CN110239618A - 一种无人驾驶电动车的线控底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，包括：电源、整车控制器VCU、转向伺服驱动器、推杆电机、牵引电机驱动器、编码器以及布设于整车底盘的传感器；以转向伺服电机取代了原代步底盘的转向结构，利用转向伺服电机的精准位置控制特性来实现准确的线控转向目的，取代传统电动车的转向控制；采用推杆电机作为液压碟刹的驱动力，由VCU直接控制推杆电机代替传统的刹车方式。VCU通过内置的DAC转换器调制输出精确可调的模拟量取代传统电动车的转把式速度控制。定制的内置编码器实时反馈车子转速，以便调节车速及获悉处理速度信息。本发明通过整车控制器VCU的线控系统可以完全摆脱人为控制，实现底盘可自主运行。

Description

一种无人驾驶电动车的线控底盘
技术领域
本发明涉及线控底盘技术领域，尤其是一种无人驾驶电动车的线控底盘。
背景技术
传统的底盘是这样的：由传动系统、转向系统、制动系统、行驶系统构成。将驾驶员的控制命令通过一系列的机械装置传递到执行机构。执行机构开始执行功能装置。
传统底盘的缺陷是：传统的传递命令的机械装置往往笨重且复杂；整车控制不够精准，误差大容易出现传动导致的执行偏差；
为克服传统底盘的缺陷，线控底盘应运而生，现有的线控底盘结构为：
使用电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作。会使用精确、敏感的电子传感器和执行元件代替一些笨重，精确度低的机械结构，省略去很多原本繁琐的机械传动机构。用电子装置取代原底盘的传动链接装置及液压连接装置等。驾驶员再通过人机接口将驾驶指令转为电信号传到执行机构，执行机构再到功能装置，而传感器感知功能装置的状态通过电信号再在人机接口反馈给驾驶员。
但现有线控底盘的缺陷为：虽然实现了线控技术但最终还是需要人机交互，需要为人为操作保留座椅，方向盘等人机交互结构装置，不能自主运行。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种无人驾驶电动车的线控底盘。
技术方案：本发明提出的技术方案为：
一种无人驾驶电动车的线控底盘，包括：电源、整车控制器VCU、转向伺服驱动器、推杆电机、牵引电机驱动器、编码器以及布设于整车底盘的传感器；整车控制器VCU通过自身搭载的单片机ATMEGA2560分别与上位机、推杆电机、转向伺服驱动器、牵引电机驱动器、编码器和传感器相连；转向伺服驱动器与转向伺服电机及其连接的减速电机共同构成底盘的转向机构，推杆电机作为液压碟刹系统的驱动电机；牵引电机驱动器连接油门伺服电机；
整车控制器VCU通过编码器采集油门伺服电机的转速信息，通过布设于整车各处的传感器采集实时车辆状态信息，然后将采集到的信息反馈给上位机；上位机通过采集到的信息同生成车辆行驶控制指令反馈给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据车辆行驶控制指令控制各执行系统执行相应操作，具体包括：
当进行转向控制时，整车控制器VCU将上位机发送的转向控制指令输出至转向伺服驱动器，转向伺服驱动器输出具有相应占空比的脉冲信号给转向伺服电机，转向伺服电机根据脉冲信号驱动减速电机转动相应角度，实现整车底盘转向；
当进行刹车控制时，整车控制器VCU向搭载的电机控制芯片发送刹车控制信号，电机控制芯片MCU通过控制推杆电机电流来控制推杆电机方向及输出推力，推杆电机输出的推力作为液压碟刹提供液压的压力，完成刹车动作；
当进行速度控制时，整车控制器VCU接收编码器采集的信息，并根据上位机下发速度控制指令得到目标控制信号，通过内置的DAC转换器调制目标控制信号得到相应的模拟电压，然后将模拟电压输出至油门伺服电机作为油门电压；
当进行开关控制时，整车控制器VCU通过开关装置控制所连接的各个支路。
进一步的，所述单片机为整车控制器VCU提供外部接口，包括：TTL接口、PWM接口、485接口、IIC接口、RST接口和I/O接口。
进一步的，所述整车控制器VCU与上位机之间通过有线通信或无线通信方式交互。
进一步的，所述整车控制器VCU与上位机之间通过485总线进行交互。
