專利名稱：：一種智能車輛的自動駕駛裝置及控制方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于智能車輛的
技術領域：
，具體涉及一種智能車輛的自動駕駛裝置及控制方法。
背景技術：
：智能車輛是驗證機器感知與認知理論、方法與技術的最佳平臺之一。智能車輛不僅在軍事、探險和救援等危險、惡劣環(huán)境下具有廣闊的應用前景，同時智能車輛所涉及到的各種汽車傳感器、環(huán)境感知系統(tǒng)、行駛安全預警與輔助駕駛智能決策等關鍵技術對于提高人工駕駛汽車的智能化程度和行駛安全性具有重要意義。因此，世界主要發(fā)達國家將智能車輛作為展示人工智能技術水平、引領車輛工業(yè)未來的重要平臺，紛紛開展智能車輛的研究。在智能車輛的發(fā)展過程中，底層自動駕駛裝置的性能始終是影響車輛智能控制能力的關鍵因素之一。自動駕駛裝置能夠接收上層控制系統(tǒng)的指令，并控制車輛的轉向、速度與檔位等運動特性。自動駕駛裝置作為所有運動動作的最終執(zhí)行者，其執(zhí)行效果直接影響智能車輛能否準確且實時地完成上層系統(tǒng)的控制指令，是整個智能車輛感知、規(guī)劃、推理以及決策等智能能力的基礎，是智能車輛的核心系統(tǒng)之一。然而，目前對于智能車輛的自動駕駛裝置尚無完善的方案。檢索現(xiàn)有的技術文獻，中國專利申請?zhí)枮?01110261026.8，名稱:一種用于車輛道路試驗的自動駕駛機器人，該專利可實現(xiàn)車輛的自動駕駛，但是，自動駕駛機器人占用了駕駛空間，自動駕駛和人工駕駛兩種模式的切換不方便，主要用于車輛的道路試驗；中國專利申請?zhí)枮?01010104800.X，公開日:2011年7月27日，名稱:一種無人駕駛車輛轉向裝置及其控制方法，該專利能實現(xiàn)智能車輛的自動轉向，但是對原車機械結構進行了較多的改造，容易對原車性能產(chǎn)生影響，且只能用于有限的車型；美國專利號:US7628239B1，名稱:AdaptableRemoteControlDriving，主要應用于對自動駕駛車輛的改裝，但是其價格昂貴并且轉向裝置的位置控制精度不高，傳動不平穩(wěn)等。
發(fā)明內容為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，達到具有通用性強、自動控制精度高、響應速度快、人工駕駛模式和自動駕駛模式切換方便、對原車的機械改造少、易于裝拆并不影響原車駕駛性能的效果，本發(fā)明提供一種智能車輛自動駕駛裝置及控制方法。本發(fā)明一種智能車輛的自動駕駛裝置包括自動駕駛執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)。所述自動駕駛執(zhí)行機構包括轉向執(zhí)行機構、制動執(zhí)行機構、油門執(zhí)行機構和檔位執(zhí)行機構；所述轉向執(zhí)行機構包括直流伺服電機2，直流伺服電機2的輸出端連接著行星齒輪減速器3，行星齒輪減速器3的輸出端連接著小帶輪軸4的一端，小帶輪軸4的另一端上依次連接著干式電磁離合器5和小帶輪6;與小帶輪軸4平行設有大帶輪軸9，大帶輪軸9的一端上設在大帶輪8，大帶輪軸9的另一端為連接盤，連接盤上均布連接著三根方向盤夾桿10，每根方向盤夾桿10的外端為倒U形開口端，U形的夾塊與倒U形開口端配合連接，使用時，所述夾塊和方向盤夾桿10的倒U形開口端配合卡扣在方向盤的環(huán)桿上；大帶輪8和小帶輪6上跨設著同步帶7;所述直流伺服電機2上設有轉向編碼器I;所述制動執(zhí)行機構包括依次連接的制動直流伺服電機23和制動滾珠絲杠26，制動直流伺服電機23上設有制動編碼器20；所述油門執(zhí)行機構包括依次連接著油門直流伺服電機24和油門滾珠絲杠27，油門直流伺服電機24上設有油門編碼器21；所述檔位執(zhí)行機構包括依次連接著檔位直流伺服電機25和檔位滾珠絲杠28，檔位直流伺服電機25上設有檔位編碼器22；所述控制系統(tǒng)包括解碼器38、串行通信單元39、單片機37、CAN接口43、數(shù)據(jù)存儲單元42、復位電路41和電源轉化單元40;控制單元15通過輪速傳感器和GPS分別輸入當前的車速和車輛位置信息，解碼器38與輪速傳感器連接，串行通信單元39與GPS連接，Can接口43分別與轉向驅動單元16、制動驅動單元17，油門驅動單元18和檔位驅動單元19連接；復位電路41實現(xiàn)軟硬件兩種模式的復位；電源轉化單元40給單片機37和其他單元供電；控制單元15根據(jù)車速信息和車輛位置信息，以及數(shù)據(jù)存儲單元42中的軌跡信息，實時解算出轉向、制動、油門、檔位的輸出量，通過轉向驅動單元16、制動驅動單元17,油門驅動單元18和檔位驅動單元19分別控制轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25，實現(xiàn)車輛的自動駕駛。所述控制系統(tǒng)的單片機37的型號為MCS12XDP512MAL;其中引腳46和引腳47是外部時鐘輸入端，采用并聯(lián)連接方式，電容C18、C19為負載電容，電阻R7是為了保證晶振起振；引腳83是AD轉換器供電端，引腳107是I/O驅動器供電端，引腳41是內部電壓調節(jié)器供電端，均采用+5V電源供電；引腳43是鎖相環(huán)供電端，引腳13和引腳65是內部電源供電端，均采用內部電壓供電；引腳85和引腳84是AD轉換器參考電壓端，電阻R28和R29為下拉電阻；引腳97是內部電壓調整器使能端，通過上拉電阻Rl可開啟內部電壓調整器；引腳38、引腳37、引腳23和引腳36可以設置MCS12XDP512MAL的工作模式，電阻R2、R3、R4為下拉電阻。