(整理)自动控制综合设计-无人驾驶汽车计算机控制系统

自动控制综合设计

——无人驾驶汽车计算机控制系统

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目录

一设计的目的及意义

二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识三系统的控制对象

四系统总体方案及思路

1系统总体结构

2控制机构与执行机构

3控制规律

4系统各模块的主要功能

5系统的开发平台

6系统的主要特色

五具体设计

1系统的硬件设计

2系统的软件设计

六系统设计总结及心得体会

一设计目的及意义

随着社会的快速发展，汽车已经进入千家万户。汽车的普及造成了交通供需矛盾的日益严重，道路交通安全形势日趋恶化，造成交通事故频发，但专家往往在分析交通事故的时候，会更加侧重于人与道路的因素，而对车辆性能的提高并不十分关注。如果存在一种高性能的汽车，它可以自动发现前方障碍物，自动导航引路，甚至自动驾驶，那将会使道路安全性能得到极大提高与改善。本系统即为实现这样一种高性能汽车而设计。

二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识

智能无人驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。目前对智能汽车的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆已经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。

通过对车辆智能化技术的研究与开发，可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆行驶的安全通畅、高效。对智能化的车辆控制系统的不断研究完善，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极大地促进道路交通的安全性。智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷，使得即便在很复杂的道路情况下，也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物，沿着预定的道路轨迹行驶。

三系统的控制对象

（1）系统中心控制部件（单片机）可靠性高，抗干扰能力强，工作频率最高可达到25MHz，能保障系统的实时性。

（2）系统在软硬件方面均应采用抗干扰技术，包括光电隔离技术、电磁兼容性分析、数字滤波技术等。

（3）系统具有电源实时监控、欠压状态自动断电功能。

（4）系统具有故障自诊断功能。

（5）系统具有良好的人性化显示模块，可以将系统当前状态的重要参数（如智能车速度、电源电压）显示在LCD上。

（6）系统中汽车驱动力为500N时，汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度。四系统总体方案及思路

1系统总体结构

整个系统主要由车模、模型车控制系统及辅助开发系统构成。

智能车系统的功能模块主要包括：控制核心模块、电源管理模块、路径识别模块、后轮电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度检测模块、电池监控模块、小车故障诊断模块、LCD数据显示模块及调试辅助模块。每个模块都包括硬件和软件两部分。硬件为系统工作提供硬件实体，软件为系统提供各种算法。

2控制机构与执行机构

智能车主要通过自制小车来模拟执行机构，自制小车长为34.6cm，宽为24.5cm，重为1.2kg，采样周期为3ms，检测精度为4mm。

控制机构中，主控制核心采用freescale16位单片机MC9S12DG128B。系统在CodeWarrior软件平台基础上设计完成，采用C语言和汇编语言混合编程，提供强大的辅助模块，包括电池检测模块、小车故障诊断模块、LCD数据显示模块以及调试辅助模块。在路径识别模块，系统利用了freescaleS12系列单片机提供的模糊推理机。

3控制规律

因为系统电机控制模块控制小车的运动状态，其在不同阶段特性参数变化很大，故采用数字PID控制器，该控制器技术成熟，结构简单，参数容易调整，不一定需要系统的确切数字模型。

4系统各模块的主要功能

控制核心模块：使用freescale16位单片机MC9S12DG128B，主要功能是完成采集信号的处理和控制信号的输出。

电源管理模块：对电池进行电压调节，为各模块正常工作提供可靠的电压。

路径识别模块：完成跑道信息的采集、预处理以及数据识别。

后轮电机驱动模块：为电机提供可靠的驱动电路和控制算法。

转向舵机控制模块：为舵机提供可靠的控制电路和控制算法。

速度检测模块：为电机控制提供准确的速度反馈。

电池监控模块：对电池电量进行实时监控，以便科学的利用，保护电池。

小车故障诊断模块：对小车故障进行快速、准确的诊断。

LCD数据显示模块：显示系统当前状态的重要参数。

调试辅助模块：使得小车调试更加方便。

5系统的开发平台

系统软件开发平台采用CodeWarrior for S12，CodeWarrior是Metrowerks 公司的，专门面向Freescale所有的MCU与DSP嵌入式应用开发的软件工具，CodeWarrior for S12是面向以HC12或S12为CPU的单片机嵌入式应用开发的软件包。包括集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编器、链接器以及调试器。

6系统的主要特色

（1）系统中引用了模糊推理机

模糊推理机是freescaleS12单片机一个重要的内部资源，利用模糊推理的三个步骤——模糊化、模糊逻辑推理、反模糊化，可以从路径传感信号，推理出精确的控制量。

（2）系统中采用了数字滤波技术

数字滤波技术可靠性高、稳定性好、具有很强的灵活性、可以根据不同的干扰情况，随时修改滤波程序和滤波方法。

五具体设计

1系统的硬件设计

系统硬件系统框图如下：

以下按各模块来分别设计本硬件电路：

（1）电源管理模块

电源管理模块的功能对电池进行电压调节，为各个模块正常工作提供可靠的工作电压。电源管理模块采用7.2V、2000mAh镍镉电池以及LM2576（5V），LM317（6V）稳压芯片构成。

（2）微处理器

微处理器是freescale公司推出的S12系列增强型的16位单片机MC9S12DG128，该系列单片机在汽车电子领域有着广泛的应用。

（3）路径识别模块

路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，其设计的好坏直接影响到智能车控制系统的性能。目前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器。本设计红外发射管和红外接收管以及达林顿管ULN2803A 作为路径识别的传感器。采用双排传感器的策略，第一排传感器专门用于识别路

径以及记忆路径的各种特征点，第二排传感器专门用于识别起始位置与十字交叉路口，由于不同传感器的功能不一样，因此它们的布置与安装位置也是不同。传感器的设计主要包括传感器布局，传感器间隔距离，径向探出距离，信号的采集几部分构成。

（4）后轮驱动和速度检测模块

智能车前进的动力是通过直流电机来驱动的，本设计的驱动直流电机的型号为RS—380SH，输出功率为0.9W—40W。在实际生活中，我们可能遇到弯道，为了能使模型车在过弯道的时候能快速地把速度减下来，电机驱动部分采用了两块MC33886组成的全桥式驱动电路，可以控制电机的反转以达到制动的目的。