进一步的，还包括电源管理系统BMS，电源管理系统BMS连接在电源与整车控制器VCU之间，用于对电源功能进行管理。
进一步的，所述整车底盘转向角度设置为+37°～-37°。
进一步的，所述开关装置包括继电器和开关管。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明通过整车控制器VCU的线控系统可以完全摆脱人为控制，实现底盘可自主运行，在同类线控底盘中具有明显的价格优势。
附图说明
图1为实施例所述无人驾驶电动车的线控底盘的整体结构图；
图2为转向伺服电机控制接线示意图；
图3为推杆电机选型示意图；
图4为MCU电气配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
本实施例提出一种无人驾驶电动车的线控底盘，其整体结构如图1所示，这个线控底盘通过自主设计的整车控制器VCU配合所搭载的单片机ATMEGA2560给出的接口，可以独立实现底盘的所有除开关机的操作。上位机通过开放的RS232协议向整车控制器VCU发送车辆行驶控制指令，整车控制器VCU接收车辆行驶控制指令后，由VCU的单片机输出转向、油门、刹车及LED灯等控制命令，VCU所连接的各执行系统接收相应的命令后执行动作，单片机配置如图4所示。
图1所示的无人驾驶电动车的线控底盘包括：电池盒、电源管理系统BMS、整车控制器VCU、转向伺服驱动器、推杆电机、牵引电机驱动器、编码器以及布设于整车底盘的传感器；电池盒通过电源管理系统BMS与整车控制器VCU相连，在电源管理系统BMS的管理下为整车控制器VCU供电；整车控制器VCU通过搭载的电机控制芯片MCU分别与上位机、推杆电机、转向伺服驱动器、牵引电机驱动器、编码器和传感器相连；转向伺服驱动器与转向伺服电机及其连接的减速电机共同构成底盘的转向机构，推杆电机作为液压碟刹系统的驱动电机；牵引电机驱动器连接油门伺服电机；
整车控制器VCU通过编码器采集油门伺服电机的转速信息，通过布设于整车各处的传感器采集实时车辆状态信息，然后将采集到的信息反馈给上位机；上位机通过采集到的信息同生成车辆行驶控制指令反馈给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据车辆行驶控制指令控制各执行系统执行相应操作，具体包括：
当进行转向控制时，整车控制器VCU将上位机发送的转向控制指令输出至转向伺服驱动器，转向伺服驱动器输出具有相应占空比的脉冲信号给转向伺服电机，转向伺服电机根据脉冲信号驱动减速电机转动相应角度，实现整车底盘转向；
当进行刹车控制时，整车控制器VCU向搭载的电机控制芯片MCU发送刹车控制信号，电机控制芯片MCU通过控制推杆电机电流来控制推杆电机方向及输出推力，推杆电机输出的推力作为液压碟刹提供液压的压力，完成刹车动作；
当进行速度控制时，整车控制器VCU接收编码器采集的信息，并根据上位机下发速度控制指令得到目标控制信号，通过内置的DAC转换器调制目标控制信号得到相应的模拟电压，然后将模拟电压输出至油门伺服电机作为油门电压；
当进行开关控制时，整车控制器VCU通过开关装置控制所连接的各个支路。
图2所示为伺服电机控制接线图，本实施例选用功率为200W的伺服电机驱动器及
转向伺服电机配以*20的减速电机增强电机扭矩(达到驱动转向的能力)代替底盘转向机结构。整车控制器VCU模拟光电编码器的脉冲输出并接入转向伺服驱动器的接口，转向伺服驱动器选择占空比调速模式，调节转向伺服驱动器一个适当电子齿轮比例，转向伺服电机就可以根据整车控制器VCU输出的模拟编码器脉冲转动转向所需要的圈数，从而带动底盘转向机转动。根据底盘的结构特性，设置转向角度为+37°～-37°，尽量让底盘拥有足够小的转向半径，方便自主控制的路径规划。转向伺服电机的位置控制可以精准的控制底盘的转向角度。
底盘的刹车为前后轮液压碟刹方式，由推杆电机提供液压的压力。推杆电机选用G-ROCK的D6系列，具体参数如图3所示。当上位机发送刹车指令时(或者编码器反馈速度超过及时油门速度时)，整车控制器VCU的电机控制芯片启动输出对应电压控制推杆电机输出合适力矩，推杆电机输出的力矩作为液压碟刹液压的压力，从而完成刹车动作。液压方式刹车可以介入到底盘的防跑飞与溜坡的情况中，保障底盘的行车安全。
