CN111038572B - 一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法 - Google Patents

一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法 Download PDF

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Abstract

一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法，涉及纯电动汽车技术领域。为解决传统的人工驾驶汽车会存在一些安全的隐患，并且利用传统的人工驾驶不能到达危险区域进行作业的问题。遥控模块的遥控信号输出端与工控机的遥控信号输入端连接，工控机的刹车信号输出端与刹车控制模块的刹车信号输入端连接，工控机的速度信号输出端与速度控制模块的速度信号输入端连接，工控机的转向信号输出端与转向控制模块的转向信号输入端连接。本发明适用于控制纯电动汽车。

Description

一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车技术领域，具体涉及一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法。
背景技术
随着现代石油能源的短缺和人工智能的发展，智能驾驶汽车成为研究热点。智能驾驶汽车开始应用于各行各业，以提高工作便利性和操作安全性。传统的人工驾驶的汽车对于人类存在安全隐患，现在通过远程操作可以驾驶汽车到达人类不能到达的危险区域，完成原来人工不能进行的工作，提高作业安全性和舒适性。
现代军事技术的发展和国家打造现代化军队的目标，对现代军事训练提出了更高的训练要求，由以前的固定靶位变成移动靶位，让军事训练更贴近于实战，这对士兵提出了更高的要求。远程操作电动汽车正可以满足现代军事训练移动靶位的要求，与固定靶位相比更具灵活性和安全性。
综上所述，传统的人工驾驶汽车会存在一些安全的隐患，并且利用传统的人工驾驶不能到达危险区域进行作业的问题。
发明内容
本发明为解决传统的人工驾驶汽车会存在一些安全的隐患，并且利用传统的人工驾驶不能到达危险区域进行作业的问题，而提出基于一种远程遥控纯电动汽车操纵平台及操纵方法。
本发明的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其组成包括遥控模块、工控机、刹车控制模块、速度控制模块和转向控制模块；
遥控模块的遥控信号输出端与工控机的遥控信号输入端连接，工控机的刹车信号输出端与刹车控制模块的刹车信号输入端连接，工控机的速度信号输出端与速度控制模块的速度信号输入端连接，工控机的转向信号输出端与转向控制模块的转向信号输入端连接；
进一步的，所述的工控机的外壳上设有制动按钮，且制动按钮的制动信号输出端与工控机的信号输出端连接；
进一步的，所述的遥控模块包括笔记本电脑、遥控档杆和路由器；笔记本电脑的一个USB接口通过数据线与遥控档杆，路由器的网络接口与网线连接，且笔记本电脑通过WiFi信号与路由器连接，路由器用于接收外界信号和网络信号；
进一步的，所述的笔记本电脑的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接；
进一步的，所述的笔记本电脑通过路由器的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接；
进一步的，所述的刹车控制模块包括电机控制器、电机驱动器和推杆电机；工控机的刹车控制信号输出端与电机控制器的控制信号输入端连接，电机控制器的驱动信号输出端与电机驱动器的驱动信号输入端连接，电机驱动器的驱动信号输出端与推杆电机的输入端连接；
进一步的，所述的速度控制模块包括DA转换器控制板、档位控制器、整车驱动电机控制区和驱动电机；
DA转换器控制板用于将数字信号改成模拟信号，输出电压范围在0～10v，工控机的速度控制信号输出端与DA转换器的输入端连接，DA转换器的输出端与整车驱动电机控制器和挡位控制器的速度控制信号输入端连接，整车驱动控制器对速度和挡位信号进行处理，整车驱动电机控制器的速度控制信号输出端与驱动电机连接；
进一步的，所述的转向控制模块包括方向盘、转角传感器、转向电机、转向电机控制器和传动轴；
方向盘下表面中心处与传动轴的一端固定连接，传动轴的另一端与转向电机的输出端固定连接，传动轴上设有转角传感器，转角传感器的角度信号输出端与转向电机控制器的角度信号输入端连接，转向电机控制器的驱动信号输出端与转向电机连接；
进一步的，所述的遥控模块1采用单PD双边控制系统；
所述的单PD双边控制系统从端不进行PD反馈，仅反馈控制端位置、速度至主端进行PD修正；
操作手柄和无人车数学模型如下：
Figure BDA0002339845690000021
Figure BDA0002339845690000022
讨论线速度的数学模型：
Figure BDA0002339845690000023
其中：
Figure BDA0002339845690000031
令
Figure BDA0002339845690000032
则：
Figure BDA0002339845690000033
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure BDA0002339845690000034
信号传输模型：
Figure BDA0002339845690000035
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure BDA0002339845690000036
式中Ve1——环境反馈线速度；
Vs1——小车实际线速度；
Mm1、Bm1——主端质量和线速度阻尼系数；
Fh1、Fmd1——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm1——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延。
