CN108490958A - 智能驾驶汽车油门控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能驾驶汽车油门控制系统及方法。系统包括发动机电控模块、电子节气门以及油门踏板位置传感器，还包括智能驾驶控制上位机和通信网关，所述智能驾驶控制上位机通过通信网关与发动机电控模块连接；所述通信网关包括依次连接的RS232电平转换器，协议控制器和CAN总线驱动器，以及复位及程序下载电路，协议控制器通过复位及程序下载电路外接BDM编程器；CAN总线驱动器通过发动机电控模块CAN接口与发动机电控模块连接。本发明能实现油门控制系统的智能控制，且不需要加装任何机械装置、对原车油门踏板不作任何改动、无须增加额外电控系统，与原车兼容性能好。
Description
技术领域
本发明涉及汽车智能驾驶领域，更具体地，涉及一种智能驾驶汽车油门控制系统及控制方法。
背景技术
目前，汽车的智能驾驶技术已成为研究热点，汽车智能驾驶技术中汽车车速的控制属于核心控制内容，而车速的控制与发动机的输出功率有直接关系，发动机的输出功率由发动机的转速决定，发动机的转速主要取决于进气量，发动机的进气量由节气门控制，因此，智能驾驶控制中车速控制的重点是节气门的控制。
现有智能驾驶汽车改装中，如申请号为CN201410446579.4的发明专利通过加装控制模块，再利用机械装置推动汽车油门踏板，再由汽车原有电控系统控制节气门的开度，从而实现油门的自动控制。这种实现方式虽然解决了油门的自动控制，但主要存在如下缺陷：
1、在汽车的智能驾驶改装中，需要额外的加装机械装置，对原车的油门踏板机械结构和使用效果有较大的影响，存在一定的安全隐患。
2、改装后的汽车在进入人工模式驾驶时，由于附加机械装置的存在，会对原车的踩踏感受有一定的影响。
3、在原车的电控系统基础上增加了额外的电控装置和执行机构，会增加汽车的故障率，同时也会消耗更多的能源。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供不需要加装任何机械装置、对原车油门踏板不作任何改动、无须增加额外电控系统的智能驾驶汽车油门控制系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
提供一种智能驾驶汽车油门控制系统，包括发动机电控模块、电子节气门以及油门踏板位置传感器，还包括智能驾驶控制上位机和通信网关，所述智能驾驶控制上位机通过通信网关与发动机电控模块连接；所述通信网关包括依次连接的RS232电平转换器，协议控制器和CAN总线驱动器，以及复位及程序下载电路，协议控制器通过复位及程序下载电路外接BDM编程器；CAN总线驱动器通过发动机电控模块CAN接口与发动机电控模块连接。
本方案中，RS232电平转换器与智能驾驶控制上位机的RS232接口相连，实现协议控制器的TTL逻辑电平和上位机RS232接口的正负15V逻辑电平之间的转换；CAN总线驱动器与发动机电控模块的CAN接口相连，实现协议控制器至CAN网络的驱动；复位及程序下载电路与协议控制器相连、输入端外接BDM编程器，为协议控制器提供复位信号、并将用户程序写入协议控制器中。
汽车工作在智能驾驶模式时，智能驾驶控制上位机根据各种传感器获取的信息，计算出汽车当前的最佳行驶速度，再根据速度计算出发动机节气门的目标开度值，通过上位机的串行数据总线发送至通信网关，通信网关再将目标开度值通过CAN总线发送给发动机电控模块，发动机电控模块收到智能驾驶控制上位机发来的节气门目标开度值后，再结合自身电控系统获取到的各种信号，通过计算和处理后得出相应的节气门开度控制信号，控制电子节气门体进行动作，再通过电子节气门体中的传感器将节气门的开度值反馈给发动机电控模块，从而实现闭环发动机转速控制。
进一步地，所述协议控制器包括单片机U1、滤波电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、短路电阻R1、短路电阻R2、滤波电容C8、退耦电容C7、滤波电容C4、退耦电容C3、滤波电容C6、退耦电容C5、晶体振荡器Y1、校正电容C10、校正电容C9、阻抗匹配电阻R3、退耦电容C12、退耦电容C13、退耦电容C14、退耦电容C15；单片机U1的型号为MC9S12XHY128；单片机的第33脚和34脚分别与RS232电平转换器的电平转换芯片相连；单片机的第37脚和38脚分别与CAN总线驱动器的总线收发器相连；单片机的第93脚与复位及程序下载电路的程序下载接口相连；单片机的第45脚与复位及程序下载电路的复位信号相连。