所述控制系統(tǒng)的解碼器38的型號為HCTL2020，一共有20個引腳，引腳1，引腳11，引腳12，引腳13，引腳14，引腳17，引腳18，引腳19是八位數(shù)據(jù)輸出端，分別連接單片機37的引腳24，引腳31，引腳30，引腳29，引腳28，引腳27，引腳26，引腳25;引腳2是外部時鐘信號輸入端，連接單片機37的引腳3;引腳3是高低八位數(shù)據(jù)選擇輸入端，連接單片機37的引腳8;引腳4是使能輸入端，連接單片機37的引腳7;引腳5是內部計數(shù)器狀態(tài)控制輸入端，懸空不連接；引腳6是未定義端，懸空不連接；引腳7是復位輸入端，連接單片機37的引腳6;引腳8是脈沖信號輸入端B,連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳I和引腳3;引腳9是脈沖信號輸入端A，連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳2和引腳4;引腳10是接地端，連接電源地；引腳15和引腳16是內部計數(shù)器狀態(tài)標志輸出端，懸空不連接；引腳20是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C37是濾波電容；解碼器38的作用是對輪速傳感器產(chǎn)生的雙路脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)結果以八位并行數(shù)據(jù)形式發(fā)送給單片機37。所述控制系統(tǒng)的串行通信單元39包括電平轉換芯片U5，電平轉換芯片U5的型號MAX232，一共有16個引腳，引腳I和引腳2是+5V電壓轉+IOV電壓電荷泵輸入端，連接電容C25;引腳2是+IOV電壓輸出端，連接電容C27后接+5V電源；引腳4和引腳5是+IOV電壓轉-1OV電壓電荷泵輸入端，連接電容C26;引腳6是-1OV電壓輸出端，連接電容C28后接電源地；引腳7是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIl接口的引腳4;引腳8是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIl接口的引腳3;引腳9是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機37的引腳91;引腳10是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機37的引腳92;引腳11是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機37的引腳90;引腳12是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機37的引腳89;引腳13是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIO接口的引腳3;引腳14是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIO接口的引腳4;引腳15是接地端，連接電源地；引腳16是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C24是濾波電容；串行通信單元(39)的作用是完成RS232電平和TTL電平的相互轉換，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信。所述控制系統(tǒng)的電源轉化單元40包括第一直流電壓轉換芯片U2和第二直流電壓轉換芯片U3;第一直流電壓轉換芯片U2的型號LM2940CS，一共有4個引腳，U2的引腳I是電源電壓輸入端，連接保險絲Fl后接POWER接口的引腳2，C21是電源電壓輸入端的濾波電容；U2的引腳2是接地端，連接電源地；U2的引腳3是+5V電源電壓輸出端，C22和C23是電源電壓輸出端的濾波電容；U2的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；第二直流電壓轉換芯片U3的型號LM1117，一共有4個引腳，U3的引腳I是接地端，連接電源地；U3的引腳2是+3.3V電源電壓輸出端，連接限流電阻R42，C40和C41是電源電壓輸出端的濾波電容;U3的引腳3是電源電壓輸入端，連接+5V電源電壓，C39是電源電壓輸入端的濾波電容;U3的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；電源轉化單元40的作用是將輸入的+6V-24V直流電源轉換成單片機和其它單元所需要的電源電壓。所述控制系統(tǒng)的復位電路41包括背景調試接口BDM，BDM的引腳I和引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是單片機37工作模式輸出端，通過電阻RlO連接單片機37的引腳23;引腳4是復位輸出端，通過連接電阻R8和R9實現(xiàn)單片機37的軟件復位；引腳5和引腳6是供電輸入端，連接+5V電源電壓；R11是上拉電阻，C20是濾波電容，PBl是復位按鍵，實現(xiàn)單片機37的硬件復位；復位電路41的作用是實現(xiàn)單片機37的軟硬件復位以及背景調試。所述控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲單元42包括FLASH數(shù)據(jù)存儲接口U4，一共有12個引腳，引腳I是片選輸入端，連接單片機37的引腳96;引腳2是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機37的引腳94;引腳3、引腳6和引腳IO是接地端，連接電源地；引腳4是供電輸入端，連接+3.3V電源電壓；引腳5是外部時鐘信號輸入端，連接單片機37的引腳95;引腳7是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機37的引腳93;引腳8是數(shù)據(jù)端1，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；弓丨腳9是數(shù)據(jù)端2，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；引腳11是固定焊盤，沒有電氣特性，可以連接電源地；引腳12是數(shù)據(jù)寫保護端，連接電源地；R30、R31、R32、R33為上拉電阻，C38為濾波電容；數(shù)據(jù)存儲單元42采用SPI工作模式，作用是存儲數(shù)據(jù)。