然后，讨论角速度的数学模型：
Figure BDA0002339845690000037
其中：
Figure BDA0002339845690000038
令
Figure BDA0002339845690000039
则：
Figure BDA0002339845690000041
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure BDA0002339845690000042
信号传输模型：
Figure BDA0002339845690000043
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure BDA0002339845690000044
式中Ve2——环境反馈转角速度；
Vs2——小车实际转角速度；
Mm2、Bm2——主端质量和转向速度阻尼系数；
Fh2、Fmd2——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm2——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延；
一种远程遥控纯电动汽车操纵平台的操纵方法，其具体方法如下：
步骤一、开启电动汽车和操纵平台后，操作平台和移动平台建立起通信，汽车摄像头数据回传给操作平台，在电脑笔记本上能够看到汽车周围环境；
步骤二、驾驶员通过遥控档杆能够对汽车进行操作，汽车的转向控制由遥控档杆左右控制；
步骤三、汽车的前进后退由遥控档杆前后控制，为保证安全性，汽车的驱动控制要同时按下驱动按钮实现汽车的驱动控制；
步骤四、操纵平台的工控机的外壳上设有一个制动按钮，按下制动按钮时同时进行操纵遥控档杆控制推杆电机的伸缩。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明克服了现有技术的缺点，采用工控机分别与遥控模块、刹车控制模块、速度控制模块和转向控制模块连接，实现对车辆的控制，并利用笔记本电脑的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接，可以在笔记本电脑看到控制车辆周围的路况信息，实现驾驶汽车完成多种危险作业。
二、本发明克服了现有技术的缺点，采用笔记本电脑通过路由器的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接，实现对控制车辆周围环境的实施监控，并在工控机的外壳上设有制动按钮，且制动按钮的制动信号输出端与工控机的信号输出端连接，当出现紧急情况是可以立即制动，提高了驾驶员的安全性。
三、本发明操作简单，使用方便。
附图说明
图1是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台的电气连接图；
图2是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台中的遥控模块的电气连接图；
图3是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台中的刹车控制模块的电气连接图；
图4是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台中的速度控制模块的电气连接图；
图5是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台中的转向控制模块的电气连接图；
图6是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台中遥控模块的单PD双边控制系统的控制原理图；
图7是本发明所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台操作方法的程序框图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台包括遥控模块1、工控机2、刹车控制模块3、速度控制模块4和转向控制模块5；
遥控模块1的遥控信号输出端与工控机2的遥控信号输入端连接，工控机2的刹车信号输出端与刹车控制模块3的刹车信号输入端连接，工控机2的速度信号输出端与速度控制模块4的速度信号输入端连接，工控机2的转向信号输出端与转向控制模块5的转向信号输入端连接；
本具体实施方式，采用工控机分别与遥控模块、刹车控制模块、速度控制模块和转向控制模块连接，实现对车辆的控制，并利用笔记本电脑的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接，可以在笔记本电脑看到控制车辆周围的路况信息，实现驾驶汽车完成多种危险作业。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的工控机2的外壳上设有制动按钮，且制动按钮的制动信号输出端与工控机2的信号输出端连接。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的遥控模块1包括笔记本电脑1-1、遥控档杆1-2和路由器1-3；笔记本电脑1-1的一个 USB接口通过数据线与遥控档杆1-2，路由器1-3的网络接口与网线连接，且笔记本电脑 1-1通过WiFi信号与路由器1-3连接，路由器1-3用于接收外界信号和网络信号；
本具体实施方式，采用笔记本电脑通过路由器的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接，实现对控制车辆周围环境的实施监控，并在工控机的外壳上设有制动按钮，且制动按钮的制动信号输出端与工控机的信号输出端连接，当出现紧急情况是可以立即制动，提高了驾驶员的安全性。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的笔记本电脑1-1的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接；