底盘的原速度系统为传统的油门把手手动调节一个输出0-5V的电位器的电压接入到底盘的牵引电机驱动器的油门输入接口中。本实施例中自主设计的整车控制器VCU采用了高精度的DAC转换芯片MCP47225，通过IIC接口控制，可以模拟输出一个实时可调的模拟电压取代把手输出油门电压，以此来控制底盘的速度比油门控制更加稳定可控。配合整车控制器VCU控制的刹车系统可以使底盘的速度保持稳定、长久的恒速。
整车控制器VCU通过继电器控制底盘驱动器开关、底盘的前后大灯与相应的可外接设备的电源开关。继电器开关控制可以通过程序设置及外设连接灵活配置。
本实施例以转向伺服电机取代了原代步底盘的转向结构，利用转向伺服电机的精准位置控制特性来实现准确的线控转向目的，取代传统电动车的转向控制。本发明采用推杆电机作为液压碟刹的驱动力，由VCU直接控制推杆电机代替传统的刹车方式。自主设计的VCU(整车控制单元；Vehicle Control Unit)通过DAC(数字模拟转换器)芯片MCP47225调制输出精确可调的模拟量取代传统电动车的转把式速度控制。定制的内置编码器实时反馈车子转速，以便调节车速及获悉处理速度信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，包括：电源、整车控制器VCU、转向伺服驱动器、推杆电机、牵引电机驱动器、编码器以及布设于整车底盘的传感器；整车控制器VCU通过自身搭载的单片机ATMEGA2560分别与上位机、推杆电机、转向伺服驱动器、牵引电机驱动器、编码器和传感器相连；转向伺服驱动器与转向伺服电机及其连接的减速电机共同构成底盘的转向机构，推杆电机作为液压碟刹系统的驱动电机；牵引电机驱动器连接油门；
整车控制器VCU通过编码器采集整车后轮反馈的转速信息，通过布设于整车各处的传感器采集实时车辆状态信息，然后将采集到的信息反馈给上位机；上位机通过采集到的信息同生成车辆行驶控制指令反馈给整车控制器VCU，整车控制器VCU根据车辆行驶控制指令控制各执行系统执行相应操作，具体包括：
当进行转向控制时，整车控制器VCU将上位机发送的转向控制指令输出至转向伺服驱动器，转向伺服驱动器输出具有相应占空比的脉冲信号给转向伺服电机，转向伺服电机根据脉冲信号驱动减速电机转动相应角度，实现整车底盘转向；
当进行刹车控制时，整车控制器VCU向搭载的电机控制芯片发送刹车控制信号，电机控制芯片通过控制推杆电机电流来控制推杆电机方向及输出推力，推杆电机输出的推力作为液压碟刹提供液压的压力，完成刹车动作；
当进行速度控制时，整车控制器VCU接收编码器采集的信息，并根据上位机下发速度控制指令得到目标控制信号，通过内置的DAC转换器调制目标控制信号得到相应的模拟电压，然后将模拟电压输出至牵引伺服电机驱动器作为油门电压；
当进行开关控制时，整车控制器VCU通过开关装置控制所连接的各个支路。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，所述单片机ATMEGA2560为整车控制器VCU提供外部接口，包括：RS232接口、PWM接口、485接口、IIC接口、RST接口和I/O接口。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，所述整车控制器VCU与上位机之间通过有线通信或无线通信方式交互。
4.根据权利要求3所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，所述整车控制器VCU与上位机之间通过RS232串口进行交互。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，还包括电源管理系统BMS，电源管理系统BMS连接在电源与整车控制器VCU之间，用于对电源功能进行管理。
6.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，所述整车底盘转向角度设置为+37°～-37°。
7.根据权利要求1所述的一种无人驾驶电动车的线控底盘，其特征在于，所述开关装置包括继电器和开关管。
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