所述控制系統(tǒng)的Can接口43設有兩路Can通信模塊，CanO總線用于上位機通信，Can4總線用于輸出執(zhí)行電路的通信；作用是實現(xiàn)與其它設備的Can總線通信；U6是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，引腳I是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳104;引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳105;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R14、R15;弓丨腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳2和引腳4;引腳8是工作模式輸入端，連接電阻R13接地后實現(xiàn)正常工作模式；C29，C30是濾波電容。U7也是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，其連接方式與U6相同，引腳I是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳98;引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳99;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R17、R18;引腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳2和引腳4;引腳8是工作模式輸入端，連接電阻R16接地后實現(xiàn)正常工作模式；C31，C32是濾波電容。一種智能車輛自動駕駛裝置控制方法的具體操作步驟如下:步驟100.首先進行軟硬件初始化；步驟110.接受上位機發(fā)送的功能模式指令，上位機是指令輸出端，是普通計算機，屬于外接設備；步驟120.根據(jù)上位機發(fā)送的功能模式指令，電磁離合器執(zhí)行相應的動作，若上位機發(fā)送的是人工駕駛模式指令，則干式電磁離合器5，斷電分離；若上位機發(fā)送的是自動駕駛模式指令，則干式電磁離合器5通電吸合；步驟130.若干式電磁離合器5斷電分離，車輛處于人工駕駛模式，不具備自動駕駛功倉泛;步驟140.若干式電磁離合器5通電吸合，車輛處于自動駕駛模式；步驟150.通過串行通信單元39接受GPS發(fā)送的車輛位置的信息，GPS為外接設備；步驟160.單片機37接受GPS發(fā)送的車輛位置信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，單片機37產(chǎn)生車輛期望的控制指令；步驟170.單片機37輸出的控制指令通過Can接口43分別送至轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19；步驟180.轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19通過Can接口43接受單片機37的控制指令,并向轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25發(fā)送相應的控制指令；步驟190.轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25分別接受轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19所發(fā)送的控制指令，并執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)了車輛的自動駕駛。與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:1、本發(fā)明采用模塊化設計，主要包括轉向模塊、制動模塊、油門模塊、檔位模塊等4個執(zhí)行模塊及其對應的控制模塊，裝拆方便，便于維護，成本低；2、轉向模塊采用同步帶傳動方式通過方向盤上夾具和方向盤下夾具直接加裝于方向盤上，對原車改動小，不影響原車駕駛性能，適用于具有不同方向盤尺寸的各種車型，通過電磁離合器方便的進行自動駕駛和人工駕駛兩種模式的切換；3、制動模塊、油門模塊和檔位模塊采用直流伺服電機帶動滾珠絲杠進而拉動軟軸的方法，來實現(xiàn)控制制動、油門和檔位的狀態(tài)，其主要部分集成在控制箱中，不影響人工駕駛；4、使用CAN總線將4個執(zhí)行模塊進行連接，實現(xiàn)了軌跡跟蹤和直接控制兩種模式的自動駕駛，并且其自動控制精度高、響應速度快。圖1為本發(fā)明的自動駕駛裝置原理圖。圖2為本發(fā)明的自動駕駛裝置中的轉向模塊立體圖。圖3為本發(fā)明的自動駕駛裝置中的轉向模塊剖視圖。圖4為本發(fā)明的自動駕駛裝置中的控制箱立體圖。圖5為本發(fā)明的自動駕駛裝置中的控制模塊框圖。圖6為本發(fā)明的單片機電路圖。圖7為本發(fā)明的解碼器電路圖。圖8為本發(fā)明的串行通信單元電路圖。圖9為本發(fā)明的電源轉化單元電路圖。圖10為本發(fā)明的復位電路圖。圖11為本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲單元電路圖。圖12為本發(fā)明的Can接口電路圖。