本具体实施方式，采用笔记本电脑1-1的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接，可对控制车辆的周围环境进行360°的监测。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的笔记本电脑1-1通过路由器1-3的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接；
本具体实施方式，采用笔记本电脑1-1通过路由器1-3的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接，实现远程对控制车辆的周围环境进行360°的监测。
具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的刹车控制模块3包括电机控制器3-1、电机驱动器3-2和推杆电机3-3；工控机2的刹车控制信号输出端与电机控制器3-1的控制信号输入端连接，电机控制器3-1的驱动信号输出端与电机驱动器3-2的驱动信号输入端连接，电机驱动器3-2的驱动信号输出端与推杆电机3-3的输入端连接。
具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的速度控制模块4包括DA转换器控制板4-1、档位控制器4-2、整车驱动电机控制区4-3 和驱动电机4-4；
DA转换器控制板4-1用于将数字信号改成模拟信号，输出电压范围在0～10v，工控机2的速度控制信号输出端与DA转换器的输入端连接，DA转换器的输出端与整车驱动电机控制器4-3和挡位控制器4-2的速度控制信号输入端连接，整车驱动控制器4-3对速度和挡位信号进行处理，整车驱动电机控制器4-3的速度控制信号输出端与驱动电机4-4 连接。
具体实施方式八：结合图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的转向控制模块5包括方向盘5-1、转角传感器5-2、转向电机5-3、转向电机控制器5-4 和传动轴5-5；
方向盘5-1下表面中心处与传动轴5-5的一端固定连接，传动轴5-5的另一端与转向电机5-3的输出端固定连接，传动轴5-5上设有转角传感器5-2，转角传感器5-2的角度信号输出端与转向电机控制器5-4的角度信号输入端连接，转向电机控制器5-4的驱动信号输出端与转向电机5-3连接。
具体实施方式九：结合图2和图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的操控平台的进一步的限定，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，所述的遥控模块1采用单PD双边控制系统；
所述的单PD双边控制系统从端不进行PD反馈，仅反馈控制端位置、速度至主端进行PD修正；
操作手柄和无人车数学模型如下：
Figure BDA0002339845690000071
Figure BDA0002339845690000072
讨论线速度的数学模型：
Figure BDA0002339845690000081
其中：
Figure BDA0002339845690000082
令
Figure BDA0002339845690000083
则：
Figure BDA0002339845690000084
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure BDA0002339845690000085
信号传输模型：
Figure BDA0002339845690000086
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure BDA0002339845690000087
式中Ve1——环境反馈线速度；
Vs1——小车实际线速度；
Mm1、Bm1——主端质量和线速度阻尼系数；
Fh1、Fmd1——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm1——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延。
然后，讨论角速度的数学模型：
Figure BDA0002339845690000088
其中：
Figure BDA0002339845690000089
令
Figure BDA0002339845690000091
则：
Figure BDA0002339845690000092
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure BDA0002339845690000093
信号传输模型：
Figure BDA0002339845690000094
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure BDA0002339845690000095
式中Ve2——环境反馈转角速度；
Vs2——小车实际转角速度；
Mm2、Bm2——主端质量和转向速度阻尼系数；
Fh2、Fmd2——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm2——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延。
具体实施方式十：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台的操纵方法，其具体方法如下：
步骤一、开启电动汽车和操纵平台后，操作平台和移动平台建立起通信，汽车摄像头数据回传给操作平台，在电脑笔记本1-1上能够看到汽车周围环境；
步骤二、驾驶员通过遥控档杆1-2能够对汽车进行操作，汽车的转向控制由遥控档杆 1-2左右控制；
步骤三、汽车的前进后退由遥控档杆1-2前后控制，为保证安全性，汽车的驱动控制要同时按下驱动按钮实现汽车的驱动控制；
步骤四、操纵平台的工控机2的外壳上设有一个制动按钮，按下制动按钮时同时进行操纵遥控档杆1-2控制推杆电机的伸缩。