在闭环控制系统中，速度指令值通过微控制器变换到驱动器，驱动器再为电机提供能量。速度传感器再把测量的小车的速度量的实际值回馈给微控制器。以便微控制器进行控制。因此要对控制系统实行闭环控制，必须要有感应速度量的速度传感器。常用的有轴编码器，它主要用来测量旋转轴的位置和转速。

（5）转向舵机模块

凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。本设计采用的舵机型号为HS —925（SANWA），尺寸为39.4*37.8*27.8，重量56kg，工作速度0.11sec/60（4.8V），0.07sec/60（6.0V），堵转力矩6.1kg。一般来讲，舵机主要由以下基本分组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。其中，直流马达提供了原始动力，带动减速齿轮组，产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，输出扭力也愈大，越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。在设计中，为了提高舵机的响应速度和工作力矩，采用6.0V工作电压。

（6）电源电压检测模块

智能车采用镍镉电池供电，由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电会认为降低电池的电容量，同时深度放电又会导致电池内部结构变化，造成对电池的永久损害，因此，在智能车控制系统中加入电源监控模块，当电池电压低于6V时及时自动报警，并切断电路，用来保护电池。本模块用到的主要器件为光电耦合芯片TLP521—2以及运算放大器LM324。

（7）液晶显示模块

为了完善智能车控制系统的功能，使其更加人性化，同时为了方便测试，在

设计中，加入液晶显示模块，把智能车系统当前状态的一些重要参数显示出来。本模块用到的器件为LCD控制器HD44780。

（8）辅助调试模块（红外遥控）

在智能车调试阶段，小车经常出现启停的情况，例如高速行驶的小车有时因为异常情况冲出跑道，以这样的速度碰到周围的障碍物上，势必损坏小车的部件，这个时候就需要小车立刻停下来。为此，在智能车系统上添加红外遥控模块，当想启动小车或者想让小车停止时，只需要按下遥控器上的按键，就可以很方便实现小车的启停。本模块主要用红外接收器HS0038A和红外遥控器来进行遥控控制。

（9）故障诊断模块

小车的故障诊断模块原理很简单，就是利用单片机的SCIO口，通过RS—232接口与上位机连接起来，通过软件编程，小车不断的向上位机发送代码，通过故障代码就可以马上诊断出故障源。

2系统的软件设计

在智能车系统中，软件系统主要有以下几个部分：路径识别算法、后轮驱动电机控制算法、转向舵机控制算法、速度检测等。单片机系统需要接收路径识别电路的信号、车速传感器的信号，采用某种路径搜索算法进行巡线判断，进而控制转向伺服电机和直流驱动电机。控制策略的选择对于小车的行驶性能是非常重要的，控制小车的最终目的就是要使小车在平稳行驶的前提下，尽可能地以最快速度和最短的路线行驶。下面简要介绍各模块的软件算法。

（1）后轮驱动电机控制算法

电机控制算法的作用是接受指令速度值，通过运算向电机提供适当的驱动电压，尽快尽量平稳地使电机转速达到速度值，并维持这个速度值。换言之，一旦电机转速达到了指令速度值，即使遇到各种不利因素的干扰下，也应保持速度值不变。

因此我们采用数字控制器的连续化设计技术PID控制算法来控制本部分电路。

①数学模型的设定

我们设定系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且认为汽车受到的摩

擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动方向相反。这样，我们就可以用以下模型来仿真之。

根据牛顿运动定律，该系统的动态数学模型可表示为：

ma bv u

y u

+=

=

{

我们对系统的参数进行设定，设汽车质量m=1000kg，比例系数b=50N*s/m，汽车驱动力u=500N。

根据系统的设计要求，系统中汽车驱动力为500N时，汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度。同时我们可以将系统的最大超调量设计为10%，静态误差设计为2%。

②系统的开环阶跃函数表示

为了得到系统的传递函数，我们进行拉普拉斯变换。假定系统的初始条件为零，则：

()()()

()()

msV s bV s U s

Y s V s

+=

=

{

所以系统的传递函数为：

()1

()

Y s

U s ms b

=

+

运用MATLAB编程实现该传递函数模型：

m=1000

b=50

u=500 num=[1] den=[m b] sys=tf(num,den) step(u*sys)

title('系统开环节跃响应曲线')

从图上我们看出，系统不符合5秒的上升时间要求，故需要加上合适的控制器。

③ PID 控制器的设计 PID 控制器的传递函数为：

2()1

()(1)()D p I I p D p D I K s K s K K U s D s K T s K K s E s T s s s ++==++=++=

我们运用凑试法来确定PID 的各参数。

首先我们确定采样周期。采样周期的选择既不能过大也不能过小，过小会使

采样频率较高，一方面会加重单片机的负担，另一方面两次采样值的偏差变化太小，数字控制器的输出值变化不大。同时采样周期也不能太大，太大会降低PID 控制器的准确性，从而不能正常发挥PID控制器的功能。综上所述，我们首先选择T=0.2s来进行实验，如果效果不好，我们在对其进行微调。

然后我们进行比例控制器的设计。比例控制器一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。我们首先设定Kp=100，则程序与仿真图为：nc=100;dc=1;dd=tf(nc,dc)

dz=c2d(dd,0.1,'tustin')

np=1;dp=[1000 50]

g=tf(np,dp)

gd=c2d(g,0.1,'tustin')

sysold=dz*gd;syscld=feedback(sysold,1)

step(500*syscld);title('比例控制器作用下的阶跃响应（驱动力为500N）')

从图中可以看出，系统静态值太高，而且上升时间也远远不能满足设计要求。

我们改变汽车驱动力为10N，再次进行仿真，仿真结果如下（程序中只需改动step语句为step（10* syscld）即可）：

我们看到系统静态值虽然产生了较大幅度的下降，但仍然不能满足要求。我们再将Kp从100逐步增加，直至改为1500进行测试（程序改动为nc=1500），我们发现此时仿真静态值与静态误差以及上升时间已基本满足系统需求，从而我们完全可以通过继续增加比例系数来调节系统特性，进而理论上可以省去积分环节。但是随着比例系数的增加动态过程将让人不满意，其动态变化将过快，从而给驾驶人员带来身体上的不适（图二为比例系数增至5000时的仿真波形，我们发现在0.1s的时间内，汽车速度将从2m/s骤增至5m/s），所以我们从人性化角度考虑，增加积分环节：