圖13為本發(fā)明的自動駕駛裝置控制方法流程圖。上圖中序號:1轉向編碼器，2轉向直流伺服電機，3行星齒輪減速器，4小帶輪軸，5干式電磁離合器,6小帶輪,7同步帶,8大帶輪,9大帶輪軸，10方向盤上夾具，11方向盤，12方向盤下夾具，13控制箱，14電源，15自動駕駛裝置控制單元，16轉向驅動單元，17制動驅動單元，18油門驅動單元，19檔位驅動單元，20制動編碼器，21油門編碼器，22檔位編碼器，23制動直流伺服電機，24油門直流伺服電機，25檔位直流伺服電機，26制動滾珠絲杠，27油門滾珠絲杠28檔位滾珠絲杠，29制動軟軸，30油門軟軸，31檔位軟軸，32控制模塊，33控制箱，34制動踏板，35油門踏板，36換擋手柄，37單片機，38解碼器，39串行通信單元，40電源轉化單元，41復位電路，42數(shù)據(jù)存儲單元，43Can接口。具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。參見圖1，一種智能車輛的自動駕駛裝置包括自動駕駛執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)。參見圖2和圖3，自動駕駛執(zhí)行機構包括轉向執(zhí)行機構、制動執(zhí)行機構、油門執(zhí)行機構和檔位執(zhí)行機構。由圖2可見，轉向執(zhí)行機構包括直流伺服電機2，直流伺服電機2的輸出端連接著行星齒輪減速器3，行星齒輪減速器3的輸出端連接著小帶輪軸4的一端，小帶輪軸4的另一端上依次連接著干式電磁離合器5和小帶輪6;與小帶輪軸4平行設有大帶輪軸9，大帶輪軸9的一端上設在大帶輪8，大帶輪軸9的另一端為連接盤，連接盤上均布連接著三根方向盤夾桿10,每根方向盤夾桿10的外端為倒U形開口端，U形的夾塊與倒U形開口端配合連接，使用時，所述夾塊和方向盤夾桿10的倒U形開口端配合卡扣在方向盤的環(huán)桿上；大帶輪8和小帶輪6上跨設著同步帶7;直流伺服電機2上安裝有轉向編碼器I。參見圖4，制動執(zhí)行機構包括依次連接的制動直流伺服電機23和制動滾珠絲杠26，制動直流伺服電機23上安裝有制動編碼器20;油門執(zhí)行機構包括依次連接著油門直流伺服電機24和油門滾珠絲杠27，油門直流伺服電機24上安裝有油門編碼器21;所述檔位執(zhí)行機構包括依次連接著檔位直流伺服電機25和檔位滾珠絲杠28，檔位直流伺服電機25上安裝有檔位編碼器22;制動滾珠絲杠26與車輛上的制動軟軸29連接，油門滾珠絲杠27與車輛上的油門軟軸30連接，檔位滾珠絲杠28與車輛上的檔位軟軸31連接。參見圖5，控制系統(tǒng)包括解碼器38、串行通信單元39、單片機37、CAN接口43、數(shù)據(jù)存儲單元42、復位電路41和電源轉化單元40;控制單元15通過輪速傳感器和GPS分別輸入當前的車速和車輛位置信息，解碼器38與輪速傳感器連接，串行通信單元39與GPS連接，Can接口43分別與轉向驅動單元16、制動驅動單元17，油門驅動單元18和檔位驅動單元19連接；復位電路41實現(xiàn)軟硬件兩種模式的復位；電源轉化單元40給單片機37和其他單元供電；控制單元15根據(jù)車速信息和車輛位置信息，以及數(shù)據(jù)存儲單元42中的軌跡信息，實時解算出轉向、制動、油門、檔位的輸出量，通過轉向驅動單元16、制動驅動單元17,油門驅動單元18和檔位驅動單元19分別控制轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25，實現(xiàn)車輛的自動駕駛?？刂葡到y(tǒng)的具體結構如下:參見圖6，單片機37型號為MCS12XDP512MAL;其中引腳46和引腳47是外部時鐘輸入端，采用并聯(lián)連接方式，電容C18、C19為負載電容，電阻R7是為了保證晶振起振；引腳83是AD轉換器供電端，引腳107是I/O驅動器供電端，引腳41是內部電壓調節(jié)器供電端，均采用+5V電源供電；引腳43是鎖相環(huán)供電端，引腳13和引腳65是內部電源供電端，均采用內部電壓供電；引腳85和引腳84是AD轉換器參考電壓端，電阻R28和R29為下拉電阻；引腳97是內部電壓調整器使能端，通過上拉電阻Rl可開啟內部電壓調整器；引腳38、引腳37、引腳23和引腳36可以設置MCS12XDP512MAL的工作模式，電阻R2、R3、R4為下拉電阻。參見圖7，解碼器38型號為HCTL2020,一共有20個引腳，引腳1，引腳11，引腳12，引腳13，引腳14，引腳17，引腳18，引腳19是八位數(shù)據(jù)輸出端，分別連接單片機37的引腳24，引腳31，引腳30，引腳29，引腳28，引腳27，引腳26，引腳25;引腳2是外部時鐘信號輸入端，連接單片機37的引腳3;引腳3是高低八位數(shù)據(jù)選擇輸入端，連接單片機37的引腳8;引腳4是使能輸入端，連接單片機37的引腳7;引腳5是內部計數(shù)器狀態(tài)控制輸入端，懸空不連接；引腳6是未定義端，懸空不連接；引腳7是復位輸入端，連接單片機37的引腳6;引腳8是脈沖信號輸入端B，連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳I和引腳3;引腳9是脈沖信號輸入端A，連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳2和引腳4;引腳10是接地端，連接電源地；引腳15和引腳16是內部計數(shù)器狀態(tài)標志輸出端，懸空不連接；引腳20是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C37是濾波電容；解碼器38的作用是對輪速傳感器產(chǎn)生的雙路脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)結果以八位并行數(shù)據(jù)形式發(fā)送給單片機37。