CN112895896A - 油动无人车自动控制系统和控制方法 - Google Patents

油动无人车自动控制系统和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112895896A
CN112895896A CN202110149816.0A CN202110149816A CN112895896A CN 112895896 A CN112895896 A CN 112895896A CN 202110149816 A CN202110149816 A CN 202110149816A CN 112895896 A CN112895896 A CN 112895896A
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
gear
vehicle
module
steering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110149816.0A
Other languages
English (en)
Inventor
冯兴明
宋允波
沈逸飞
乔鸿祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Aoweike Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Shandong Aoweike Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Aoweike Intelligent Technology Co ltd filed Critical Shandong Aoweike Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202110149816.0A priority Critical patent/CN112895896A/zh
Publication of CN112895896A publication Critical patent/CN112895896A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K31/00—Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/12—Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B60W30/04—Control of vehicle driving stability related to roll-over prevention
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/09—Taking automatic action to avoid collision, e.g. braking and steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/24—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
    • B62D1/28—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers
    • B62D1/283—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted non-mechanical, e.g. following a line or other known markers for unmanned vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/105—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the function converting demand to actuation, e.g. a map indicating relations between an accelerator pedal position and throttle valve opening or target engine torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/02—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used
    • F16H61/0202—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric
    • F16H61/0204—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B60W30/04—Control of vehicle driving stability related to roll-over prevention
    • B60W2030/043—Control of vehicle driving stability related to roll-over prevention about the roll axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Abstract