进一步地，所述RS232电平转换器包括电平转换芯片U3、泵电容C19和C20、泵电容C23和C22、退耦电容C21、上位机通信接口P3；电平转换芯片U3的型号为MAX232；电平转换芯片U6的第第10脚、第9脚分别与协议控制器中单片机的PS0和PS1端口相连；泵电容C19串接在电平转换芯片U3的第1脚和第3脚之间；泵电容C20串接在电平转换芯片U6的第4脚和第5脚之间；泵电容C22串接在电平转换芯片U3的第2脚和地之间；泵电容C23串接在电平转换芯片U6的第6脚和地之间；电平转换芯片U6的第7脚和第8脚分别与上位机通信接口P3相连；上位机通信接口P3与智能驾驶控制上位机的RS232接口相连。
进一步地，所述CAN总线驱动器包括总线驱动芯片U2、总线终端电阻R7、总线终端电阻R8、总线终端电阻R9、总线终端电阻R10、CAN总线接口P2、退耦电容C16、旁路电容C17和C18；总线驱动芯片U2的型号为TJA1050；总线驱动芯片U2的第1脚和第4脚分别与协议控制器中单片机的PS2和PS3端口相连；总线驱动芯片U1的第7脚和第6脚分别通过CAN总线接口P2与发动机电控模块CAN接口相连；总线终端电阻R7和R8以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C18与地相连；总线终端电阻R9和R10以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C17与地相连。
进一步地，所述复位及程序下载电路包括复位充电电阻R4、复位充电电容C11、复位按键S1、上拉电阻R5、限流电阻R6、程序下载接口P1；复位充电电阻R4与复位充电电容C11以首尾相连的方式连接在电源和地之间、其中点分别与协议控制器中单片机的第45脚复位引脚及程序下载接口P1的第4脚相连，复位按键S1并联在复位充电电容C11的两端；上拉电阻R5与限流电阻R6以首尾相连的方式连接在电源和程序下载接口P1的第3脚之间、其电阻的中间连接点与协议控制器中单片机的第93脚相连。
本发明的另一目的在于，提供上述智能驾驶汽车油门控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤101：系统上电后对GPS模块、激光雷达模块进行初始化操作，对各模块的参数进行配置；
步骤102：接收上拉机外接的驾驶模式切换信号；
步骤103：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，步骤转至102；当处于智能驾驶模式时，步骤转至104；
步骤104：上位机实时采集GPS模块的GPS位置信息，根据位置信息对汽车行驶路线进行规划；
步骤105：上位机实时采集激光雷达模块的障碍物位置，根据障碍物的位置对汽车行驶路线进行调整，或者对汽车的行驶状态进行控制；
步骤106：上位机通过串行数据总线向通信网关发送节气门目标开度、转向角度、制动、驾驶模式等数据，通信波特率115200，1位起始位、1位停止位、1位奇偶检验位。
进一步地，对发动机电控模块的控制包括
步骤110：发动机电控模块对电控系统各传感器、执行器进行初始化操作；
步骤111：发动机电控模块从CAN总线接收上位机驾驶模式切换信号；
步骤112：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，转至步骤114；当处于智能驾驶模式时，转至步骤113；
步骤113：发动机电控模块接受来自CAN总线的上位机节气门开度信号，进入智能驾驶模式；
步骤114：发动机电控模块接受油门踏板位置传感器信号，进入人工驾驶模式；
步骤115：发动机电控模块采集自身电控系统各种传感器的数据；
步骤116：根据传感器获取的各种数据和发动机负荷，计算出节气门的控制开度值，控制节气门体执行节气门开度控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本项目对传统汽车的油门控制部分进行智能驾驶改造时，不需要加装任何机械装置，对原车的油门踏板机械结构没有任何改动，在人工驾驶模式时与传统汽车驾驶感受没有任何区别，具有改造简单、与原车兼容性能好、使用效果好的特点。
