CN108909707A - 一种基于pid控制的无人车刹车装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PID控制的无人车刹车装置及其方法，包括路况感知系统、速度传感器、车载计算机、执行系统以及制动系统，所述路况感知系统与速度传感器均与车载计算机数据连接，所述车载计算机控制执行系统运行，所述制动系统由制动系统控制运行。通过路况感知系统检测汽车周围路况，车载计算机根据接收到的路况感知系统、速度传感器的数据，判断汽车前后障碍物的运动情况，包括距离、速度、加速度或其它信息处理，从而进行是否刹车的决策判断。所述基于PID控制的无人车刹车装置及方法，其应用使无人车刹车具有很强的快速性和准确性，实用性较和市场前景高。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于PID控制的无人车刹车装置及其方法，涉及无人驾驶技术领域。
背景技术：
人们希望从人力中脱离出来的愿望与科学技术的不断发展，使得自动化技术突飞猛进，无人车也应运而生，而由于现代智能不大够发达，导致无人车直接上路将会造成了极大的安全隐患，而现阶段，各种自动化技术还不够成熟，而自动刹车系统的不成熟也使得交通安全问题成为一个重要的课题，交通事故给个人和家庭社会带来了巨大的损失，为避免这一问题，人们在被动刹车领域有许多突破，自动刹车领域有了进展，如微波雷达测距技术、超声波测距技术和生活中现在较为常见的红外测距技术。在系统能使刹车时机把握的更精准的同时，人们对于刹车安全的主动性也提出了更高的要求，如何更好的实现刹车指令，成为人们追求的方向，而目前很多的无人车刹车系统的刹车过程不够精准，且自动化程度不高。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种有效提高刹车精准度的基于PID控制的无人车刹车装置及其方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于PID控制的无人车刹车装置，包括路况感知系统、速度传感器、车载计算机、执行系统以及制动系统，所述路况感知系统与速度传感器均与车载计算机数据连接，所述车载计算机控制执行系统运行，所述制动系统由制动系统控制运行。
作为优选，所述路况感知系统包括红外测距设备以及高频摄像头，所述红外测距设备通过发射、接收红外线，判断前方障碍物的距离参数并置于车辆的前后端且连接车载计算机，所述高频摄像头置于车辆顶端并连接车载计算机，用于检测红绿灯特殊信号。
作为优选，所述红外测距设备设置为激光测距设备以及与激光测距设备数据连接的CCD图像处理系统。
作为优选，所述车载计算机输出的决策指令基于PID算法控制的闭环控制原理。
作为优选，所述制动系统设置为液压制动系统。
作为优选，所述制动系统采用前盘后鼓的制动系统。
作为优选，所述车载计算机与汽车刹车灯控制连接。
一种基于PID控制的无人车刹车装置的刹车方法，包括以下步骤，
步骤一，通过路况感知系统检测汽车周围路况，通过红外测距设备实时监测前后障碍物的距离，通过速度传感器监测汽车实时速度，并将监测信息传输至车载计算机；
步骤二，通过高频摄像头采集红绿灯信号，由颜色识别传感器进行判断，同样把信号传输给车载计算机。
步骤三，车载计算机根据接收到的路况感知系统、速度传感器的数据，判断汽车前后障碍物的运动情况，包括距离、速度、加速度或其它信息处理，从而进行是否刹车的决策判断，若需要刹车则发出刹车决策的指令至制动系统，并控制车灯的工作。
作为优选，所述步骤三中的制动系统的制动过程具体包括一下步骤：
步骤1、输入电流产生力矩，实现电机的转动，电机产生转矩，其正比于电流。
步骤2、电机的转角输出经过传动装置转化为电动推杆的直线位移输出，从而推动制动踏板的移动。
步骤3、制动踏板移动带动主油缸中液压制动系统的工作，从而实现刹车过程。
作为优选，所述电动机通过齿轮减速器进行减速，对电机进行减速增矩，以提高负载能力，所述减速器的输出端带动丝杆螺母，从而将电机的转动转化为直线运动，电机正反转实现推杆动作，液压制动系统在推杆的带动下运行。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：所述基于PID控制的无人车刹车装置及方法中的感知系统精准的感知使其更加智能化，更加接近人类判断，而PID控制技术，在判断是否刹车的过程无法如人一般智能之时，让刹车指令的执行要求更加严谨，其应用使无人车刹车具有很强的快速性和准确性，另外，CCD图像处理的应用使刹车过程的瞬时变化更加精准，从而达到精准控制，因而本装置及方法实用性较高，市场前景高，因而适合推广应用。