本发明公开了本发明提供的一种油动无人车自动控制系统，工控台与整车控制器通过CAN总线信号连接，所述整车控制器与油门控制模块、制动控制模块、轮速检测模块、档位控制模块、转向控制模块以及车辆姿态检测模块分别通过CAN总线信号连接，接收这些各个模块发出的信号进行计算、判断和汇总数据，发送至工控台，工控台发出的信号传递至整车控制器，由整车控制器再对各个模块发出信号实现控制。本发明提出的油动发动机无人车，动力强、续航时间长；针对油动发动机转速、制动、转向和档位控制难度高的问题，实现制动、档位、油门精确控制；实现油动无人车在各种复杂地形、环境下可以保持理想的行驶状态，保证无人车行驶稳定。

Description

油动无人车自动控制系统和控制方法
技术领域
本发明属于无人车技术领域，尤其涉及油动无人车自动控制系统和控制方法。
背景技术
现在自动驾驶机器人底盘已经涉及到各个行业，现在绝大部分机器人底盘采用电机作为动力，控制简单，体积小，多样化，可以适用于各种不同的场合，在各个行业取得优异的成绩，例如消防机器人，极大程度的减少了人员伤亡。然而，采用电机作为动力的机器人底盘缺点显而易见，续航时间短，动力不足，很多场合无法使用。
采用油动发动机，动力强、续航时间长。但油动发动机的转速、制动、转向和档位等控制难度高，为了实现油动无人车在各种复杂地形、环境下可以保持理想的行驶状态，目前尚无专门针对油动发动机无人车的自动控制系统公开。
发明内容
为解决现有技术的以上问题，本发明提供一种油动无人车自动控制系统和控制方法。
本发明提供的一种油动无人车自动控制系统，包括工控台；整车控制器；
油门控制模块和制动控制模块，控制无人车行驶速度，油门控制模块控制发动机转速为无人车提供动力，制动控制模块为无人车提供制动力；
轮速检测模块，检测无人车速度；
档位控制模块，控制无人车进行更换档位；
转向控制模块，控制无人车转弯；
车辆姿态检测模块，检测无人车姿态；
所述工控台与整车控制器通过CAN总线信号连接，所述整车控制器与油门控制模块、制动控制模块、轮速检测模块、档位控制模块、转向控制模块以及车辆姿态检测模块分别通过CAN总线信号连接，接收这些各个模块发出的信号进行计算、判断和汇总数据，发送至工控台，工控台发出的信号传递至整车控制器，由整车控制器再对各个模块发出信号实现控制。
进一步的，所述轮速检测模块，包括在车轮传动轴上通过磁铁固定环设置的磁铁，以及在霍尔传感器支架上设置的与整车控制器连接的霍尔传感器，所述磁铁固定环通过紧固环固定于车轮传动轴上，所述磁铁固定环为在车轮传动轴上串联且相对位置固定的结构相同的两个，两个磁铁固定环上的磁铁交错圆形阵列式设置；所述霍尔传感器为相对有一定夹角的两个，每个霍尔传感器对准一个磁铁固定环上的一列磁铁，两路霍尔传感器接收两个不同磁铁固定环上两排磁铁的信号从而判定车轮的正转或反转；霍尔传感器每接近一个磁铁就向整车控制器输出一个脉冲信号，整车控制器根据脉冲信号计算单位时间内无人车的移动距离，从而精确地得到无人车的轮速，即无人车的行驶速度，速度信号接收到整车控制器从而进行判断发出下一步指令。
进一步的，所述油门控制模块主要功能是根据无人车当前行驶速度，控制发动机转速实现无人车速度调整。
本发明提供的针对油动发动机的油门控制模块，结构上包括油门控制模块上壳、油门控制模块下壳组成的油门控制模块壳体，以及油门控制模块壳体内部设置的拉线轮、径向磁铁、拉线压头、油门控制电机马达、油门控制电机编码器、油门控制减速齿轮组、舵机盘、油门控制角度传感器控制板、拉线和油门控制单片机；
油门控制电机马达的输出轴经过油门控制减速齿轮组连接至舵机盘，所述拉线轮固定设置于舵机盘上；
所述拉线轮的圆形外周环绕设置用于限位拉线的轮槽，拉线轮圆周上设置圆形空槽缺口，设置与空槽缺口嵌合的拉线压头，拉线的一端由拉线压头压紧固定于拉线轮上，另一端绕在拉线轮轮槽上、而后贯穿壳体最终连接至发动机节气门圆形阀门；
拉线轮轴向中心设置径向磁铁，平行于拉线轮设置油门控制角度传感器控制板，油门控制角度传感器控制板上固定设置油门控制角度传感器，油门控制角度传感器检测径向磁铁的旋转角度；所述油门控制单片机与整车控制器、油门控制电机编码器、油门控制电机马达、油门控制角度传感器分别连接，接收整车控制器、油门控制角度传感器、油门控制电机编码器传递的信号，并控制油门控制电机马达转动从而控制发动机节气门圆形阀门的开度。
优选的，所述拉线采用钢丝材质制成，拉线轮采用聚甲醛(POM)材料加工，POM材料有强度高自润滑等特性，使得拉线轮在尺寸小的情况下有较高的强度，同时拉线轮具有自润滑不易于拉线产生过大的摩擦力。
所述拉线轮采用四个螺钉固定于舵机盘上。
进一步的，本发明提供的所述制动控制模块，包括制动电机、同步轮Ⅰ、同步轮Ⅱ、同步轮皮带、制动模块丝杠、制动模块丝杠螺母、液压总泵、液压泵活塞、制动液壶、制动液管、刹车分泵、制动盘、刹车分泵活塞、刹车片、制动控制板、制动压力传感器；
所述制动电机输出轴连接至同步轮Ⅰ，同步轮皮带连接同步轮Ⅰ和同步轮Ⅱ，所述制动模块丝杠一端连接至同步轮Ⅱ、随同步轮Ⅱ旋转，另一端外套制动模块丝杠螺母，制动模块丝杠螺母连接至液压总泵，液压总泵通过制动液管连接至刹车分泵，刹车分泵驱动刹车片对车辆进行制动。
优选的，所述液压总泵包括液压泵活塞以及与液压泵活塞连接的液压泵推杆，液压总泵连接至制动液壶提供驱动液压泵活塞的液压油；
制动模块丝杠螺母连接至液压泵推杆，驱动液压泵推杆往复移动，从而带动液压泵活塞平移，通过制动液管内的液压油向刹车分泵施加压力。
所述刹车分泵设置于制动车轮上。
在本发明提供的一个实施例中，所述制动车轮为四个，所述液压总泵通过制动液管分支为四个支路，分别连接至四个刹车分泵。
优选的，每个所述刹车分泵内设置对称的两个刹车分泵活塞和两个刹车片，每个与相邻的刹车片贴合，制动盘位于两个刹车片之间，当刹车分泵活塞压迫刹车片时，对制动盘摩擦力增大，起到制动效果。
