CN107701712B - 一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统 - Google Patents

一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统，其包括：控制模块、CAN总线模块、驾驶挡位采集模块、换挡器、霍尔传感器、执行机构电机；所述控制模块接收车辆发送的挡位报文信号并判断车辆是否处于无人驾驶模式；若车辆处于无人驾驶模式，控制模块根据挡位报文信号控制执行机构电机实现PRND挡位换挡并将驾驶挡位采集模块采集的当前挡位通过CAN总线模块反馈至车辆；若车辆未处于无人驾驶模式，则由换挡器通过霍尔传感器检测当前PRND挡位位置并将当前PRND挡位信号发送至控制模块，控制模块控制执行机构电机实现PRND挡位切换。本发明可使得无人驾驶汽车在无人驾驶模式和手动驾驶模式之间无缝切换，不同的驾驶模式对应不同的控制模式。

Description

一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统
技术领域
本发明涉及无人驾驶汽车技术领域，尤其涉及一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统。
背景技术
无人驾驶汽车是目前智能汽车的主要发展方向。无人驾驶汽车通常具备无人驾驶和有人驾驶两种驾驶模式，当路况合适时，可开启无人驾驶模式，当路况复杂时则可随时切换至有人驾驶模式。
现有的无人驾驶汽车的研发方向均集中在路线识别、图像处理、路况识别等方向。但是无人驾驶和有人驾驶之间切换过程的控制以及由此产生的对于换挡器挡位的控制则鲜有人问津。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种可在无人驾驶和有人驾驶模式之间切换同时保证安全性能的无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，提出一种无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统，其包括：控制模块、CAN总线模块、驾驶挡位采集模块、换挡器、霍尔传感器、执行机构电机；所述控制模块接收车辆发送的挡位报文信号并判断车辆是否处于无人驾驶模式；若车辆处于无人驾驶模式，控制模块根据挡位报文信号控制执行机构电机实现PRND挡位换挡并将驾驶挡位采集模块采集的当前挡位通过CAN总线模块反馈至车辆；若车辆未处于无人驾驶模式，则由换挡器通过霍尔传感器检测当前PRND挡位位置并将当前PRND挡位信号发送至控制模块，控制模块控制执行机构电机实现PRND挡位切换。
进一步地，还包括数模转换模块、模拟开关模块；若车辆处于无人驾驶模块，控制模块将接收到的车辆报文转换为数据信号，数模转换模块接收该数据信号并转换为模拟电压信号后输送至汽车发动机管理系统；若车辆未处于无人驾驶模块，则控制模块直接将油门踏板角度通过模拟开关模块输送至汽车发动机管理系统。
进一步地，所述控制模块为S9S08DZ60单片机。
进一步地，所述数模转换模块为MAX522芯片，所述模拟开关模块为CD4053BCM芯片。
进一步地，所述驾驶挡位采集模块包括第十三电容C13、稳压二极管Z1、第十四电阻R14、第十三电阻R13，所述第十三电容C13一端接地另一端接入稳压二极管Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，第十四电阻R14一端接入稳压二极管负极另一端串联第十三电阻R13后接入电源。
进一步地，若控制模块超过预设时间未检测到CAN总线模块发出的信号则控制执行机构电机将挡位切换至N挡。
进一步地，所述无人驾驶汽车换挡器执行机构还包括：
同步带传动机构；所述同步带传动机构包括第一同步轮、第二同步轮以及同步带，所述第二同步轮直径大于第一同步轮直径；所述第一同步轮与执行机构电机传动轴连接；
丝杆；所述丝杆与第二同步轮连接；
螺母；套设于丝杆上，可随丝杆转动而横向移动；
软轴连接结构，设置于螺母上。
