CN105438252B - 汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其包括上层控制系统、电源转换电路、控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板，上层控制系统连接控制器局域网络收发器，电源转换电路分别与控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板相连，微控制单元分别与控制器局域网络收发器、电机驱动板相连。本发明采用转向控制板和电机驱动板来控制电机做自主转向，通过转向控制板与上层控制系统通讯，指导电机驱动板来驱动助力电机的转角和转速以达到车辆的自主驾驶的转向控制目的。

Description

汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统
技术领域
本发明涉及一种改装系统，特别是涉及一种汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统。
背景技术
近年来，世界主要发达国家将自动驾驶汽车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，纷纷开展自动驾驶汽车的研究。在自动驾驶汽车发展过程中，车辆的底层自主驾驶的转向控制装置的性能始终是影响车辆自动控制能力的关键因素之一。自主驾驶的转向控制装置能够接收上层控制系统的指令，并控制车辆的转向。自主驾驶的转向控制装置作为所有运动动作的最终执行者，是整个自动驾驶汽车感知、规划、推理以及决策等智能能力的基础。
传统的转向控制装置都是通过驾驶员来控制方向盘，当驾驶员转动方向盘时，ECU(行车电脑)会根据不同的车辆环境来驱动电机做助力转向。本发明将ECU断开，采用转向控制板和电机驱动板来控制电机做自主转向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其通过转向控制板与上层控制系统通讯，指导电机驱动板来驱动助力电机的转角和转速以达到车辆的自主驾驶的转向控制目的。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统其包括上层控制系统、电源转换电路、控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板，上层控制系统连接控制器局域网络收发器，电源转换电路分别与控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板相连，微控制单元分别与控制器局域网络收发器、电机驱动板相连。
优选地，所述电源转换电路包括依次连接的12V转5V电路、12V转3.3V电路、电机驱动板供电电路；
所述12V转5V电路包括第二芯片、第一保险、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第三电阻、第一发光二极管，第四电容、第五电容相互并联，第四电容一端接电源地，第四电容的另一端与第二芯片的一号针脚相连，第二芯片的一号针脚接12V电源，第二芯片的二号针脚接电源地，第六电容、第七电容相互并联，第六电容一端接电源地，第六电容的另一端与第二芯片的三号针脚相连，第一保险的一端与第二芯片的三号针脚相连，第一保险的另一端接5V恒流电源，第三电阻的一端接5V恒流电源，第三电阻的另一端接第一发光二极管的一端，第一发光二极管的另一端接电源地。12V由汽车电池或发电机提供，12V转5V电路的模块将12V转换成5V，给电路板上其他器件提供所需的5V电压；所述5V转3.3V电路包括第一转换芯片、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容，第八电容、第九电容并联，第八电容的一端接第一转换芯片的一号针脚，第八电容的另一端接第一转换芯片的四号针脚，第一转换芯片的一号针脚与第一转换芯片的二号针脚相连，第一转换芯片的一号针脚接通讯地，第一转换芯片的三号针脚与第一转换芯片的四号针脚相连，第一转换芯片的四号针脚接5V直流电源，第十电容、第十一电容、第十二电容相互并联，第十电容一端接通讯地，另一端接第一转换芯片的七号针脚，第一转换芯片的五号针脚、第一转换芯片的六号针脚、第一转换芯片的七号针脚相连，第一转换芯片的七号针脚接3.3V直流电源。