图二

积分环节的加入可以调节系统的静态误差。我们设定Kp=1000，Ki=10,此时程序和仿真图形如下：

nc=[1000 10]

dc=[1 0]

dd=tf(nc,dc);

dz=c2d(dd,0.1,'tustin')

np=1;dp=[1000 50]

g=tf(np,dp)

gd=c2d(g,0.1,'tustin');

sysold=dz*gd;

syscld=feedback(sysold,1);

step(10*syscld，10);

title('比例积分控制器作用下的阶跃响应')

我们可以看到，此时静态误差过大，我们调节积分系数为50（改变程序为nc=[1000 50]），再次仿真：

我们看到系统已基本实现设计要求，实际设计中可以不加入微分环节。鉴于此次设计为课程设计，为保证设计完整性，我们在加入微分环节来观察一下微分环节对系统性能的影响。

设Kd=10，则程序为：

nc=[10 1000 50]

dc=[1 0]

dd=tf(nc,dc);

dz=c2d(dd,0.1,'tustin')

np=1;dp=[1000 50]

g=tf(np,dp)

gd=c2d(g,0.1,'tustin');

sysold=dz*gd;

syscld=feedback(sysold,1);

step(10*syscld,10);

title('比例积分微分控制器作用下的阶跃响应')

我们发现此图与上图区别不明显，即微分作用不明显，我们将微分系数更改为500（程序更改为nc=[500 1000 50]）：

我们清楚的发现，系统初始值明显变大，即微分作用可以加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

当采样周期改为T=1s时，系统程序与仿真波形为：

nc=[500 1000 50]

dc=[1 0]

dd=tf(nc,dc);

dz=c2d(dd,1,'tustin')

np=1;dp=[1000 50]

g=tf(np,dp)

gd=c2d(g,1,'tustin');

sysold=dz*gd;

syscld=feedback(sysold,1);

step(10*syscld,10);

title('比例积分微分控制器作用下的阶跃响应 T=1s')

我们可以看到效果远远不如T=0.1s 时的情况。 所以综上所述，我们设计的PID 控制器的传递函数为：

()100050

()()U s s D s E s s

+=

=，采样周期为T=0.1s 。 然后，我们利用数字控制器的离散化设计步骤来设计本系统。通过前面的分

析，我们知道被控对象的连续传递函数为：()1

()Y s U s ms b =+。其中，m=1000，b=50。因为零阶保持器的传递函数为：1()Ts

e H s S

--=。所以得到广义对象的脉冲传递

函数为：

1111

()[*](1)[]100050(100050)

Ts e G z Z z Z s s s s --==-++

1111111

(1)[*]*(1)*20*[]11

10001000()2020

z Z z Z s s s s --=-=--++

111

20

11

1

201(1)10.0488[]*505010.95121e z z z e z -------==-- 对单位脉冲输入信号的十倍，1

10

()1R z z

-=-，选择 1()z z φ-=。仿真程序如下：

G=tf([0,0.0488,0],[50,47.56,0],1,'variable','z^-1') H=tf([0,1,0],[1],1,'variable','z^-1') R=tf([10,0,0],[1,-1,0],1,'variable','z^-1') Y=R*H figure(1) impulse(Y) He=1-H E=He*R D=H/(G*(1-H)) U=E*D figure(2) impulse(U)

(整理)自动控制综合设计_无人驾驶汽车计算机控制系统方案

自动控制综合设计 ——无人驾驶汽车计算机控制系统 指导老师： 学校： ：

目录 一设计的目的及意义 二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识三系统的控制对象 四系统总体方案及思路 1系统总体结构 2控制机构与执行机构 3控制规律 4系统各模块的主要功能 5系统的开发平台 6系统的主要特色 五具体设计 1系统的硬件设计 2系统的软件设计 六系统设计总结及心得体会

一设计目的及意义 随着社会的快速发展，汽车已经进入千家万户。汽车的普及造成了交通供需矛盾的日益严重，道路交通安全形势日趋恶化，造成交通事故频发，但专家往往在分析交通事故的时候，会更加侧重于人与道路的因素，而对车辆性能的提高并不十分关注。如果存在一种高性能的汽车，它可以自动发现前方障碍物，自动导航引路，甚至自动驾驶，那将会使道路安全性能得到极大提高与改善。本系统即为实现这样一种高性能汽车而设计。 二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识 智能无人驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。目前对智能汽车的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆已经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。 通过对车辆智能化技术的研究与开发，可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆行驶的安全通畅、高效。对智能化的车辆控制系统的不断研究完善，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极促进道路交通的安全性。智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷，使得即便在很复杂的道路情况下，也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物，沿着预定的道路轨迹行驶。 三系统的控制对象 （1）系统中心控制部件（单片机）可靠性高，抗干扰能力强，工作频率最高可达到25MHz，能保障系统的实时性。 （2）系统在软硬件方面均应采用抗干扰技术，包括光电隔离技术、电磁兼容性分析、数字滤波技术等。 （3）系统具有电源实时监控、欠压状态自动断电功能。 （4）系统具有故障自诊断功能。

计算机控制系统设计性实验

计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:

