱动单元（16）、制动驱动单元（17），油门驱动单元（18）和档位驱动单元（19）连接；复位电路（41）实现软硬件两种模式的复位；电源转化单元（40）给单片机（37）和其他单元供电；控制单元（15）根据车速信息和车辆位置信息，以及数据存储单元（42）中的轨迹信息，实时解算出转向、制动、油门、档位的输出量，通过转向驱动单元（16）、制动驱动单元（17），油门驱动单元（18）和档位驱动单元（19）分别控制转向直流伺服电机（2）、制动直流伺服电机（23）、油门直流伺服电机（24）和档位直流伺服电机（25），实现车辆的自动驾驶。...

【技术特征摘要】
1.一种智能车辆的自动驾驶装置，其特征在于:包括自动驾驶执行机构和控制系统； 所述自动驾驶执行机构包括转向执行机构、制动执行机构、油门执行机构和档位执行机构； 所述转向执行机构包括直流伺服电机(2)，直流伺服电机(2)的输出端连接着行星齿轮减速器(3)，行星齿轮减速器(3)的输出端连接着小带轮轴(4)的一端，小带轮轴(4)的另一端上依次连接着干式电磁离合器(5)和小带轮(6);与小带轮轴(4)平行设有大带轮轴(9)，大带轮轴(9)的一端上设在大带轮(8)，大带轮轴(9)的另一端为连接盘，连接盘上均布连接着三根方向盘夹杆(10),每根方向盘夹杆(10)的外端为倒U形开口端,U形的夹块与倒U形开口端配合连接，使用时，所述夹块和方向盘夹杆(10)的倒U形开口端配合卡扣在方向盘的环杆上；大带轮(8)和小带轮(6)上跨设着同步带(7);所述直流伺服电机(2)上设有转向编码器(I); 所述制动执行机构包括依次连接的制动直流伺服电机(23)和制动滚珠丝杠(26)，制动直流伺服电机(23)上设有制动编码器(20)； 所述油门执行机构包括依次连接着油门直流伺服电机(24)和油门滚珠丝杠(27)，油门直流伺服电机(24)上设有油门编码器(21)； 所述档位执行机构包括依次连接着档位直流伺服电机(25)和档位滚珠丝杠(28)，档位直流伺服电机(25)上设有档位编码器(22)； 所述控制系统包括解码器(38)、串行通信单元(39)、单片机(37)、CAN接口(43)、数据存储单元(42 )、复位电路(41 )和电源转化单元(40 );控制单元15通过轮速传感器和GPS分别输入当前的车速和车辆位置信息，解码器(38)与轮速传感器连接，串行通信单元(39)与GPS连接，Can接口(43)分别与转向驱动单元(16)、制动驱动单元(17)，油门驱动单元(18)和档位驱动单元(19)连接；复位电路(41)实现软硬件两种模式的复位；电源转化单元(40)给单片机(37)和其他单元供电；控制单元(15)根据车速信息和车辆位置信息，以及数据存储单元(42)中的轨迹信息，实时解算出转向、制动、油门、档位的输出量，通过转向驱动单元(16)、制动驱动单元(17)，油门驱动单元(18)和档位驱动单元(19)分别控制转向直流伺服电机(2)、制动直流伺服电机(23)、油门直流伺服电机(24)和档位直流伺服电机(25)，实现车辆的自动驾驶。2.根据权利要求1所述的一种智能车辆的自动驾驶装置，其特征在于:所述控制系统的单片机(37)的型号为MCS12XDP512MAL ;其中引脚46和引脚47是外部时钟输入端，采用并联连接方式，电容C18、C19为负载电容，电阻R7是为了保证晶振起振；引脚83是AD转换器供电端，引脚107是I/O驱动器供电端，引脚41是内部电压调节器供电端，均采用+5V电源供电；引脚43是锁相环供电端，引脚13和引脚65是内部电源供电端，均采用内部电压供电；引脚85和引脚84是AD转换器参考电压端，电阻R28和R29为下拉电阻；引脚97是内部电压调整器使能端，通过上拉电阻Rl可开启内部电压调整器；引脚38、引脚37、引脚23和引脚36可以设置MCS12XDP512MAL的工作模式，电阻R2、R3、R4为下拉电阻； 所述控制系统的解码器(38)型号为HCTL2020，一共有20个引脚，引脚1，引脚11，引脚.12，引脚13，引脚14，引脚17，引脚18，引脚19是八位数据输出端，分别连接单片机(37)的引脚24，引脚31，引脚30，引脚29，引脚28，引脚27，引脚26，引脚25 ;引脚2是外部时钟信号输入端，连接单片机(37)的引脚3 ;引脚3是高低八位数据选择输入端，连接单片机(37)的引脚8 ;引脚4是使能输入端，连接单片机(37)的引脚7 ;引脚5是内部计数器状态控制输入端，悬空不连接；引脚6是未定义端，悬空不连接；引脚7是复位输入端，连接单片机(37)的引脚6 ;引脚8是脉冲信号输入端B，连接轮速传感器(SENSOR)接口的引脚I和引脚3 ;弓丨脚9是脉冲信号输入端A，连接轮速传感器(SENSOR)接口的引脚2和引脚4 ;引脚10是接地端，连接电源地；引脚15和引脚16是内部计数器状态标志输出端，悬空不连接；引脚20是供电输入端，连接+5V电源电压；C37是滤波电容；解码器(38)的作用是对轮速传感器产生的双路脉冲信号进行计数，计数结果以八位并行数据形式发送给单片机(37)； 所述控制系统的串行通信单元(39)包括电平转换芯片U5，电平转换芯片U5的型号MAX232, 一共有16个引脚，引脚I和引脚2是+5V电压转+IOV电压电荷泵输入端，连接电容C25 ;引脚2是+IOV电压输出端，连接电容C27后接+5V电源；引脚4和引脚5是+IOV电压转-1OV电压电荷泵输入端，连接电容C26 ;引脚6是-1OV电压输出端，连接电容C28后接电源地；引脚7是第二数据通道RS232电平输出端，连接SCIl接口的引脚4 ;引脚8是第二数据通道RS232电平输入端，连接SCIl接口的引脚3 ;引脚9是第二数据通道TTL电平输出端，连接单片机(37)的引脚91 ;引脚10是第二数据通道TTL电平输入端，连接单片机(37)的引脚92 ; 引脚11是第一数据通道TTL电平输入端，连接单片机(37)的引脚90 ;引脚12是第一数据通道TTL电平输出端，连接单片机(37)的引脚89 ;引脚13是第一数据通道RS232电平输入端，连接SCIO接口的引脚3 ;引脚14是第一数据通道RS232电平输出端，连接SCIO接口的引脚4 ;引脚15是接地端，连接电源地；引脚16是供电输入端，连接+5V电源电压；C24是滤波电容；串行通信单元(39)的作用是...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅涛，张卫忠，梁华为，李碧春，黄健，徐照胜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：