12V转3.3V电路将5V电压转换成3.3V给微控制单元供电；所述电机驱动板供电电路包括模拟芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二发光二极管，第一电容的一端接模拟芯片的一号针脚，第一电容的另一端接模拟芯片的二号针脚，模拟芯片的一号针脚接电源地，模拟芯片的二号针脚接12V电源，第一电阻的一端接电源地，第一电阻的另一端接模拟芯片的三号针脚，第二电容的一端接模拟芯片的八号针脚，第二电容的另一端与第三电容相连，第三电容的一端接通讯地，第三电容的另一端接模拟芯片的六号针脚，模拟芯片的六号针脚接第一二极管的正向端，第一二极管的反向端接5V直流电源，第二电阻的一端接5V直流电源，第二电阻的另一端接第二发光二极管的正向端，第二发光二极管的反向端接通讯地。
优选地，所述控制器局域网络收发器包括控制器局域网络接收器。
优选地，所述控制器局域网络接收器包括第一芯片，第一芯片的一号针脚反接控制器局域网络发送引脚，第一芯片的二号针脚接电源地，第一芯片的三号针脚接5V电源，第一芯片的四号针脚反接控制器局域网络接受引脚，第一芯片的八号针脚接电源地，第一芯片的七号针脚发送引脚接控制器局域网络高电平接口，第一芯片的六号针脚接控制器局域网络低电平接口。
优选地，所述微控制单元包括半导体微处理器、通用异步收发传输器、联合测试行为组织标准接口、重置电路、晶振电路、载波电路。微控制单元通过控制器局域网络收发器得到上层控制系统的指令，根据当前车辆的环境，经过自身的算法运算，控制电机驱动板输出不同参数以驱动助力电机，实现自主转向。
优选地，所述半导体微处理器包括第三芯片，第三芯片的一号针脚、十三号针脚、十九号针脚、三十二号针脚、四十八号针脚和六十四号针脚都接3.3V电源，第三芯片的五号针脚和六号针脚接晶振电路，第三芯片的七号针脚接重置电路，第三芯片的十二号针脚、十八号针脚、二十八号针脚、三十一号针脚、四十七号针脚、六十三号针脚都接通讯地，第三芯片的四十四号针脚和四十五号针脚都接控制器局域网络收发器。
优选地，所述通用异步收发传输器的一号针脚接通讯地，通用异步收发传输器的四号针脚3.3V直流电源。
优选地，所述联合测试行为组织标准接口包括晶振芯片，晶振芯片的一号针脚接通讯地，晶振芯片的四号针脚接3.3V电源。
优选地，所述重置电路包括第五电阻、压力开关、第十五电容，压力开关和第十五电容并联，压力开关的一端接第五电阻，压力开关的另一端与第十五电容相连，第五电阻的另一端接3.3V直流电源。
优选地，所述晶振电路包括第十三电容、第十四电容、第一晶振，第十三电容的一端和第十四电容的一端相连，第十三电容的另一端接第一晶振的一端，第十四电容的另一端接第一晶振的另一端，第一晶振与第四电阻并联。
优选地，所述载波电路包括第十六电容、第十七电容第十三电容、第十八电容第十四电容、第十九电容、第二十电容第十六电容，第十六电容、第十七电容第十三电容、第十八电容第十四电容、第十九电容、第二十电容第十六电容互相并联，第十六电容的一端接3.3V直流电源。
本发明的积极进步效果在于：传统的转向控制装置都是通过驾驶员来控制方向盘，当驾驶员转动方向盘时，ECU会根据不同的车辆环境来驱动电机做助力转向。本发明将ECU断开，采用转向控制板和电机驱动板来控制电机做自主转向。通过转向控制板与上层控制系统通讯，指导电机驱动板来驱动助力电机的转角和转速以达到车辆的自主驾驶的转向控制目的。本发明不需要更改原车ECU，在非自主驾驶模式下，保证了原车的完整性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的12V转5V电路图。
图3为本发明的5V转3.3V电路图。
图4为本发明的电机驱动板供电电路电路图。
图5为本发明的控制器局域网络(CAN)接收器电路图。
图6为本发明的半导体微处理器电路图。
图7为本发明的通用异步收发传输器电路图。
图8为本发明的整体结构联合测试行为组织标准接口示意图。