设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。

《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

汽车计算机控制复习题

1,一般将汽车计算机控制系统分为哪几个集合？ 汽车计算机控制系统分为动力与传动，安全性，舒适性通信和多媒体 2,汽车计算机控制系统的一般性功能机构如何构成？ 控制指令---控制单元—执行单元---受控对象 3,控制单元的任务是什么？其功能结构如何？ 任务：实时地采集数据，控制决策和控制输出 4,传感器的作用是什么？一般如何构成？ 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的装置 5,执行器的作用是什么？一般如何构成？ 执行器是受控单元与控制单元的连接体，起作用是能够将控制单元的信号转换成可以调整受控对象的驱动信号 6,汽车控制区域网络如何构成？ 汽车控制区域网络是按照一定的同性协议通过数据总线和网络接口将汽车的电控单元，智能传感器智能仪表等连接7,什么是网络通信协议？包括哪些基本要求？ 网络通信协议：制定规范实体之间共同遵守并且相互接受的约定和规则，包括的要素有：语法，语义，定时规则8,网络接口的作用如何？其功能结构如何？ 网络接口的作用：控制其区域网络中各个节点之间进行通信时数据流穿越的界面,由总线控制器，总线收发器组成9,双绞线数据总线介质有何优点 双绞线数据总线介质的特点：数据传输速率相对较低，传输距离较短，但能满足汽车控制器域网络要求，且成本低，传输可靠性高 10,CAN总线的数据帧有那几个部分构成？ 开始域，状态域，检查域，数据域，安全域，确认域，结束域 11,何为汽车计算机控制的自诊断和故障保护功能？ 控制单元对包括自身在内的整个系统状况进行检测和评估的功能（自诊断，OBD系统） 12,OBDII跪着体系对哪些方面进行了标准化规定？ 计算机控制系统的术语，缩略词，故障码测试过程 13,ODBI规定标准故障码应如何构成？ 第一位是故障系统英文首字母（B车身，C底座,P动力传导系统，U未定义） 第二位是数字(0按seaj2012定义的败走准故障码，1制造商自行定义，2，3留后将来使用) 第三位是小虎子，动力传动系统（0总系统，1燃油空气控制系统，2燃油空气控制系统3点燃控制系统4辅助排放控制系统5怠速控制系统6电控单元和输入与输出7变速器系统8非电控发动机动力传动） 第四5位说明故障类型和是设置故障码的具体条件 14,故障保护一般有哪些方式？ 替代控制参数，改变控制策略，终止相关控制功能，自适应学习控制，安全保护功能 二 1,汽油计算机控制的意义如何？ 通过对影响汽油及相关系能的因素是石油化控制，使汽油机在各种工况下的排放，油耗和功率等性能得到全面优化2,汽油机控制系统一般包含哪些子系统？ 进气控制系统，喷油控制系统，点火控制系统怠速控制系统，空燃比闭环控制系统，爆震控制系统。蒸发排放控制

无人驾驶汽车地传感器系统设计及技术展望

一、无人驾驶汽车传感器的研究背景和意义 无人驾驶汽车是人工智能的一个非常重要的验证平台，近些年成为国内外研究热点．无人驾驶汽车作为一种陆地轮式机器人，既与普通机器人有着很大的相似性，又存在着很大的不同．首先它作为汽车需保证乘员乘坐的舒适性和安全性，这就要求对其行驶方向和速度的控制更加严格；另外，它的体积较大，特别是在复杂拥挤的交通环境下，要想能够顺利行驶，对周围障碍物的动态信息获取就有着很高的要求。无人驾驶的研究目标是完全或部分取代驾驶员，是人工智能的一个非常重要的实现平台，同时也是如今前沿科技的重要发展方向。当前，无人驾驶技术具有重大的应用价值，生活和工程中，能够在一定程度上减轻驾驶行为的压力；在军事领域内，无人驾驶技术可以代替军人执行侦查、排雷、以及战场上危险环境中的任务；在科学研究的领域，无人驾驶技术可以实现外星球等极端环境下的勘探活动。无人驾驶车辆技术，又称智能车辆，即利用将无人驾驶的技术应用于车辆的控制中。 国外的无人驾驶车辆技术大多通过分析激光传感器数据进行动态障碍物的检测。代表有斯坦福大学的智能车“Junior”，利用激光传感器对跟踪目标的运动几何特征建模，然后用贝叶斯滤波器分别更新每个目标的状态；卡耐基?梅隆大学的“BOSS”智能车从激光传感器数据中提取障碍物特征，通过关联不同时刻的激光传感器数据对动态障碍物进行检测跟踪。牛津大学研制的无人车辆“WildCat”，不使用GPS，使用激光雷达和相机监控路面状况。我国相关技术开展较晚，国防科学技术大学研制的自主车“开路雄狮”，采用三维激光雷达Velodyne作为主要传感器，将Velodyne获取的相邻两激光数据作差，并在获得的差分图像上进行聚类操作，对聚类结果建立方盒模型。 无人驾驶车辆是一项融合了认知科学、人工智能、机器人技术与车辆工程等多学科的技术，涉及到电子电路，计算机视觉，自动控制，信号处理等多学科技术。无人驾驶汽车的出现从根本上改变了传统的“人——车——路”闭环控制方式，将无法用规则严格约束的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性，是汽车工业发展的革命性产物。 二、无人驾驶汽车的传感器系统整体设计 无人驾驶汽车的实现需要大量的科学技术支持，而其中最重要的就是大量的传感器定位。核心技术是包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制等各个模块。其中有几个关键的技术模块，包含精确GPS定位及导航、动态传感避障系统、机械视觉三个大部分，其他的如只能行为规划等不属于传感器范畴，