2、本项目对汽车油门控制部分的改造时，没有增加额外的电控装置和执行机构，由上位机直接发送控制数据给发动机电控模块，有效的避免由于加装部件带来的降低系统工作可靠性的问题，具有结构简单、可靠性高的特点。
附图说明
图1是智能驾驶汽车油门控制系统结构框图。
图2是通信网关电路结构框图。
图3是协议控制器电路原理图。
图4是RS232电平转换器电路原理图。
图5是CAN总线驱动器电路原理图。
图6是复位及程序下载电路原理图。
图7是上位机控制流程图。
图8是发动机电控模块控制流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种智能驾驶汽车油门控制系统。
如图1所示智能驾驶汽车油门控制系统包括智能驾驶控制上位机、通信网关、发动机电控模块、电子节气门体、油门踏板位置传感器。智能驾驶控制上位机通过通信网关与发动机电控模块连接。
图2为本实施例通信网关电路结构框图。通信网关包括协议控制器、RS232电平转换器、CAN总线驱动器、复位及程序下载电路；RS232电平转换器与智能驾驶控制上位机的RS232接口相连，实现协议控制器的TTL逻辑电平和上位机RS232接口的正负15V逻辑电平之间的转换；CAN总线驱动器与发动机电控模块的CAN接口相连，实现协议控制器至CAN网络的驱动；复位及程序下载电路与协议控制器相连、输入端外接BDM编程器，为协议控制器提供复位信号、并将用户程序写入协议控制器中。
作为本实施例的一个具体实施方式，如图3所示，协议控制器包括单片机U1、滤波电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、短路电阻R1、短路电阻R2、滤波电容C8、退耦电容C7、滤波电容C4、退耦电容C3、滤波电容C6、退耦电容C5、晶体振荡器Y1、校正电容C10、校正电容C9、阻抗匹配电阻R3、退耦电容C12、退耦电容C13、退耦电容C14、退耦电容C15；单片机U1的型号为MC9S12XHY128；单片机的第33脚和34脚分别与RS232电平转换器的电平转换芯片相连；单片机的第37脚和38脚分别与CAN总线驱动器的总线收发器相连；单片机的第93脚与复位及程序下载电路的程序下载接口相连；单片机的第45脚与复位及程序下载电路的复位信号相连。
作为本实施例的一个具体实施方式，如图4所示，RS232电平转换器包括电平转换芯片U3、泵电容C19和C20、泵电容C23和C22、退耦电容C21、上位机通信接口P3；电平转换芯片U3的型号为MAX232；电平转换芯片U6的第第10脚、第9脚分别与协议控制器中单片机的PS0和PS1端口相连；泵电容C19串接在电平转换芯片U3的第1脚和第3脚之间；泵电容C20串接在电平转换芯片U6的第4脚和第5脚之间；泵电容C22串接在电平转换芯片U3的第2脚和地之间；泵电容C23串接在电平转换芯片U6的第6脚和地之间；电平转换芯片U6的第7脚和第8脚分别与上位机通信接口P3相连；上位机通信接口P3与智能驾驶控制上位机的RS232接口相连。
作为本实施例的一个具体实施方式，如图5所示，CAN总线驱动器包括总线驱动芯片U2、总线终端电阻R7、总线终端电阻R8、总线终端电阻R9、总线终端电阻R10、CAN总线接口P2、退耦电容C16、旁路电容C17和C18；总线驱动芯片U2的型号为TJA1050；总线驱动芯片U2的第1脚和第4脚分别与协议控制器中单片机的PS2和PS3端口相连；总线驱动芯片U1的第7脚和第6脚分别通过CAN总线接口P2与发动机电控模块CAN接口相连；总线终端电阻R7和R8以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C18与地相连；总线终端电阻R9和R10以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C17与地相连。