參見圖8，串行通信單元39包括電平轉換芯片U5，電平轉換芯片U5的型號MAX232，一共有16個引腳，引腳I和引腳2是+5V電壓轉+IOV電壓電荷泵輸入端，連接電容C25;引腳2是+IOV電壓輸出端，連接電容C27后接+5V電源；引腳4和引腳5是+IOV電壓轉-1OV電壓電荷泵輸入端，連接電容C26;引腳6是-1OV電壓輸出端，連接電容C28后接電源地；引腳7是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIl接口的引腳4;引腳8是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIl接口的引腳3;引腳9是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機37，的引腳91;引腳10是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機37的引腳92;引腳11是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機37，的引腳90;引腳12是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機37，的引腳89;引腳13是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIO接口的引腳3;引腳14是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIO接口的引腳4;引腳15是接地端，連接電源地；引腳16是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C24是濾波電容；串行通信單元39的作用是完成RS232電平和TTL電平的相互轉換，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信。參見圖9，電源轉化單元40包括第一直流電壓轉換芯片U2和第二直流電壓轉換芯片U3;第一直流電壓轉換芯片U2的型號LM2940CS，一共有4個引腳，U2的引腳I是電源電壓輸入端，連接保險絲Fl后接POWER接口的引腳2，C21是電源電壓輸入端的濾波電容；U2的引腳2是接地端，連接電源地；U2的引腳3是+5V電源電壓輸出端，C22和C23是電源電壓輸出端的濾波電容；U2的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；第二直流電壓轉換芯片U3的型號LMl117，一共有4個引腳，U3的引腳I是接地端，連接電源地；U3的引腳2是+3.3V電源電壓輸出端，連接限流電阻R42，C40和C41是電源電壓輸出端的濾波電容;U3的引腳3是電源電壓輸入端，連接+5V電源電壓，C39是電源電壓輸入端的濾波電容；U3的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；電源轉化單元40的作用是將輸入的+6V-24V直流電源轉換成單片機和其它單元所需要的電源電壓。參見圖10，控制系統(tǒng)的復位電路41包括背景調試接口BDM，BDM的引腳I和引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是單片機37工作模式輸出端，通過電阻RlO連接單片機37的引腳23;引腳4是復位輸出端，通過連接電阻R8和R9實現(xiàn)單片機37的軟件復位；引腳5和引腳6是供電輸入端，連接+5V電源電壓；R11是上拉電阻，C20是濾波電容，PBl是復位按鍵，實現(xiàn)單片機37的硬件復位；復位電路41的作用是實現(xiàn)單片機37的軟硬件復位以及背景調試。參見圖11，數(shù)據(jù)存儲單元42包括FLASH數(shù)據(jù)存儲接口U4，一共有12個引腳，引腳I是片選輸入端，連接單片機37的引腳96;引腳2是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機37的引腳94;引腳3、引腳6和引腳10是接地端，連接電源地；引腳4是供電輸入端，連接+3.3V電源電壓；引腳5是外部時鐘信號輸入端，連接單片機37的引腳95;引腳7是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機37的引腳93;引腳8是數(shù)據(jù)端1，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；引腳9是數(shù)據(jù)端2，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；引腳11是固定焊盤，沒有電氣特性，可以連接電源地；引腳12是數(shù)據(jù)寫保護端，連接電源地；R30、R31、R32、R33為上拉電阻，C38為濾波電容；數(shù)據(jù)存儲單元42采用SPI工作模式，作用是存儲數(shù)據(jù)。參見圖12，Can接口43設有兩路Can通信模塊，CanO總線用于上位機通信，Can4總線用于輸出執(zhí)行電路的通信；作用是實現(xiàn)與其它設備的Can總線通信；U6是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，引腳I是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳104；引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳105;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R14、R15;引腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳2和引腳4;引腳8是工作模式輸入端，連接電阻Rl3接地后實現(xiàn)正常工作模式；C29，C30是濾波電容。