汽车计算机控制概论复习题Word版

第一章汽车计算机控制概论 1. 一般将汽车计算机控制系统分为哪几个集合？ 2. 汽车计算机控制系统的一般性功能结构如何构成？ 3. 控制单元的任务是什么？其功能结构如何？ 4. 传感器的作用是什么？一般如何构成？ 5. 执行器的作用是什么？一般如何构成？ 6. 汽车控制器区域网络如何构成？ 7. 什么是网络通信协议？包括哪些基本要素？ 8. 网络接口的作用如何？其功能结构如何？ 9.双绞线数据总线介质有何特点？ 10. CAN总线的数据帧由哪几部分构成？ 11. 何谓汽车计算机控制系统的自诊断和故障保护功能？ 12. OBD-Ⅱ规则体系对哪些方面进行了标准化规定？ 13. OBD-Ⅱ规定标准故障码应如何构成？ 14. 故障保护一般有哪些方式？ 第二章汽油机控制 1.汽油机计算机控制的意义如何？ 2. 汽油机控制系统一般包含哪些子系统？ 3. 目前常用的空气流量传感器有哪些？ 4. 节气门位置传感器有哪几种类型？ 5. 常用的转速和位置传感器有哪几种类型？ 6. 氧传感器有哪几种，其特点如何？ 7.汽油喷射根据喷油器数量和安装位置分为哪几种类型？ 8.汽油喷射系统中燃油压力调节器的作用如何？ 9.汽油喷射系统如何控制喷油器的喷油量？ 10. 汽油喷射的喷油定时控制有哪几种方式？各有何优缺点？ 11. 影响汽油喷射系统喷油量的因素有哪些？ 12. 何谓催化转化器窗口、气体传输时间、喷油脉宽控制因素？ 13. 无分电器配电有哪几种配电方式？ 14. 在双火花点火线圈配电方式中，由同一线圈供电的两个气缸应具有怎样的关系？ 15. 影响点火提前角因素有哪些？ 16. 汽油机起动时如何确定喷油量和点火提前角？ 17. 如何判定和消除爆震？ 18. 简述各种工况下的EGR控制策略。 19. 简述燃油蒸发排放控制策略。 20. 简述二次空气喷射控制策略。 21. 简述起动工况和怠速工况下的进气量控制策略。 22. 简述废气涡轮增压控制策略。 23. 如何诊断催化转化器的功效？ 24. 发动机缺火如何分类和诊断？ 25. 如何对氧传感器进行诊断？ 26. 如何对EGR系统进行诊断？

无人驾驶汽车转向系统控制

无人驾驶汽车转向系统控制 摘要 伴随现代科技发展，无人驾驶汽车成为了新的研究热点，引领着汽车产业的发展方向。为了保证汽车在道路上正常行驶，解决无人驾驶汽车的转向控制成为了关键性问题。而融合先进的电子技术、信息技术和控制技术的线控转向技术被越来越多的科技工作者所青睐。 本文对无人驾驶汽车转向系统控制进行了研究。本文首先对无人驾驶汽车自动转向控制的研究现状进行了分析介绍。然后根据汽车转向时驾驶员操纵方向盘的实际情况，设计了转向执行机构。根据电路原理设计控制器的电源电路、程序烧写电路、信号调理电路和电机驱动电路，并绘制电路图。在此基础上，考虑到实际实验条件限制，采用仿真实验方法。运用MATLAB中的SIMLINK建立电机模型。在电机控制选择上，为保证电机平稳运转，采用了PID闭环控制方法对电机进行控制。然后采用与CARSIM联合仿真的方法对转向系统进行了可行性实验。仿真实验结果证明，转向控制器可以有效控制仿真车进行转向。 关键词：无人驾驶汽车；线控转向；CARSIM和MATLAB联合仿真

Steering system control of unmanned vehicle Abstract With the development of modern science and technology, autonomous vehicle has become a new research hotspot, which can greatly improve the security of the transportation system. In order to ensure the normal running of the vehicle, the steering control of unmanned vehicles has become a key issue. And the integration of advanced electronic technology, information tech-nology and control technology of steer by wire technology is favored by more and more scien-tists and technicians. This paper researches the control system of unmanned vehicle steering system. This paper introduces the research status of automatic steering control for unmanned vehicles.According to the procedure of the power supply circuit, this paper designs controller programming circuit, signal conditioning circuit and motor drive circuit, and draw circuit diagram. On the basis of this, taking the actual experimental conditions into account, this paper chooses the simulation method. This paper uses MATLAB in SIMLINK to build motor model. In order to ensure the smooth op-eration of the motor, the PID closed loop control method is used to control the motor. Then this paper has focused on the method that combines with the CARSIM simulation of the steering controller for the feasibility of the experiment. The experimental results show that the steering controller can effectively control the steering of the simulation vehicle. Key words:Unmanned vehicle;SBW;CARSIM and MATLAB joint simulation

计算机控制在当代汽车中的重要应用

计算机控制在当代汽车中的重要应用 摘要随着经济和科技发展，汽车行业发展迅速，带动了国家经济的发展，科技水平对汽车行业的发展起着越来越重要的作用。因此，各种计算机控制技术在汽车上的应用也越来越多。汽车的发展目标是自动化和智能化，走绿色发展之路，为适应现代汽车工业迅猛发展及消费者的需求，汽车智能化至关重要，计算机控制技术的迅速发展为汽车技术的改善提供了条件，计算机控制技术将成为汽车工业未来发展的关键。 关键词计算机控制；技术应用；自动化；智能化；绿色发展 1 国内汽车发展现状 随着社会进步和科技发展，我国汽车行业发展迅速，国内汽车年产量和国民汽车保有量明显增加。据统计，如图1所示。 由图可知，中国汽车年产量从2000年至2013年一直呈上升趋势，2008到2013年的汽车年产量增加很明显。根据国家统计局数据显示，全国拥有民用汽车从1949年底仅5万余辆增长到1978年底135.84万辆，2008年汽车年产量为930.59，2009年汽车年产量为1379.53，2013年的汽车年产量为增加很明显。说明现在汽车行业得到了迅猛发展，国民对汽车的需求量急剧增长，国家的汽车产量也逐渐增加，对汽车的性能要求越来越高。 2 汽车计算机控制系统 2.1 汽车计算机控制系统的简介 汽车计算机控制是指汽车中借助微处理器实现的控制，是汽车、机电、计算机、控制、传感器、执行器、网络等方面理论与技术的高度结合，能将信息和能量传递、加工和比较，并根据信息改变控制系统的状态，达到预期的控制目标。按照系统的主要控制功能，可以将汽车中的计算机控制系统分为发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统等。汽车计算机控制系统一般由控制单元、传感单元、执行单元、动力单元、控制指令和连接网络组成[1]。 2.2 计算机控制系统的应用： 计算机控制系统在汽车领域的应用主要是在车身和汽车行业的应用[2]。 （1）计算机控制技术在车身上的应用： ①电控燃油喷射系统 电控燃油喷射系统是实现燃料完全燃烧的系统[3]，自动地保证发动机一直

