無人駕駛汽車縱向控制單元研究 課件講解

《車載智能技術(shù)》

無人駕駛汽車運(yùn)動控制-無人駕駛汽車縱向控制單元研究主講人：劉冰潔江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、縱向控制概述無人駕駛汽車的縱向控制主要研究如何控制車輛的縱向運(yùn)動，即控制車輛按照期望的速度行駛、控制車輛的縱向加速度、控制車輛間距離、控制制動器。無人駕駛汽車定速巡航控制系統(tǒng)，即當(dāng)駕駛員給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一個(gè)期望的車輛行駛速度后，該系統(tǒng)能夠通過輸入的期望值及反饋信號的反饋值，計(jì)算處理后控制驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行以讓無人駕駛汽車自動保持設(shè)定的速度行駛。無人駕駛汽車自主控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠根據(jù)變化復(fù)雜的外界環(huán)境，

自動控制車輛的行駛速度，從而保證車輛安全穩(wěn)定行駛。一、縱向控制概述從行車安全及車輛穩(wěn)定性出發(fā)，要求無人駕駛汽車縱向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須保證無人駕駛汽車具有如下性能指標(biāo):1)快速性建立車輛縱向動力學(xué)，找出能使車輛達(dá)到期望速度時(shí)驅(qū)動電機(jī)的輸入量，在保證車輛速度快速響應(yīng)的同時(shí)，保證期望速度的穩(wěn)態(tài)誤差為零。

2)平穩(wěn)性研究發(fā)現(xiàn)表明當(dāng)車輛加速度變化不平滑時(shí)，會使車輛自身產(chǎn)生沖擊甚至顫振，因此無人駕駛汽車控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免車輛突然加速，使車輛加速度的變化更加平滑。一、縱向控制概述3)適應(yīng)性研究車輛在實(shí)際行駛中，由于外界環(huán)境的不確定性，如道路的起伏、地面附著系數(shù)及天氣條件等造成車輛的動力明顯受到影響，此時(shí)需要頻繁改變車速。這就要求無人駕駛汽車縱向控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性?！痢痢炼?、無人縱向控制駕駛員可以通過踩踏腳踏板和制動器位置，來控制電動車車輛速度的升高或降低，從而改變車輛的縱向運(yùn)動。由于車輛自身強(qiáng)的非線性，因而縱向控制中被控對象也是個(gè)參數(shù)變化的非線性系統(tǒng)。駕駛員對車輛速度的控制包括對外界復(fù)雜變化環(huán)境的認(rèn)識、對行駛方向速度的選擇、對目標(biāo)的認(rèn)識判斷，通過肢體的配合對腳踏板、制動器的操作控制。二、無人縱向控制通過模仿人類思維，根據(jù)人類對車輛駕駛的速度控制機(jī)理建立知識庫，根據(jù)所測量的車速，計(jì)算出車輛速度的偏差和速度偏差變化的信息，根據(jù)知識庫中的規(guī)則推導(dǎo)出車速的控制量，實(shí)現(xiàn)對車輛縱向速度的實(shí)時(shí)控制。無人駕駛汽車縱向控制系統(tǒng)由交流驅(qū)動器、交流驅(qū)動電機(jī)、反饋測速傳感器和數(shù)據(jù)采集卡等部件構(gòu)成。系統(tǒng)的作用是根據(jù)給定期望車輛行駛速度，結(jié)合各路傳感器的信息，通過計(jì)算處理后，控制車輛保持舒適穩(wěn)定的前行。在系統(tǒng)工作過程中，上位機(jī)作為主控單元，通過設(shè)定期望車速，該速度值通過數(shù)據(jù)采集卡PC1812，二、無人縱向控制作用到科蒂斯交流驅(qū)動器，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，測速傳感器將車輛的實(shí)時(shí)速度采集后，經(jīng)過對信號的加工處理(轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波)后傳遞給工控機(jī)，工控機(jī)通過比對期望值與車輛當(dāng)前電壓、電流、車速反饋值、激光測距數(shù)據(jù)、道路信息等，控制車輛安全穩(wěn)定行駛，從而完成無人駕駛汽車縱向運(yùn)動?？v向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7-15所示。三、無人駕駛汽車車速控制無人駕駛汽車車速控制不能采用單純的PID，而是要采用能夠在全加速、緊急制動和閉環(huán)控制等多種模式中平穩(wěn)切換的“多模式”速度控制算法，才能根據(jù)不同的道路狀況迅速準(zhǔn)確地改變車速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過彎。無人駕駛汽車速度控制系統(tǒng)，以單片機(jī)為核心，與車速檢測模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、電源模塊等一起構(gòu)成了智能車速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。單片機(jī)根據(jù)賽道信息采用合理的控制算法以實(shí)現(xiàn)對車速的控制，車速檢測采用安裝于車模后軸上的光電編碼器，直流電機(jī)驅(qū)動采用了控制電路，電源模塊給單片機(jī)、光電編碼器和驅(qū)動電機(jī)等供電。三、無人駕駛汽車車速控制一個(gè)針對實(shí)際對象的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先要做的就是對執(zhí)行器及系統(tǒng)進(jìn)行建模，并標(biāo)定系統(tǒng)的輸入和輸出。為了給車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的控制器，就要對速度系統(tǒng)進(jìn)行定階和歸一化。對此，分別設(shè)計(jì)了加速和減速模型測定實(shí)驗(yàn)。通過加裝在車模后輪軸上的光電編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。車?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)加給電機(jī)的PWM波的占空比進(jìn)行調(diào)速。單片機(jī)上的PWM模塊可以是8位或