U7也是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，其連接方式與U6相同，引腳I是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳98;引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳99;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R17、R18;引腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳2和引腳4;引腳8是工作模式輸入端，連接電阻Rl6接地后實現(xiàn)正常工作模式；C31，C32是濾波電容。參見圖13，智能車輛自動駕駛裝置控制方法的具體操作步驟如下:步驟100.首先進行軟硬件初始化；步驟110.接受上位機發(fā)送的功能模式指令，上位機是指令輸出端，是普通計算機，屬于外接設備；步驟120.根據(jù)上位機發(fā)送的功能模式指令，電磁離合器執(zhí)行相應的動作，若上位機發(fā)送的是人工駕駛模式指令，則干式電磁離合器5，斷電分離；若上位機發(fā)送的是自動駕駛模式指令，則干式電磁離合器5通電吸合；步驟130.若干式電磁離合器5斷電分離，車輛處于人工駕駛模式，不具備自動駕駛功倉泛;步驟140.若干式電磁離合器5通電吸合，車輛處于自動駕駛模式；步驟150.通過串行通信單元39接受GPS發(fā)送的車輛位置的信息，GPS為外接設備；步驟160.單片機37接受GPS發(fā)送的車輛位置信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，單片機37產(chǎn)生車輛期望的控制指令；步驟170.單片機37輸出的控制指令通過Can接口43分別送至轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19；步驟180.轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19通過Can接口43接受單片機37的控制指令,并向轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25發(fā)送相應的控制指令；步驟190.轉向直流伺服電機2、制動直流伺服電機23、油門直流伺服電機24和檔位直流伺服電機25分別接受轉向驅動單元16、制動驅動單元17、油門驅動單元18和檔位驅動單元19所發(fā)送的控制指令，并執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)了車輛的自動駕駛。權利要求1.一種智能車輛的自動駕駛裝置，其特征在于:包括自動駕駛執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)；所述自動駕駛執(zhí)行機構包括轉向執(zhí)行機構、制動執(zhí)行機構、油門執(zhí)行機構和檔位執(zhí)行機構；所述轉向執(zhí)行機構包括直流伺服電機(2)，直流伺服電機(2)的輸出端連接著行星齒輪減速器(3)，行星齒輪減速器(3)的輸出端連接著小帶輪軸(4)的一端，小帶輪軸(4)的另一端上依次連接著干式電磁離合器(5)和小帶輪(6);與小帶輪軸(4)平行設有大帶輪軸(9)，大帶輪軸(9)的一端上設在大帶輪(8)，大帶輪軸(9)的另一端為連接盤，連接盤上均布連接著三根方向盤夾桿(10),每根方向盤夾桿(10)的外端為倒U形開口端,U形的夾塊與倒U形開口端配合連接，使用時，所述夾塊和方向盤夾桿(10)的倒U形開口端配合卡扣在方向盤的環(huán)桿上；大帶輪(8)和小帶輪(6)上跨設著同步帶(7);所述直流伺服電機(2)上設有轉向編碼器(I);所述制動執(zhí)行機構包括依次連接的制動直流伺服電機(23)和制動滾珠絲杠(26)，制動直流伺服電機(23)上設有制動編碼器(20)；所述油門執(zhí)行機構包括依次連接著油門直流伺服電機(24)和油門滾珠絲杠(27)，油門直流伺服電機(24)上設有油門編碼器(21)；所述檔位執(zhí)行機構包括依次連接著檔位直流伺服電機(25)和檔位滾珠絲杠(28)，檔位直流伺服電機(25)上設有檔位編碼器(22)；所述控制系統(tǒng)包括解碼器(38)、串行通信單元(39)、單片機(37)、CAN接口(43)、數(shù)據(jù)存儲單元(42)、復位電路(41)和電源轉化單元(40);控制單元15通過輪速傳感器和GPS分別輸入當前的車速和車輛位置信息，解碼器(38)與輪速傳感器連接，串行通信單元(39)與GPS連接，Can接口(43)分別與轉向驅動單元(16)、制動驅動單元(17)，油門驅動單元(18)和檔位驅動單元(19)連接；復位電路(41)實現(xiàn)軟硬件兩種模式的復位；電源轉化單元(40)給單片機(37)和其他單元供電；控制單元(15)根據(jù)車速信息和車輛位置信息，以及數(shù)據(jù)存儲單元(42)中的軌跡信息，實時解算出轉向、制動、油門、檔位的輸出量，通過轉向驅動單元(16)、制動驅動單元(17)，油門驅動單元(18)和檔位驅動單元(19)分別控制轉向直流伺服電機(2)、制動直流伺服電機(23)、油門直流伺服電機(24)和檔位直流伺服電機(25)，實現(xiàn)車輛的自動駕駛。