无人驾驶汽车论文

无人驾驶汽车 院别：**学院专业：自动化 学号：******** 姓名：********* 摘要：无人驾驶汽车通过传感器装置和计算机来实现无人驾驶，这一技术正渐渐地在生活中的到应用，并在生活中发挥着巨大的作用，有着广泛的发展前景。 2009年11月，在国外某社交网站上的一段视频，引起广泛关注。视频的上传者本·蔡特林在美国旧金山和帕洛阿尔托之间的280号高速公路行驶时，发现旁边有一辆“怪异”的丰田普锐斯轿车，在它的车顶，装着一个类似于扰流板的装置，蔡特林最初以为这是用来测试风速的，其实这就是谷歌所研发的无人驾驶汽车系统，在当时，这还是一个秘密进行中的项目。 关键字：无人驾驶汽车，智能，传感器，导航，安全 一、无人驾驶汽车概念 什么是无人驾驶汽车？清华大学汽车系副研究员王建强将无人驾驶汽车定义为“通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车”。同时它也可以称之为轮式移动机器人，其核心在于位于其内的计算机系统。 二、无人驾驶汽车的原理 它是利用智能软件和车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，随即作出反应判断，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地

在道路上行驶。比如，车体多个部位装有激光感应器，用于确定车身与障碍物的距离；有效地避开障碍物。车载电脑可以经由后视镜附近的摄像头识别交通信号、交通标志并分析路况。无人驾驶车的运动控制包括感知、动作、行为3个部分。感知主要是通过车的“眼睛”认知周围环境，实现对环境的精确建模，如结构化环境中的车道线的检测、半结构环境中的边缘检测等；动作是指车的“大脑”在收到感知信息时作出的规划、控制与决策；而行为则是无人驾驶汽车在规划、控制与决策下产生的外在响应，体现了无人车的自主性能。无人驾驶车是集视觉计算、模式识别和控制等众多技术于一体、具有人工智能功能的汽车。它有车载麦克风、声波定位仪、红外线传感器、罗盘、激光扫描仪和微波雷达等多种传感器，这些装置相当于无人驾驶车辆的“眼耳”，用来感知车辆周围环境，并将感知所获得的道路、车辆位置、障碍物信息等，传输给无人驾驶车辆的“大脑”——安装在车辆内部的高性能计算机进行分析和计算，以控制车辆的转向和速度，从而使车辆在遵守交通规则的前提下能够安全、可靠地在道路上自主行驶。 当然，不同公司生产的无人驾驶汽车其原理都不太一样。 1法国的无人驾驶汽车原理：该 车使用类似于给巡航导弹制导的全球定位技术，通过触摸屏设定路线，通过全球定位系统引路，只不过给该汽车带路的全球定位系统要比普通的全球定位系统功能强大许多。普通GPS 系统的精度只能达到几米，而该汽车却装备了名为“实时运动GPS”的特殊GPS系统，其精良高达1厘米。这款无人驾驶汽车装有充当“眼睛”的激光传感器．能够避开前进道路上的障碍物，还装有双镜头的摄像头，来按照路标行驶 德国的无人驾驶汽车：车内安装的无人驾驶设备，包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。在行驶过程中，车内安装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位。隐藏在前灯和

计算机控制系统课程设计

《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日

《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日

1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=

（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=

计算机控制系统设计性实验 (1)

《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。

浅谈计算机控制系统在汽车行业的应用

浅谈计算机控制系统在汽车行业的应用关键词:计算机控制;汽车行业;汽车性能测试;汽车监控;汽车检测 摘要:一直以来汽车工业都是国家经济发展的支柱产业之一。随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，这就把汽车行业对科技水平需求提升到了一个新的高度。文章就计算机控制系统在汽车行业中的一些重点应用问题进行了综合论述。 我国入世以后汽车行业得到了迅猛发展，汽车已逐渐成为人们生产和生活中不可或缺的工具。目前，我国是全世界机动车保有量增长最快的国家（2007年末统计超过2300万辆）。这也就强烈的促进了汽车行业的发展。与此同时，现计算机控制技术已渗透到汽车的各个组成部分，汽车的结构变得越来越复杂，自动化程度也越来越高。不过对于汽车行业来说，从宏观角度来看计算机控制系统表现最为突出的是在：汽车出厂前的性能测试、汽车出厂后的监控及汽车检测三大方面。下面我们首先来看一下： 1．计算机控制系统在汽车性能测试方面的应用 由于电子技术的飞速发展，测试技术日新月异。应用先进、成熟的测试技术，是成功开发性能优良、经济实用的汽车性能测试系统的基本原则。在汽车性能的测试方面，最常见的计算机控制系统包括： 1.1 PLC控制系统 可编程序控制器PLC(Programmable Logic controller)控制系 统:PLC是重要的机电一体化产品，其主要功能是开关量控制。起初主要用于替继电器控制，目前已发展到具有模拟控制功能，因而应用范围也有所扩展，形成了以PLC为核心的控制系统模型。 1.2 面向对象控制系统 面向对象的控制系统是利用典型基础控制产品，针对特定应用对象进行系统设计和二次开发，二次开发的重点是系统结构、专用系统或部件以及应用软件的开发。这种系统由于其针对性强，因而能够做到系统紧凑、价格低廉，并能实现EIC（电控、仪控、计算机）一体化。 1.3 DCS控制系统 分布式控制系统DCS(Distributed control of system)，DCS是当今汽车过程工业自动化的主控系统，特点是控制分散、操作显示集中、系统具有很高的可靠性和很强的功能。 1.4 模块化控制系统