作为本实施例的一个具体实施方式，如图6所示，复位及程序下载电路包括复位充电电阻R4、复位充电电容C11、复位按键S1、上拉电阻R5、限流电阻R6、程序下载接口P1；复位充电电阻R4与复位充电电容C11以首尾相连的方式连接在电源和地之间、其中点分别与协议控制器中单片机的第45脚复位引脚及程序下载接口P1的第4脚相连，复位按键S1并联在复位充电电容C11的两端；上拉电阻R5与限流电阻R6以首尾相连的方式连接在电源和程序下载接口P1的第3脚之间、其电阻的中间连接点与协议控制器中单片机的第93脚相连。
图7所示上位机控制流程图中，其控制方法如下：
步骤101：系统上电后对GPS模块、激光雷达模块进行初始化操作，对各模块的参数进行配置；
步骤102：接收上拉机外接的驾驶模式切换信号；
步骤103：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，步骤转至102；当处于智能驾驶模式时，步骤转至104；
步骤104：上位机实时采集GPS模块的GPS位置信息，根据位置信息对汽车行驶路线进行规划；
步骤105：上位机实时采集激光雷达模块的障碍物位置，根据障碍物的位置对汽车行驶路线进行调整，或者对汽车的行驶状态进行控制；
步骤106：上位机通过串行数据总线向通信网关发送节气门目标开度、转向角度、制动、驾驶模式等数据，通信波特率115200，1位起始位、1位停止位、1位奇偶检验位。
如图8所示发动机电控模块控制流程图中，其控制方法如下：
步骤110：发动机电控模块对电控系统各传感器、执行器进行初始化操作；
步骤111：发动机电控模块从CAN总线接收上位机驾驶模式切换信号；
步骤112：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，转至步骤114；当处于智能驾驶模式时，转至步骤113；
步骤113：发动机电控模块接受来自CAN总线的上位机节气门开度信号，进入智能驾驶模式；
步骤114：发动机电控模块接受油门踏板位置传感器信号，进入人工驾驶模式；
步骤115：发动机电控模块采集自身电控系统各种传感器的数据；
步骤116：根据传感器获取的各种数据和发动机负荷，计算出节气门的控制开度值，控制节气门体执行节气门开度控制。
本实施例的工作原理如下：
本实施例利用上位机通过通信网关控制发动机电控模块控制电子节气门动作，实现了油门控制系统的智能控制。
汽车工作在人工驾驶模式时，由驾驶者通过油门踏板对汽车车速进行控制，发动机电控模块接受油门踏板位置传感器的信号，与传统汽车驾驶方式一致；
汽车工作在智能驾驶模式时，智能驾驶控制上位机根据各种传感器获取的信息，计算出汽车当前的最佳行驶速度，再根据速度计算出发动机节气门的目标开度值，通过上位机的串行数据总线发送至通信网关，通信网关再将目标开度值通过CAN总线发送给发动机电控模块，发动机电控模块收到智能驾驶控制上位机发来的节气门目标开度值后，再结合自身电控系统获取到的各种信号，通过计算和处理后得出相应的节气门开度控制信号，控制电子节气门体进行动作，再通过电子节气门体中的传感器将节气门的开度值反馈给发动机电控模块，从而实现闭环发动机转速控制。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智能驾驶汽车油门控制系统，包括发动机电控模块、电子节气门以及油门踏板位置传感器，其特征在于，还包括智能驾驶控制上位机和通信网关，所述智能驾驶控制上位机通过通信网关与发动机电控模块连接；所述通信网关包括依次连接的RS232电平转换器、协议控制器和CAN总线驱动器，以及复位及程序下载电路，协议控制器通过复位及程序下载电路外接BDM编程器；CAN总线驱动器通过发动机电控模块CAN接口与发动机电控模块连接。
2.根据权利要求1所述的智能驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，所述协议控制器包括单片机U1、滤波电感L1、滤波电容C1、滤波电容C2、短路电阻R1、短路电阻R2、滤波电容C8、退耦电容C7、滤波电容C4、退耦电容C3、滤波电容C6、退耦电容C5、晶体振荡器Y1、校正电容C10、校正电容C9、阻抗匹配电阻R3、退耦电容C12、退耦电容C13、退耦电容C14、退耦电容C15；单片机U1的型号为MC9S12XHY128；单片机的第33脚和34脚分别与RS232电平转换器的电平转换芯片相连；单片机的第37脚和38脚分别与CAN总线驱动器的总线收发器相连；单片机的第93脚与复位及程序下载电路的程序下载接口相连；单片机的第45脚与复位及程序下载电路的复位信号相连。