图9为本发明的重置电路示意图。
图10为本发明的晶振电路示意图。
图11为本发明的载波电路示意图。
图12为本发明的转向控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统包括上层控制系统、电源转换电路101、控制器局域网络(CAN)收发器102、微控制单元103、电机驱动板9，上层控制系统连接控制器局域网络(CAN)收发器102，电源转换电路101分别与控制器局域网络(CAN)收发器102、微控制单元(MCU)103、电机驱动板9相连，微控制单元103分别与控制器局域网络(CAN)收发器102、电机驱动板9相连。
所述电源转换电路101包括，12V转5V电路、5V转3.3V电路、电机驱动板供电电路。
所述12V转5V电路包括第二芯片U2(型号为D7805-1000)、第一保险F1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第三电阻R3、第一发光二极管Led1，第四电容C4、第五电容C5相互并联，第四电容C4一端接电源地，第四电容C4的另一端与第二芯片U2的一号针脚相连，第二芯片U2的一号针脚接12V电源，第二芯片U2的二号针脚接电源地，第六电容C6、第七电容C7相互并联，第六电容C6一端接电源地，第六电容C6的另一端与第二芯片U2的三号针脚相连，第一保险F1的一端与第二芯片U2的三号针脚相连，第一保险F1的另一端接5V恒流电源，第三电阻R3的一端接5V恒流电源，第三电阻R3的另一端接第一发光二极管Led1的一端，第一发光二极管Led1的另一端接电源地。12V由汽车电池或发电机提供，D7805-1000的模块将12V转换成5V，给电路板上其他器件提供所需的5V电压。
所述5V转3.3V电路包括第一转换芯片TPS1(型号为TPS7333)、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12，第八电容C8、第九电容C9并联，第八电容C8的一端接第一转换芯片TPS1的一号针脚，第八电容C8的另一端接第一转换芯片TPS1的四号针脚，第一转换芯片TPS1的一号针脚与第一转换芯片TPS1的二号针脚相连，第一转换芯片TPS1的一号针脚接通讯地，第一转换芯片TPS1的三号针脚与第一转换芯片TPS1的四号针脚相连，第一转换芯片TPS1的四号针脚接5V直流电源，第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12相互并联，第十电容C10一端接通讯地，另一端接转换芯片TPS1的七号针脚，第一转换芯片TPS1的五号针脚、第一转换芯片TPS1的六号针脚、第一转换芯片TPS1的七号针脚相连，第一转换芯片TPS1的七号针脚接3.3V直流电源。TPS7333将5V电压转换成3.3V给MCU103供电。
所述电机驱动板供电电路包括模拟芯片DIAN1(型号为WRB0505)、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1、第二发光二极管Led2，第一电容C1的一端接模拟芯片DIAN1的一号针脚，第一电容C1的另一端接模拟芯片DIAN1的二号针脚，模拟芯片DIAN1的一号针脚接电源地，模拟芯片DIAN1的二号针脚接12V电源，第一电阻R1的一端接电源地，第一电阻R1的另一端接模拟芯片DIAN1的三号针脚，第二电容C2的一端接模拟芯片DIAN1的八号针脚，第二电容C2的另一端与第三电容C3相连，第三电容C3的一端接通讯地，第三电容C3的另一端接模拟芯片DIAN1的六号针脚，模拟芯片DIAN1的六号针脚接第一二极管D1的正向端，第一二极管D1的反向端接5V直流电源，第二电阻R2的一端接5V直流电源，第二电阻R2的另一端接第二发光二极管Led2的正向端，第二发光二极管Led2的反向端接通讯地。
所述控制器局域网络(CAN)收发器包括控制器局域网络(CAN)接收器TJA1050。