附图说明：
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1所示为本发明中无人驾驶汽车的无人车刹车装置及方法的原理方框图；
图2所示为本发明中的PID控制流程示意图；
图3所示为本发明中的制动系统的结构示意图。
具体实施方式：
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围：
如图1所示的一种基于PID控制的无人车刹车装置，包括路况感知系统、速度传感器、车载计算机、执行系统以及制动系统，所述路况感知系统与速度传感器均与车载计算机数据连接，所述车载计算机控制执行系统运行，所述制动系统由制动系统控制运行，在本实施例中，所述路况感知系统包括红外测距设备以及高频摄像头，所述红外测距设备通过发射、接收红外线，判断前方障碍物的距离参数并置于车辆的前后端且连接车载计算机，进一步地，所述红外测距设备设置为激光测距设备以及与激光测距设备数据连接的CCD图像处理系统所述高频摄像头置于车辆顶端并连接车载计算机，用于检测红绿灯特殊信号。
在本实施例中，所述制动系统设置为液压制动系统。
在本实施例中，所述制动系统采用前盘后鼓的制动系统。
在本实施例中，所述车载计算机与汽车刹车灯控制连接。
基于上述刹车装置的刹车方法，首先通过路况感知系统检测汽车周围路况，通过红外测距设备实时监测前后障碍物的距离，通过速度传感器监测汽车实时速度，并将监测信息传输至车载计算机，而在本实施例中，所述红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，通过红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，同时给计时器一个信号脉冲，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，当接受电路第二次接收到反射器的红外线时，经处理再给出一个信号脉冲，使计时器停止计数，由 可得障碍物的距离。
其中，计时器实时作用，用于提供时间数据传输给ECU，以使其计算加速度等参数，其中，车辆自身速度为，加速度为,障碍物速度为，加速度为，而激光信号的工作周期为，则有 =,，同时有 ，，由此可得障碍物的速度，加速度，基于此原理，周期T的大小将对信息采集的准确性产生巨大影响，所以T应尽可能的短，以满足测量要求；另外，通过高频摄像头采集红绿灯信号，由颜色识别传感器进行判断，同样把信号传输给车载计算机；而车载计算机根据接收到的路况感知系统、速度传感器的数据，判断汽车前后障碍物的运动情况，包括距离、速度、加速度或其它信息处理，从而进行是否刹车的决策判断，若需要刹车则发出刹车决策的指令至制动系统，并控制车灯的工作，具体控制过程中，其控制信号指令转化成电流信号传送给驱动无人车制动系统的驱动电机，驱动电机的运转作为动力通过对力的控制，进而控制液压制动系统工作，而在刹车过程中，利用CCD图像上光斑的位移和实际位移的对应关系计算出实际位移，由此可实时监测刹车过程中障碍物的距离，从而使其控制更精准。
在实际应用中，如图3所示，所述制动系统的制动过程为，首先通过输入电
流产生力矩，实现电机的转动，电机产生转矩，其正比于电流，电机的转角输出经过传动装置转化为电动推杆1的直线位移输出，从而推动制动踏板2的移动，然后制动踏板移动带动主油缸3中液压制动系统的工作，从而实现刹车过程，所述电动机通过齿轮减速器进行减速，对电机进行减速增矩，以提高负载能力，所述减速器的输出端带动丝杆螺母，从而将电机的转动转化为直线运动，电机正反转实现推杆动作，液压制动系统在推杆的带动下运行。
而当在有人驾驶的情况下，电动推杆不工作，可以由人通过踩制动踏板来控制刹车。
在实际应用中，所述车载计算机发出刹车的决策指令的过程为，通过基于各
种参数，包括车辆实时的速度V1，障碍物的速度V2，加速度a2，两者的距离X，则有 ,其中a1应取其最小值作为所需刹车加速度，但明显实际情况不会如此直接，所以需要各项设备实时监测，实时作用，所以要求车载ECU以T为周期进行计算，其中T应尽可能的小，以保证决策的正确性。
关于PID控制系统的控制原理，如图2所示，给定值即为目标速度，e为偏