3.根据权利要求1或2所述的智能驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，所述RS232电平转换器包括电平转换芯片U3、泵电容C19和C20、泵电容C23和C22、退耦电容C21、上位机通信接口P3；电平转换芯片U3的型号为MAX232；电平转换芯片U6的第第10脚、第9脚分别与协议控制器中单片机的PS0和PS1端口相连；泵电容C19串接在电平转换芯片U3的第1脚和第3脚之间；泵电容C20串接在电平转换芯片U6的第4脚和第5脚之间；泵电容C22串接在电平转换芯片U3的第2脚和地之间；泵电容C23串接在电平转换芯片U6的第6脚和地之间；电平转换芯片U6的第7脚和第8脚分别与上位机通信接口P3相连；上位机通信接口P3与智能驾驶控制上位机的RS232接口相连。
4.根据权利要求3所述的智能驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，所述CAN总线驱动器包括总线驱动芯片U2、总线终端电阻R7、总线终端电阻R8、总线终端电阻R9、总线终端电阻R10、CAN总线接口P2、退耦电容C16、旁路电容C17和C18；总线驱动芯片U2的型号为TJA1050；总线驱动芯片U2的第1脚和第4脚分别与协议控制器中单片机的PS2和PS3端口相连；总线驱动芯片U1的第7脚和第6脚分别通过CAN总线接口P2与发动机电控模块CAN接口相连；总线终端电阻R7和R8以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C18与地相连；总线终端电阻R9和R10以首尾相连的方式串接在总线驱动芯片U2的第7脚和第6脚之间、其中点通过旁路电容C17与地相连。
5.根据权利要求4所述的智能驾驶汽车油门控制系统，其特征在于，所述复位及程序下载电路包括复位充电电阻R4、复位充电电容C11、复位按键S1、上拉电阻R5、限流电阻R6、程序下载接口P1；复位充电电阻R4与复位充电电容C11以首尾相连的方式连接在电源和地之间、其中点分别与协议控制器中单片机的第45脚复位引脚及程序下载接口P1的第4脚相连，复位按键S1并联在复位充电电容C11的两端；上拉电阻R5与限流电阻R6以首尾相连的方式连接在电源和程序下载接口P1的第3脚之间、其电阻的中间连接点与协议控制器中单片机的第93脚相连。
6.一种应用了权利要求5所述的智能驾驶汽车油门控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：系统上电后对汽车的GPS模块、激光雷达模块进行初始化操作，对各模块的参数进行配置；
步骤102：接收上拉机外接的驾驶模式切换信号；
步骤103：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，步骤转至102；当处于智能驾驶模式时，步骤转至104；
步骤104：上位机实时采集GPS模块的GPS位置信息，根据位置信息对汽车行驶路线进行规划；
步骤105：上位机实时采集激光雷达模块的障碍物位置，根据障碍物的位置对汽车行驶路线进行调整，或者对汽车的行驶状态进行控制；
步骤106：上位机通过串行数据总线向通信网关发送节气门目标开度、转向角度、制动、驾驶模式等数据，通信波特率115200，1位起始位、1位停止位、1位奇偶检验位。
7.根据权利要求6所述的智能驾驶汽车油门控制系统的控制方法，其特征在于，对发动机电控模块的控制包括
步骤110：发动机电控模块对电控系统各传感器、执行器进行初始化操作；
步骤111：发动机电控模块从CAN总线接收上位机驾驶模式切换信号；
步骤112：对驾驶模式进行判断，当处于人工驾驶模式时，转至步骤114；当处于智能驾驶模式时，转至步骤113；
步骤113：发动机电控模块接受来自CAN总线的上位机节气门开度信号，进入智能驾驶模式；
步骤114：发动机电控模块接受油门踏板位置传感器信号，进入人工驾驶模式；
步骤115：发动机电控模块采集自身电控系统各种传感器的数据；
步骤116：根据传感器获取的各种数据和发动机负荷，计算出节气门的控制开度值，控制节气门体执行节气门开度控制。
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