进一步地，还包括盒体，所述执行机构电机、丝杆与软轴连接结构均位于盒体内；所述执行机构电机设置于盒体下方；所述丝杆与软轴连接结构同轴设置。
进一步地，所述第二同步轮外侧设置有直径大于第二同步轮的固定盘；所述固定盘形成有多个通孔；还包括线路板、设置于线路板两端的红外线装置；所述红外线装置发射的红外线可穿过所述通孔。
本发明可使得无人驾驶汽车在无人驾驶模式和手动驾驶模式之间无缝切换，不同的驾驶模式对应不同的控制模式。同时，本发明的无人驾驶汽车换挡器执行机构具有噪音小、精度高的优点。
附图说明
图1为本发明无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统的电路框图；
图2为驾驶挡位采集模块的电路原理图；
图3为本发明无人驾驶汽车换挡器执行机构一视角的立体结构示意图；
图4为本发明无人驾驶汽车换挡器执行机构一视角另一视角的立体结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
请参照图1，本实施例中，无人驾驶汽车换挡器执行机构控制系统由控制模块、CAN总线模块、驾驶挡位采集模块、换挡器、霍尔传感器和执行机构电机构成。
无人驾驶汽车内部TCU(Transmission Control Unit)与控制模块之间通过CAN总线模块传输信号。本实施例中TCU与控制模块之间的报文首字节为OXO1时，表示由控制模块控制换挡执行机构动作，此时第三字节表示挡位信号。0表示N；1表示P；2表示R；3表示D；4表示S。当首字节为0X02时，表示驾驶模式，第二字节为0表示手动控制模式，1表示自动控制模块。通过上述通讯方式使得控制模块能判断车辆的实时状态。
当车辆处于自动控制模式即无人驾驶模式时，控制模块根据上述字节表示的挡位信号控制执行机构电机实现RPND挡位切换，同时将驾驶挡位采集模块采集到的当前挡位通过CAN总线模块反馈至车辆TCU。当车辆处于手动控制模式即未处于无人驾驶模式时，控制模块此时不接收TCU发来的挡位信号，而是通过换挡器自身的霍尔传感器检测当前PRND挡位位置，并将当前PRND挡位位置发送至控制模块，控制模块根据换挡器发来的挡位信号控制执行机构电机动作实现PRND挡位切换。
手动驾驶模式下，换挡器内部霍尔传感器信号采集电路为常规电路，本实施例不再赘述。
自动驾驶模式下，驾驶挡位采集模块的电路图如图2所示。本实施例中，驾驶挡位采集模块包括第十三电容C13、稳压二极管Z1、第十四电阻R14、第十三电阻R13，所述第十三电容C13一端接地另一端接入稳压二极管Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，第十四电阻R14一端接入稳压二极管负极另一端串联第十三电阻R13后接入电源。本实施例中，仅使用一条线路即可采集PRND四个挡位信号。
为了安全，当自动驾驶模式下，CAN总线模块与车辆TCU之间的信号传输中断超过预设时间后，控制模块直接控制执行机构电机将挡位切换至N挡。
本实施例中，控制模块采用S9S08DZ60型号单片机。
本实施例还可在自动驾驶模式和手动驾驶模式下切换控制油门。油门角度由汽车EMS(Engine Management System)发动机管理系统控制。油门角度为模拟信号，在自动驾驶模式下，TCU通过CAN总线模块发送至控制模块的油门角度报文信息先被控制模块转换为数字信号，而后由数模转换模块转换为模拟电压信号输送至EMS系统进而改变油门角度。
在手动驾驶模式下，油门角度信号则直接通过模拟开关输送至EMS系统。
本实施例中，数模转换模块优选采用MAX522芯片，模拟开关模块优选采用CD4053BCM芯片。
请参照图3、图4，图3和图4是上述汽车换挡器执行机构的机械结构示意图。
该汽车换挡器执行机构除包括上述执行电机200外，还包括盒体100、同步带传动机构300、丝杆400、螺母500以及软轴连接结构600构成。
盒体100大致呈L形，执行电机200设置与L形盒体底部，丝杆400与软轴连接结构600同轴设置于L形盒体上侧。同步带传动机构300设置于盒体100外侧，螺母500套设于丝杆400上。