差速度，u为电压信号，被控对象即为刹车控制电机，其输出值控制无人车速度改变，实时速度作为输入值再次入PID控制系统。
PID控制系统的设计：
在模拟调节系统中，PID控制算法的表达式为:
其中u（t）为电机转速信号
e(t)为速度误差
为比例系数 为积分系数 为微分时间常数
PID控制系统作为使用最广泛的控制系统，其主要内容在于三个参数的整定，
其控制过程是一个以采样为标准来实现的控制过程，只能通过采样时刻的偏差值计算控制量，因此必须将其离散化，而T采样周期越短其控制效果就越佳。
上述基于PID控制的无人车刹车装置及方法中的感知系统精准的感知使其更加智能化，更加接近人类判断，而PID控制技术，在判断是否刹车的过程无法如人一般智能之时，让刹车指令的执行要求更加严谨，其应用使无人车刹车具有很强的快速性和准确性，另外，CCD图像处理的应用使刹车过程的瞬时变化更加精准，从而达到精准控制，因而本装置及方法实用性较高，市场前景高。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：包括路况感知系统、速度传感器、车载计算机、执行系统以及制动系统，所述路况感知系统与速度传感器均与车载计算机数据连接，所述车载计算机控制执行系统运行，所述制动系统由制动系统控制运行。
2.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述路况感知系统包括红外测距设备以及高频摄像头，所述红外测距设备通过发射、接收红外线，判断前方障碍物的距离参数并置于车辆的前后端且连接车载计算机，所述高频摄像头置于车辆顶端并连接车载计算机，用于检测红绿灯特殊信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述红外测距设备设置为激光测距设备以及与激光测距设备数据连接的CCD图像处理系统。
4.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述车载计算机输出的决策指令基于PID算法控制的闭环控制原理。
5.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述制动系统设置为液压制动系统。
6.根据权利要求5所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述制动系统采用前盘后鼓的制动系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置，其特征在于：所述车载计算机与汽车刹车灯控制连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置的刹车方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，通过路况感知系统检测汽车周围路况，通过红外测距设备实时监测前后障碍物的距离，通过速度传感器监测汽车实时速度，并将监测信息传输至车载计算机；
步骤二，通过高频摄像头采集红绿灯信号，由颜色识别传感器进行判断，同样把信号传输给车载计算机；
步骤三，车载计算机根据接收到的路况感知系统、速度传感器的数据，判断汽车前后障碍物的运动情况，包括距离、速度、加速度或其它信息处理，从而进行是否刹车的决策判断，若需要刹车则发出刹车决策的指令至制动系统，并控制车灯的工作。
9.根据权利要求8所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置的刹车方法，其特征在于：所述步骤三中的制动系统的制动过程具体包括一下步骤：
步骤1、输入电流产生力矩，实现电机的转动，电机产生转矩，其正比于电流；
步骤2、电机的转角输出经过传动装置转化为电动推杆的直线位移输出，从而推动制动踏板的移动；
步骤3、制动踏板移动带动主油缸中液压制动系统的工作，从而实现刹车过程。
10.根据权利要求9所述的一种基于PID控制的无人车刹车装置的刹车方法，其特征在于：所述电动机通过齿轮减速器进行减速，对电机进行减速增矩，以提高负载能力，所述减速器的输出端带动丝杆螺母，从而将电机的转动转化为直线运动，电机正反转实现推杆动作，液压制动系统在推杆的带动下运行。
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