无人驾驶汽车的构造原理

无人驾驶汽车的构造原理 现代科技学院 机械设计制造及其自动化1003班 张建 2010614270311 内容摘要：无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主 要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它一般是利用车 载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物 信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术 于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡 量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具 有广阔的应用前景。 关键字：无人驾驶汽车技术原理 无人驾驶汽车的发展现状： 发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，目前在可行性和实 用性方面，美国和德国走在前列。美国是世界上研究无人驾驶车辆最早、水平 最高的国家之一。 无人驾驶技术在我国经过20多年的发展，虽然投入很少，但取得了很好的成绩。在人才方面，我国几个五年计划的国家预研项目和国家自然科学基金的 支持项目，培养了一大批从事无人驾驶技术的研究人才。随着国外在这项新技 术研发步伐的加快，我国也已启动了这项国家级的重大研究计划——“视听觉 信息的认知计算”项目。 无人驾驶汽车的技术原理： 车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础。目前常用的技术包括磁导航和 视觉导航等。其中，磁导航是目前最成熟可靠的方案，现大多数均采用这种导 航技术。例如，荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的ParkShuttle系统，上海交通大学的CyberC3系统等。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响，即使风沙或大雪埋没路面也一样有效，而且便于维护。另外，通过变换磁极朝进 行编码，可以向车辆传输道路特性信息，诸如位置、方向、曲率半径、下一个 道路出口位置等信息。但是，磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设 备(如磁钉或电线)，系统实施过程比较繁琐，且不易维护，变更运营线路需重 新埋设导航设备。视觉导航就不存在这个问题。视觉导航的优点是车载计算机 可以在试验样车偏离目标车道前，事先知道并预防其发生，同时当在高速公路 使用时不需要对现有的道路结构做变化，并且在混合交通中，也可使用；其缺 点为，当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白色标线不清晰时，

计算机控制系统课程设计

计算机控制系统课程设 计 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

课程设计报告学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:计算机控制系统

1 题目背景与意义 设计背景 在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。 设计意义 通过设计此测控装置，加深对控制系统的理解，达到活学活用的目的。理论结合实践，锻炼综合运用能力。 2 设计题目介绍

设计题目 设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA 设计要求 基本要求 设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。 1. 基本要求： 1) 充分理解题目要求，确定方案。 2) 合理选择器件型号。 3) 用1号图纸1张或者采用Protel软件画出电原理图。 4) 用1号图纸1张画出软件结构框图。 5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。 6) 每天写出工作日记。 2. 发挥部分： 1) 可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、

无人驾驶汽车的传感器系统设计及技术展望

一、无人驾驶汽车传感器的研究背景与意义 无人驾驶汽车就是人工智能的一个非常重要的验证平台,近些年成为国内外研究热点.无人驾驶汽车作为一种陆地轮式机器人,既与普通机器人有着很大的相似性,又存在着很大的不同.首先它作为汽车需保证乘员乘坐的舒适性与安全性,这就要求对其行驶方向与速度的控制更加严格;另外,它的体积较大,特别就是在复杂拥挤的交通环境下,要想能够顺利行驶,对周围障碍物的动态信息获取就有着很高的要求。无人驾驶的研究目标就是完全或部分取代驾驶员,就是人工智能的一个非常重要的实现平台,同时也就是如今前沿科技的重要发展方向。当前,无人驾驶技术具有重大的应用价值,生活与工程中,能够在一定程度上减轻驾驶行为的压力;在军事领域内,无人驾驶技术可以代替军人执行侦查、排雷、以及战场上危险环境中的任务;在科学研究的领域,无人驾驶技术可以实现外星球等极端环境下的勘探活动。无人驾驶车辆技术,又称智能车辆,即利用将无人驾驶的技术应用于车辆的控制中。 国外的无人驾驶车辆技术大多通过分析激光传感器数据进行动态障碍物的检测。代表有斯坦福大学的智能车“Junior”,利用激光传感器对跟踪目标的运动几何特征建模,然后用贝叶斯滤波器分别更新每个目标的状态;卡耐基?梅隆大学的“BOSS”智能车从激光传感器数据中提取障碍物特征,通过关联不同时刻的激光传感器数据对动态障碍物进行检测跟踪。牛津大学研制的无人车辆“WildCat”,不使用GPS,使用激光雷达与相机监控路面状况。我国相关技术开展较晚,国防科学技术大学研制的自主车“开路雄狮”,采用三维激光雷达Velodyne作为主要传感器,将Velodyne获取的相邻两激光数据作差,并在获得的差分图像上进行聚类操作,对聚类结果建立方盒模型。 无人驾驶车辆就是一项融合了认知科学、人工智能、机器人技术与车辆工程等多学科的技术,涉及到电子电路,计算机视觉,自动控制,信号处理等多学科技术。无人驾驶汽车的出现从根本上改变了传统的“人——车——路”闭环控制方式,将无法用规则严格约束的驾驶员从该闭环系统中请出去,从而大大提高了交通系统的效率与安全性,就是汽车工业发展的革命性产物。 二、无人驾驶汽车的传感器系统整体设计 无人驾驶汽车的实现需要大量的科学技术支持,而其中最重要的就就是大量的传感器定位。核心技术就是包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制等各个模块。其中有几个关键的技术模块,包含精确GPS定位及导航、动态传感避障系统、机械视觉三个大部分,其她的如只能行为规划等不属于传感器范畴,属