Claims (7)

1.一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：包括遥控模块(1)、工控机(2)、刹车控制模块(3)、速度控制模块(4)和转向控制模块(5)；
遥控模块(1)的遥控信号输出端与工控机(2)的遥控信号输入端连接，工控机(2)的刹车信号输出端与刹车控制模块(3)的刹车信号输入端连接，工控机(2)的速度信号输出端与速度控制模块(4)的速度信号输入端连接，工控机(2)的转向信号输出端与转向控制模块(5)的转向信号输入端连接；
所述的速度控制模块(4)包括DA转换器控制板(4-1)、档位控制器(4-2)、整车驱动电机控制区(4-3)和驱动电机(4-4)；
DA转换器控制板(4-1)用于将数字信号改成模拟信号，输出电压范围在0～10v，工控机(2)的速度控制信号输出端与DA转换器的输入端连接，DA转换器的输出端与整车驱动电机控制区(4-3)和档位控制器(4-2)的速度控制信号输入端连接，整车驱动电机控制区(4-3)对速度和挡位信号进行处理，整车驱动电机控制区(4-3)的速度控制信号输出端与驱动电机(4-4)连接；
所述的遥控模块(1)包括笔记本电脑(1-1)、遥控档杆(1-2)和路由器(1-3)；笔记本电脑(1-1)的一个USB接口通过数据线与遥控档杆(1-2)，路由器(1-3)的网络接口与网线连接，且笔记本电脑(1-1)通过WiFi信号与路由器(1-3)连接，路由器(1-3)用于接收外界信号和网络信号；
所述的遥控模块1采用单PD双边控制系统；
所述的单PD双边控制系统从端不进行PD反馈，仅反馈控制端位置、速度至主端进行PD修正；
操作手柄和无人车数学模型如下：
Figure FDA0003466632920000011
Figure FDA0003466632920000012
讨论线速度的数学模型：
Figure FDA0003466632920000013
其中：
Figure FDA0003466632920000021
令
Figure FDA0003466632920000022
则：
Figure FDA0003466632920000023
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure FDA0003466632920000024
信号传输模型：
Figure FDA0003466632920000025
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure FDA0003466632920000026
式中Ve1——环境反馈线速度；
Vs1——小车实际线速度；
Mm1、Bm1——主端质量和线速度阻尼系数；
Fh1、Fmd1——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm1——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延；
然后，讨论角速度的数学模型：
Figure FDA0003466632920000027
其中：
Figure FDA0003466632920000028
令
Figure FDA0003466632920000029
则：
Figure FDA00034666329200000210
主端手柄的修正PD控制器模型：
Figure FDA0003466632920000031
信号传输模型：
Figure FDA0003466632920000032
由上面的公式可得双边PD控制方法的双端口网络模型：
Figure FDA0003466632920000033
式中Ve2——环境反馈转角速度；
Vs2——小车实际转角速度；
Mm2、Bm2——主端质量和转向速度阻尼系数；
Fh2、Fmd2——操作者施加的力和主端接收到的从端反馈力；
KDm2——PD控制的微分系数；
T1、T2——主端到从端和从端到主端的时延。
2.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：所述的工控机(2)的外壳上设有制动按钮，且制动按钮的制动信号输出端与工控机(2)的信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：所述的笔记本电脑(1-1)的另一个USB端口通过数据线与控制车辆上的摄像头连接。
4.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：所述的笔记本电脑(1-1)通过路由器(1-3)的WiFi信号与控制车辆上的摄像头连接。
5.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：所述的刹车控制模块(3)包括电机控制器(3-1)、电机驱动器(3-2)和推杆电机(3-3)；工控机(2)的刹车控制信号输出端与电机控制器(3-1)的控制信号输入端连接，电机控制器(3-1)的驱动信号输出端与电机驱动器(3-2)的驱动信号输入端连接，电机驱动器(3-2)的驱动信号输出端与推杆电机(3-3)的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台，其特征在于：所述的转向控制模块(5)包括方向盘(5-1)、转角传感器(5-2)、转向电机(5-3)、转向电机控制器(5-4)和传动轴(5-5)；
方向盘(5-1)下表面中心处与传动轴(5-5)的一端固定连接，传动轴(5-5)的另一端与转向电机(5-3)的输出端固定连接，传动轴(5-5)上设有转角传感器(5-2)，转角传感器(5-2)的角度信号输出端与转向电机控制器(5-4)的角度信号输入端连接，转向电机控制器(5-4)的驱动信号输出端与转向电机(5-3)连接。
7.根据权利要求1所述的一种远程遥控纯电动汽车操纵平台的操纵方法，其特征在于：其具体方法如下：
步骤一、开启电动汽车和操纵平台后，操作平台和移动平台建立起通信，汽车摄像头数据回传给操作平台；
步骤二、驾驶员通过遥控档杆(1-2)能够对汽车进行操作，汽车的转向控制由遥控档杆(1-2)左右控制；
步骤三、汽车的前进后退由遥控档杆(1-2)前后控制，汽车的驱动控制要同时按下驱动按钮实现汽车的驱动控制；
步骤四、操纵平台的工控机(2)的外壳上设有一个制动按钮，按下制动按钮时同时进行操纵遥控档杆(1-2)控制推杆电机的伸缩。
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