控制器局域网络(CAN)接收器包括第一芯片U1(型号为TJA1050)，第一芯片U1的一号针脚反接控制器局域网络(CAN)发送引脚，第一芯片U1的二号针脚接电源地，第一芯片U1的三号针脚接5V电源，第一芯片U1的四号针脚反接控制器局域网络(CAN)接受引脚，第一芯片U1的八号针脚接电源地，第一芯片U1的七号针脚发送引脚接控制器局域网络(CAN)高电平接口，第一芯片U1的六号针脚接控制器局域网络(CAN)低电平接口。
所述微控制单元103包括半导体微处理器U3(型号为STM32F103RCT6)、通用异步收发传输器UART、联合测试行为组织标准接口JTAG、重置电路RESETS、晶振电路OSC、载波电路CIN。微控制单元103通过控制器局域网络(CAN)收发器得到上层控制系统的指令，根据当前车辆的环境，经过自身的算法运算，控制电机驱动板9输出不同参数以驱动助力电机6，实现自主转向。
所述半导体微处理器采用第三芯片U3(型号为STM32F103RCT6)，第三芯片U3的一号针脚、十三号针脚、十九号针脚、三十二号针脚、四十八号针脚和六十四号针脚都接3.3V电源，第三芯片U3的五号针脚和六号针脚接晶振电路OSC，第三芯片U3的七号针脚接重置电路RESETS，第三芯片U3的十二号针脚、十八号针脚、二十八号针脚、三十一号针脚、四十七号针脚、六十三号针脚都接通讯地，第三芯片U3的四十四号针脚和四十五号针脚都接控制器局域网络(CAN)收发器。
所述通用异步收发传输器UART的一号针脚接通讯地，通用异步收发传输器UART的四号针脚3.3V直流电源。
所述联合测试行为组织标准接口JTAG包括晶振芯片JT1，晶振芯片JT1的一号针脚接通讯地，晶振芯片JT1的四号针脚接3.3V电源。
所述重置电路RESETS包括第五电阻R5、压力开关K1、第十五电容C15，压力开关K1和第十五电容C15并联，压力开关K1的一端接第五电阻R5，压力开关K1的另一端与第十五电容C15相连，第五电阻R5的另一端接3.3V直流电源。
所述晶振电路OSC包括第十三电容C13、第十四电容C14、第一晶振Y1，第十三电容C13的一端和第十四电容C14的一端相连，第十三电容C13的另一端接第一晶振Y1的一端，第十四电容C14的另一端接第一晶振Y1的另一端，第一晶振Y1与第四电阻R4并联。
所述载波电路CIN包括第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20，第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20互相并联，第十六电容C16的一端接3.3V直流电源。
转向控制设备7包括方向盘1、转向柱2、转角传感器3、中间轴4、行车电脑5、助力电机6、万向节8、电机驱动板9、转向控制板10等部件。
通常，方向盘1被驾驶员用于转向非自主驾驶的车辆，当驾驶员转动方向盘1时，行车电脑5根据当前车辆的环境状态来控制助力电机6来协助驾驶员转动转向柱2。
自主驾驶时，转向控制板10根据车辆的环境状态实时调控电机驱动板9，使得电机驱动板9控制助力电机6转动转向柱2，然后转角传感器3反馈来的信息来调控，以达到车辆的精准控制。
在自主驾驶的车辆中，如果方向盘1被驾驶员控制转向，则会退出自主驾驶模式，转由驾驶员来控制车辆。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，其包括：上层控制系统、电源转换电路、控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板，上层控制系统连接控制器局域网络收发器，电源转换电路分别与控制器局域网络收发器、微控制单元、电机驱动板相连，微控制单元分别与控制器局域网络收发器、电机驱动板相连，其中，所述控制器局域网络收发器包括控制器局域网络接收器，所述控制器局域网络接收器包括第一芯片，第一芯片的一号针脚反接控制器局域网络发送引脚，第一芯片的二号针脚接电源地，第一芯片的三号针脚接5V电源，第一芯片的四号针脚反接控制器局域网络接受引脚，第一芯片的八号针脚接电源地，第一芯片的七号针脚发送引脚接控制器局域网络高电平接口，第一芯片的六号针脚接控制器局域网络低电平接口，所述微控制单元包括半导体微处理器、通用异步收发传输器、联合测试行为组织标准接口、重置电路、晶振电路、载波电路。