2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能車輛的自動駕駛裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)的單片機(37)的型號為MCS12XDP512MAL;其中引腳46和引腳47是外部時鐘輸入端，采用并聯(lián)連接方式，電容C18、C19為負載電容，電阻R7是為了保證晶振起振；引腳83是AD轉換器供電端，引腳107是I/O驅動器供電端，引腳41是內部電壓調節(jié)器供電端，均采用+5V電源供電；引腳43是鎖相環(huán)供電端，引腳13和引腳65是內部電源供電端，均采用內部電壓供電；引腳85和引腳84是AD轉換器參考電壓端，電阻R28和R29為下拉電阻；引腳97是內部電壓調整器使能端，通過上拉電阻Rl可開啟內部電壓調整器；引腳38、引腳37、引腳23和引腳36可以設置MCS12XDP512MAL的工作模式，電阻R2、R3、R4為下拉電阻；所述控制系統(tǒng)的解碼器(38)型號為HCTL2020，一共有20個引腳，引腳1，引腳11，引腳.12，引腳13，引腳14，引腳17，引腳18，引腳19是八位數(shù)據(jù)輸出端，分別連接單片機(37)的引腳24，引腳31，引腳30，引腳29，引腳28，引腳27，引腳26，引腳25;引腳2是外部時鐘信號輸入端，連接單片機(37)的引腳3;引腳3是高低八位數(shù)據(jù)選擇輸入端，連接單片機(37)的引腳8;引腳4是使能輸入端，連接單片機(37)的引腳7;引腳5是內部計數(shù)器狀態(tài)控制輸入端，懸空不連接；引腳6是未定義端，懸空不連接；引腳7是復位輸入端，連接單片機(37)的引腳6;引腳8是脈沖信號輸入端B，連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳I和引腳3;弓丨腳9是脈沖信號輸入端A，連接輪速傳感器(SENSOR)接口的引腳2和引腳4;引腳10是接地端，連接電源地；引腳15和引腳16是內部計數(shù)器狀態(tài)標志輸出端，懸空不連接；引腳20是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C37是濾波電容；解碼器(38)的作用是對輪速傳感器產(chǎn)生的雙路脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)結果以八位并行數(shù)據(jù)形式發(fā)送給單片機(37)；所述控制系統(tǒng)的串行通信單元(39)包括電平轉換芯片U5，電平轉換芯片U5的型號MAX232,一共有16個引腳，引腳I和引腳2是+5V電壓轉+IOV電壓電荷泵輸入端，連接電容C25;引腳2是+IOV電壓輸出端，連接電容C27后接+5V電源；引腳4和引腳5是+IOV電壓轉-1OV電壓電荷泵輸入端，連接電容C26;引腳6是-1OV電壓輸出端，連接電容C28后接電源地；引腳7是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIl接口的引腳4;引腳8是第二數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIl接口的引腳3;引腳9是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機(37)的引腳91;引腳10是第二數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機(37)的引腳92;引腳11是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸入端，連接單片機(37)的引腳90;引腳12是第一數(shù)據(jù)通道TTL電平輸出端，連接單片機(37)的引腳89;引腳13是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸入端，連接SCIO接口的引腳3;引腳14是第一數(shù)據(jù)通道RS232電平輸出端，連接SCIO接口的引腳4;引腳15是接地端，連接電源地；引腳16是供電輸入端，連接+5V電源電壓；C24是濾波電容；串行通信單元(39)的作用是完成RS232電平和TTL電平的相互轉換，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信；所述控制系統(tǒng)的電源轉化單元(40)包括第一直流電壓轉換芯片U2和第二直流電壓轉換芯片U3;第一直流電壓轉換芯片U2的型號LM2940CS，一共有4個引腳，U2的引腳I是電源電壓輸入端，連接保險絲Fl后接POWER接口的引腳2，C21是電源電壓輸入端的濾波電容；U2的引腳2是接地端，連接電源地；U2的引腳3是+5V電源電壓輸出端，C22和C23是電源電壓輸出端的濾波電容；U2的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；第二直流電壓轉換芯片U3的型號LM1117，一共有4個引腳，U3的引腳I是接地端，連接電源地；U3的引腳2是+3.3V電源電壓輸出端，連接限流電阻R42，C40和C41是電源電壓輸出端的濾波電容；U3的引腳3是電源電壓輸入端，連接+5V電源電壓，C39是電源電壓輸入端的濾波電容;U3的引腳4是固定焊盤，沒有電氣特性，可以與引腳2連接；電源轉化單元(40)的作用是將輸入的+6V-24V直流電源轉換成單片機和其它單元所需要的電源電壓；所述控制系統(tǒng)的復位電路(41)包括背景調試接口BDM，BDM的引腳I和引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是單片機(37)工作模式輸出端，通過電阻RlO連接單片機(37)的引腳23;引腳4是復位輸出端，通過連接電阻R8和R9實現(xiàn)單片機(37)的軟件復位；引腳5和引腳6是供電輸入端，連接+5V電源電壓；R11是上拉電阻，C20是濾波電容，PBl是復位按鍵，實現(xiàn)單片機(37)的硬件復位；復位電路(41)的作用是實現(xiàn)單片機(37)的軟硬件復位以及背景調試；所述控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲單元(42)包括FLASH數(shù)據(jù)存儲接口U4，一共有12個引腳，弓丨腳I是片選輸入端，連接單片機(37)的引腳96;引腳2是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