同步带传动机构300由第一同步带轮310、第二同步带轮320以及同步带330构成。第一同步带轮310与执行电机200的输出轴连接，第二同步带轮320与丝杆400连接。第一同步带轮310直径小于第二同步带轮320直径，使得同步带传动机构也起到减速的作用。
在第二同步带轮320外侧设置有固定盘340，固定盘340直径大于第二同步带轮320直径。在固定盘340外圆周上均匀设置有多个通孔341。还包括线路板344、设置于线路板两端的红外线装置343；所述红外线装置发射的红外线342可穿过所述通孔341。当固定盘340转动时，通过红外线342的通断次数计算丝杆传动圈数。
第一同步带轮310上还套设有下固定片311，下固定片311包括呈圆形的主体部以及由主体部向外延伸的两三角形端部；所述两三角形端部上设置有用于与盒体固定连接的连接孔。采用下固定片311固定的方式既能节省空间又具备良好的固定效果。
本发明中，当执行电机得到控制指令后，电机开始运作，电机带动同步带传动机构运动，同步带传动机构既能精确地将电机的动作传递又可以起到减速作用，同时传动噪音小、中心距确定灵活。同步带传动机构将传动传递至丝杆，丝杆转动时带动螺母左右移动进而拉动软轴连接结构移动以改变挡位。
本发明的所有传动部件均未涉及齿轮啮合和刚性接触，传动稳定性较好且噪音非常小。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种无人驾驶汽车换挡 器执行机构控制系统，其特征在于，包括：控制模块、CAN总线模块、驾驶挡 位采集模块、换挡 器、霍尔传感器、执行机构电机、数模转换模块、模拟开关模块；所述控制模块接收车辆发送的挡 位报文信号并判断车辆是否处于无人驾驶模式以及判断车辆的实时状态，以实现无人驾驶汽车在无人驾驶模式与手动模式之间的无缝切换；若车辆处于无人驾驶模式，控制模块根据挡 位报文信号控制执行机构电机实现PRND挡位换挡并将驾驶挡 位采集模块采集的当前挡 位通过CAN总线模块反馈至车辆；若车辆未处于无人驾驶模式，则由换挡 器通过霍尔传感器检测当前PRND挡 位位置并将当前PRND挡位信号发送至控制模块，控制模块控制执行机构电机实现PRND挡 位切换；
若控制模块超过预设时间未检测到CAN总线模块发出的信号则控制执行机构电机将挡位切换至N挡 ；
所述无人驾驶汽车换挡 器执行机构还包括：
同步带传动机构；所述同步带传动机构包括第一同步轮、第二同步轮以及同步带，所述第二同步轮直径大于第一同步轮直径；所述第一同步轮与执行机构电机传动轴连接；
丝杆；所述丝杆与第二同步轮连接；
螺母；套设于丝杆上，可随丝杆转动而横向移动；
软轴连接结构，设置于螺母上；
所述第二同步轮外侧设置有直径大于第二同步轮的固定盘；所述固定盘形成有多个通孔；还包括线路板、设置于线路板两端的红外线装置；所述红外线装置发射的红外线可穿过所述通孔；
若车辆处于无人驾驶模式，控制模块将接收到的车辆报文转换为数据信号，数模转换模块接收该数据信号并转换为模拟电压信号后输送至汽车发动机管理系统；若车辆未处于无人驾驶模式，则控制模块直接将油门踏板角度通过模拟开关模块输送至汽车发动机管理系统。
2. 根据权利要求1所述的无人驾驶汽车换挡 器执行机构控制系统，其特征在于：所述控制模块为S9S08DZ60单片机。
3. 根据权利要求1所述的无人驾驶汽车换挡 器执行机构控制系统，其特征在于：所述数模转换模块为MAX522芯片，所述模拟开关模块为CD4053BCM芯片。
4. 根据权利要求1所述的无人驾驶汽车换挡 器执行机构控制系统，其特征在于：所述驾驶挡 位采集模块包括第十三电容C13、稳压二极管Z1、第十四电阻R14、第十三电阻R13，所述第十三电容C13一端接地另一端接入稳压二极管 Z1负极，稳压二极管Z1正极接地，第十四电阻R14一端接入稳压二极管负极另一端串联第十三电阻R13后接入电源。
5. 根据权利要求1所述的无人驾驶汽车换挡 器执行机构控制系统，其特征在于：还包括盒体，所述执行机构电机、丝杆与软轴连接结构均位于盒体内；所述丝杆与软轴连接结构同轴设置。
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