2.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述电源转换电路包括依次连接的12V转5V电路、5V转3.3V电路、电机驱动板供电电路；
所述12V转5V电路包括第二芯片、第一保险、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第三电阻、第一发光二极管，第四电容、第五电容相互并联，第四电容一端接电源地，第四电容的另一端与第二芯片的一号针脚相连，第二芯片的一号针脚接12V电源，第二芯片的二号针脚接电源地，第六电容、第七电容相互并联，第六电容一端接电源地，第六电容的另一端与第二芯片的三号针脚相连，第一保险的一端与第二芯片的三号针脚相连，第一保险的另一端接5V恒流电源，第三电阻的一端接5V恒流电源，第三电阻的另一端接第一发光二极管的一端，第一发光二极管的另一端接电源地；
所述5V转3.3V电路包括第一转换芯片、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容，第八电容、第九电容并联，第八电容的一端接第一转换芯片的一号针脚，第八电容的另一端接第一转换芯片的四号针脚，第一转换芯片的一号针脚与第一转换芯片的二号针脚相连，第一转换芯片的一号针脚接通讯地，第一转换芯片的三号针脚与第一转换芯片的四号针脚相连，第一转换芯片的四号针脚接5V直流电源，第十电容、第十一电容、第十二电容相互并联，第十电容一端接通讯地，另一端接第一转换芯片的七号针脚，第一转换芯片的五号针脚、第一转换芯片的六号针脚、第一转换芯片的七号针脚相连，第一转换芯片的七号针脚接3.3V直流电源；
所述电机驱动板供电电路包括模拟芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二发光二极管，第一电容的一端接模拟芯片的一号针脚，第一电容的另一端接模拟芯片的二号针脚，模拟芯片的一号针脚接电源地，模拟芯片的二号针脚接12V电源，第一电阻的一端接电源地，第一电阻的另一端接模拟芯片的三号针脚，第二电容的一端接模拟芯片的八号针脚，第二电容的另一端与第三电容相连，第三电容的一端接通讯地，第三电容的另一端接模拟芯片的六号针脚，模拟芯片的六号针脚接第一二极管的正向端，第一二极管的反向端接5V直流电源，第二电阻的一端接5V直流电源，第二电阻的另一端接第二发光二极管的正向端，第二发光二极管的反向端接通讯地。
3.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述半导体微处理器包括第三芯片，第三芯片的一号针脚、十三号针脚、十九号针脚、三十二号针脚、四十八号针脚和六十四号针脚都接3.3V电源，第三芯片的五号针脚和六号针脚接晶振电路，第三芯片的七号针脚接重置电路，第三芯片的十二号针脚、十八号针脚、二十八号针脚、三十一号针脚、四十七号针脚、六十三号针脚都接通讯地，第三芯片的四十四号针脚和四十五号针脚都接控制器局域网络收发器。
4.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述通用异步收发传输器的一号针脚接通讯地，通用异步收发传输器的四号针脚接3.3V直流电源。
5.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述联合测试行为组织标准接口包括晶振芯片，晶振芯片的一号针脚接通讯地，晶振芯片的四号针脚接3.3V电源。
6.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述重置电路包括第五电阻、压力开关、第十五电容，压力开关和第十五电容并联，压力开关的一端接第五电阻，压力开关的另一端与第十五电容相连，第五电阻的另一端接3.3V直流电源。
7.如权利要求1所述的汽车自主驾驶的转向控制设备改装系统，其特征在于，所述晶振电路包括第十三电容、第十四电容、第一晶振，第十三电容的一端和第十四电容的一端相连，第十三电容的另一端接第一晶振的一端，第十四电容的另一端接第一晶振的另一端，第一晶振与第四电阻并联。
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