機(37)的引腳94;引腳3、引腳6和引腳10是接地端，連接電源地；引腳4是供電輸入端，連接+3.3V電源電壓；引腳5是外部時鐘信號輸入端，連接單片機(37)的引腳95;引腳7是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機(37)的引腳93;引腳8是數(shù)據(jù)端1，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；引腳9是數(shù)據(jù)端2，用于SD卡模式，在SPI模式下懸空未連接；引腳11是固定焊盤，沒有電氣特性，可以連接電源地；引腳12是數(shù)據(jù)寫保護端，連接電源地；R30、R31、R32、R33為上拉電阻，C38為濾波電容；數(shù)據(jù)存儲單元(42)采用SPI工作模式，作用是存儲數(shù)據(jù)；所述控制系統(tǒng)的Can接口(43)設有兩路Can通信模塊，CanO總線用于上位機通信，Can4總線用于輸出執(zhí)行電路的通信；作用是實現(xiàn)與其它設備的Can總線通信；U6是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，引腳1是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳.104;引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳105;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R14、R15;引腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接CanO接口的引腳2和引腳4;引腳8是工作模式輸入端，連接電阻Rl3接地后實現(xiàn)正常工作模式；C29，C30是濾波電容；U7也是高速Can通信協(xié)議轉換芯片TJA1040，一共有8個引腳，其連接方式與U6相同，引腳1是數(shù)據(jù)輸出端，連接單片機的引腳98;引腳2是接地端，連接電源地；引腳3是供電輸入端，連接+5V電源電壓；引腳4是數(shù)據(jù)輸入端，連接單片機的引腳99;引腳5是參考電壓輸出端，連接匹配電阻R17、R18;引腳6是低電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳I和引腳3;引腳7是高電平Can總線輸入輸出端，連接Can4接口的引腳2和引腳4；引腳8是工作模式輸入端，連接電阻R16接地后實現(xiàn)正常工作模式；C31，C32是濾波電容。3.一種智能車輛自動駕駛裝置的控制方法，其特征在于具體操作步驟如下:步驟100.首先進行軟硬件初始化；步驟110.接受上位機發(fā)送的功能模式指令，上位機是指令輸出端，是普通計算機，屬于外接設備；步驟120.根據(jù)上位機發(fā)送的功能模式指令，電磁離合器執(zhí)行相應的動作，若上位機發(fā)送的是人工駕駛模式指令，則干式電磁離合器(5)，斷電分離；若上位機發(fā)送的是自動駕駛模式指令，則干式電磁離合器(5)通電吸合；步驟130.若干式電磁離合器(5)斷電分離，車輛處于人工駕駛模式，不具備自動駕駛功能；步驟140.若干式電磁離合器(5)通電吸合，車輛處于自動駕駛模式；步驟150.通過串行通信單元(39)接受GPS發(fā)送的車輛位置的信息，GPS為外接設備；步驟160.單片機(37)接受GPS發(fā)送的車輛位置信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，單片機(37)產(chǎn)生車輛期望的控制指令；步驟170.單片機(37)輸出的控制指令通過Can接口(43)分別送至轉向驅動單元(16)、制動驅動單元(17)、油門驅動單元(18)和檔位驅動單元(19);步驟180.轉向驅動單元(16)、制動驅動單元(17)、油門驅動單元(18)和檔位驅動單元(19)通過Can接口(43)接受單片機(37)的控制指令，并向轉向直流伺服電機(2)、制動直流伺服電機(23)、油門直流伺服電機(24)和檔位直流伺服電機(25)發(fā)送相應的控制指令；步驟190.轉向直流伺服電機(2)、制動直流伺服電機(23)、油門直流伺服電機(24)和檔位直流伺服電機(25)分別接受轉向驅動單元(16)、制動驅動單元(17)、油門驅動單元(18)和檔位驅動單元(19)所發(fā)送的控制指令，并執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)了車輛的自動駕駛。全文摘要本發(fā)明涉及一種智能車輛的自動駕駛裝置。該裝置包括自動駕駛執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)；所述自動駕駛執(zhí)行機構包括轉向執(zhí)行機構、制動執(zhí)行機構、油門執(zhí)行機構和檔位執(zhí)行機構；所述控制系統(tǒng)包括解碼器、串行通信單元、單片機、CAN接口、數(shù)據(jù)存儲單元、復位電路和電源轉化單元。本發(fā)明采用模塊化設計，其中轉向模塊采用同步帶傳動方式通過方向盤上夾具和方向盤下夾具直接加裝于方向盤上，對原車改動小，不影響原車駕駛性能，適用于具有不同方向盤尺寸的各種車型；制動模塊、油門模塊和檔位模塊采用直流伺服電機帶動滾珠絲杠進而拉動軟軸的方法，來實現(xiàn)控制制動、油門和檔位的狀態(tài)，不影響人工駕駛。使用CAN總線將4個執(zhí)行模塊進行連接，自動控制精度高、響應速度快。文檔編號G05B19/418GK103163886SQ20131011912公開日2013年6月19日申請日期2013年4月8日優(yōu)先權日2013年4月8日發(fā)明者梅濤,張衛(wèi)忠,梁華為,李碧春,黃健,徐照勝申請人:中國科學院合肥物質科學研究院