智能无人驾驶汽车计算机控制系统的研究

智能无人驾驶汽车计算机控制系统的研究 发表时间：2018-06-19T16:41:29.473Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：夏荣华 [导读] 摘要：近些年，车辆的无人驾驶概念热持续发酵，该技术旨在让智能机器帮助人们驾驶汽车，让人们能从驾驶中得到解放。 协鑫能源工程有限公司江苏南京 210062 摘要：近些年，车辆的无人驾驶概念热持续发酵，该技术旨在让智能机器帮助人们驾驶汽车，让人们能从驾驶中得到解放。本文从解决无人驾驶中的车辆避碰方向入手，以Freescale 16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，用CCD摄像头传感器作为信息采集装置，设计开发一款电动无人驾驶自动避碰智能车，并对该技术方法进行一定的应用展望。 关键词：无人驾驶；智能避碰；MC9S12XS128；CCD? 无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。无人驾驶中的自动避碰技术是车辆行驶安全的重要保障。探测障碍物是实现车辆避碰的前提，方法多种多样，如超声波，红外线，视频采集等。 Dur等人设计了基于光流法的障碍检测算法以及避障算法，分析了光流法的应用优势，并通过光流法获取的环境数据训练人工神经网络，实现了障碍物检测及避障[1]。Seraji等人提出多推理系统决策与多传感器融合算法，该算法叠加了雷达、激光雷达和CCD相机所获得的地面信息，根据传感器信息做出决策，通过分层融合选择算法形成最终决策，实现对障碍物的检测。 本文设计开发的自动避碰智能车采用1：10标准跑车底盘车模，以 Freescale 16 位单片机MC9S12xs128 为核心控制器，对智能车行驶中的道路信息采样、电动动力系统参数、转向控制装置和有关机械机构进行设计开发，完成智能车对障碍避让的快捷响应。 1 自动避碰硬件设计 近年来，互联网技术的迅速发展给汽车制造工业带来了革命性变化的机会。与此同时，汽车智能化技术正逐步得到广泛应用，这项技术简化了汽车的驾驶操作并提高了行驶安全性。而其中最典型也是最热门的未来应用就是无人驾驶汽车[1]。 无人驾驶汽车，是可以通过计算机系统设置进而实现无人驾驶的新型智能化汽车[2]。无人驾驶汽车是人工智能技术、雷达、数学计算、监控设备与北斗导航系统协作实现的，它受计算机系统的控制，实现无人驾驶。目前，无人驾驶技术还停留在研发和实验中，尚未被批准用作商业用途和用作私家车[3]。 据有关数据显示，在意外事故中，以车祸占首位，占意外死亡总数的50%以上。仅以汽车交通事故为例，全世界因交通事故而死亡的人数已超过3000万人，多于世界大战死亡人数。基于高科技研究的无人驾驶汽车，无论在其安全性还是可靠性方面，都极具发展潜力。因此，无人驾驶汽车的研究与发展是降低车祸发生率、保障人民生命安全的重要任务[4]。? 1.1 设计理论? 无人驾驶智能车避碰设计的核心是遇到障碍时如何避让和自动寻迹，实现车辆的稳定行驶。获取有效、可靠的路况信息以及实施合理的车辆控制策略，是车辆开发的关键，现有的道路信息获取方式有光电（激光）传感器、摄像头传感器（CCD）、电磁传感器等。 通过摄像头传感器对道路信息进行检测，可从外部环境中提取较多的有效信息，具有良好的前瞻性，并且通过图像处理与记录算法的协助，可为控制策略提供更多有利条件。 控制策略主要包括转向控制和速度控制，此处采用增量式PID算法并结合智能车控制的实际情况做了一些变动，将计算结果赋给控制舵机的PWMDTY，准确的控制舵机的转角。保证车辆对障碍的反应灵敏度及作出相应措施的操纵性。 1.2 总体设计? 基于Freescale智能车制作思想，该智能车主要由车辆本体、单片机控制器、驱动电机、舵机、转速反馈装置、CCD视频采集装置、调试模块等组成。主要设计工作有动力装置参数确定、转向机构设计、前轮定位参数确定、整车电气系统参数确定。 要使智能车模型的综合性能提高，首先要对底盘各总成元件布置进行合理安排。转向器、电池、摄像头、电路板和电机是智能车模型上主要的部件，其重量占了智能车整备质量的一大半，因此，对转向器、电池、摄像头、电路板和电机位置的合理安排决定了智能车的重心位置的合理性。 1.3 部件设计? 智能车选用飞思卡尔MC9S12XS128微控制器作为控制主件[4]。S12XS 16 位微控制器对一系列成本敏感型汽车车身电子应用进行了优化。S12X 产品满足了用户对设计灵活性和平台兼容性的需求，并在一系列汽车电子平台上实现了可升级性、硬件和软件可重用性、以及兼容性。 驱动电机采用直流伺服电机，在此选用的是RS-380SH型号的伺服电机，直流伺服电机具有优良的速度控制性能，它输出较大的转矩，直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。 转向舵机是一种位置伺服驱动器，转动范围不能超过180度，适用于需要角度不断变化并保持的控制系统。舵机内部有一个基准电路，产生周期为20MS，宽度1.5MS的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号进行比较，判断出方向和大小，从而生产电机的转动信号。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。 视频采集装置采用模拟摄像头，分辨率为356*292。 2 自动避碰软件设计? 软件设计开发基于Codewarrior平台，采用C++编程。 调试模块中采用了软件开发平台Codewarrior IDE自带的Hiwave.exe调试程序和自行开发的Labview调试程序作为主要调试手段，此外还用数据采集卡和数码管显示等辅助调试手段。 3 主要性能参数? 3.1 动力性参数? 动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。智能车模选用的驱动电机是型号为RS-380SH，其驱动特性如表1所示。主减速器传动比是电机齿轮与差速器齿轮的传动比，值为76/18=4.2。通过设计计算，本车的动力性指标如表2所示。 3.2 避碰性能参数? 根据汽车理论中的汽车操纵性能评价方法[5]，汽车在紧急情况下的转向要求，本车的设计开发思路是当车辆遇到障碍时是先制动减

智能无人驾驶汽车计算机控制系统

智能无人驾驶汽车计算机控制系统 一、智能无人驾驶汽车计算机控制系统简介 1、智能无人驾驶简介 智能无人驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性系统的控制过程。驾驶员既要接受环境如通路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧性偏移、横摆角速度等的信息，然后经过判断分析和决策，并与自己的驾驶经验相比较，确定出应该做的操纵动作，最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况，很容易造成交通事故。 二、系统的控制要求 （1）系统中心控制部件（单片机）可靠性高，抗干扰能力强，工作频率最高可达到25MHz，能保障系统的实时性。 （2）系统在软硬件方面均应采用抗干扰技术，包括光电隔离技术、电磁兼容性分析、数字滤波技术等。 （3）系统具有电源实时监控、欠压状态自动断电功能。 （4）系统具有故障自诊断功能。 （5）系统具有良好的人性化显示模块，可以将系统当前状态的重要参数（如智能车速度、电源电压）显示在LCD上。 （6）系统中汽车驱动力为500N时，汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度。 一、系统总体方案设计 1、系统总体结构 整个系统主要由车模、模型车控制系统及辅助开发系统构成。 智能车系统的功能模块主要包括：控制核心模块、电源管理模块、路径识别模块、后轮

电机驱动模块、转向舵机控制模块、速度检测模块、电池监控模块、小车故障诊断模块、LCD 数据显示模块及调试辅助模块。每个模块都包括硬件和软件两部分。硬件为系统工作提供硬件实体，软件为系统提供各种算法。