优选的，为了实现自动检测反馈效果，在液压总泵输出端与制动液管连接处位置还设置了制动压力传感器，用于检测液压总泵输出液压油的压力。
还包括制动控制板，在一个实施例中，所述制动控制板采用型号为STM32F103RCT6芯片，与制动电机、制动压力传感器分别连接，接收工控台和整车控制器发送的制动信号，根据制动压力传感器反馈的压力控制刹车力度，控制板进行数据处理将信号传递到制动电机以控制电机的运转动作。
本发明提供的所述档位控制模块包括由档位控制模块上壳、档位控制模块中壳和档位控制模块下壳围成的档位控制模块壳体，以及设置于档位控制模块壳体内的顶杆、弹簧、档位控制丝杠螺母、档位控制丝杠、第一齿轮、第二齿轮、档位控制电机减速齿轮组、档位控制电机马达、档位控制电机马达编码器；
所述档位控制电机马达编码器连接至档位控制电机马达，所述档位控制电机马达的输出轴通过电机减速齿轮组连接至第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合传递电机马达输出的动力；所述第一齿轮与档位控制丝杠一端固定连接，档位控制丝杠外围套有带内螺纹的档位控制丝杠，所述档位控制丝杠螺母的内螺纹与档位控制丝杠的外螺纹配合，使得档位控制丝杠螺母在档位控制丝杠旋转时实现往复平移；所述弹簧一端连接至档位控制丝杠螺母、另一端连接至顶杆的一个侧面，顶杆另一侧面与变速箱档杆固定连接，所述档位控制模块上壳上留有供所述变速箱档杆贯穿的通孔。
档位控制模块螺母用于将档位控制装置固定于变速箱上，安装时先将档位控制模块上壳取下，将档位控制模块螺母把上壳固定在变速箱上，再将档位控制装置剩余部分采用四颗螺丝固定在上壳上，安装完成。
在一个实施例中，所述档位控制丝杠螺母与档位控制丝杠通过销轴固定连接或者键合连接。
在一个实施例中，所述第一齿轮齿轮盘内部通过花键或销轴结构与档位控制丝杠的一端固定连接。
在一个实施例中，档位控制电机马达编码器为电位器，与档位控制电机马达转轴连接通过电位器阻值检测控制电机马达运转。
在一个实施例中，所述档位控制装置还包括设置于档位控制丝杠末端中壳位置的行程开关，行程开关检测档位控制丝杠螺母的位置以判定档位状态。
优选的，本发明还包括档位控制板，所述档位控制板采用型号为STM32F103RCT6的芯片，所述档位控制板与电机马达编码器和行程开关分别连接，接收行程开关信号传递的档位信息，控制电机马达的转动方向和速度。
进一步的，本发明提供的所述转向控制模块，包括转向机、转向模块连杆、转向模块联轴器、转向模块减速机、转向模块电机，转向模块电机、转向角度传感器和转向控制单片机，转向模块减速机安装于汽车底盘下方，转向模块电机的输出轴与转向模块减速机的输入轴连接，转向模块减速机输出轴通过转向模块联轴器连接至转向机，所述转向机通过转向模块连杆和转向节连接至车轮的轮毂上，所述转向机为齿轮齿条转向结构，带动转向模块连杆沿其轴向移动，从而实现车轮的转向。所述转向控制角度传感器设置于转向模块联轴器末端；所述转向控制单片机与转向模块电机、转向控制角度传感器分别连接，接收转向控制角度传感器传递的角度信号，控制转向模块电机的运转。
进一步的，本发明提供的车辆姿态检测模块，结构上包括内置角度传感器、内置加速度传感器、内置角速度传感器、和内置磁力计，用于检测无人车的俯仰角、横滚角和航向角，通过CAN总线连接至整车控制器。
作为本发明的第二个方面，在于提供油动无人车自动控制方法，包括如下步骤：
S1、整车控制器接收工控机路径规划信息，车辆各模块自检通过后，进入下一步骤车辆的纵向控制或横向控制；
S2、车辆纵向控制包括在车辆行驶方向上的在档位控制模块控制下前进动作和后退动作，油门控制模块提供驱动力，并根据轮速检测模块提供的速度信息形成闭环控制，根据车辆姿态检测模块提供的姿态信息必要时通过转向控制模块转向保证车辆直线行走；
车辆横向控制首先包括根据轮速检测模块调整转向响应速度，而后利用转向控制模块控制转向角度；
S3、利用车体上安装的激光雷达障碍检测并将结果传递至工控台，如未检测到障碍，车辆保持直线行走；如检测到存在障碍，通过制动控制模块实现紧急刹车。
优选的，所述S2步骤中档位控制过程为：工控台发出换挡信号，整车控制器接收工控台发出的换挡信号，整车控制器计算数据发送给档位控制板，档位控制板做出指令发送到档位控制电机马达编码器，档位控制电机马达编码器驱动档位控制电机马达，档位控制电机马达通过齿轮组第一齿轮、第二齿轮、电机减速齿轮组，将动力传递到档位控制丝杠，档位控制丝杠做旋转运动带动档位控制丝杠螺母做直线运动，档位控制丝杠螺母通过弹簧和顶杆推动变速箱档杆实现档位的切换。
所述S2步骤中还包括车辆速度的调整，具体过程为：
S21、工控台发出车辆速度变更的信号传递至整车控制器，整车控制器根据工控台发送的目标速度和目标轮速检测轮速检测模块上传的当前轮速信息，计算过程为：
先用目标速度减去实际速度得到差值err(t)，然后分别对差值项进行比例，积分，微分三项的加权求和得到输出信号：
Figure BDA0002932334510000061
其中，Kp，Ki，Kd，t分别是自定的比例，积分，微分权重，时间，U(out)为输出信号；
比例项Kp相当于瞬时误差，积分项Ki代表了消除瞬时误差后的静差随时间的累计的结果，微分项Kd对应瞬时误差的斜率，预测了未来短时间内误差的可能情况，通过调整加权系数，可以实现控制车速稳定保持在理想的范围内；
S22、整车控制器将油门开度信息、油门响应灵敏度信息通过CAN总线发送给油门控制模块，油门控制角度传感器控制板根据整车控制器发送的油门开度信息、油门响应灵敏度信息和油门控制角度传感器控制板上角度传感器反馈的节气门开度，计算出电机动作的速度和位置，将此信息发送到油门控制电机编码器，油门控制电机编码器驱动油门控制电机马达，油门控制电机马达将动力通过油门控制模块减速齿轮组传递到与固定在齿轮组输出轴上的拉线轮，拉线轮做旋转运动带动拉线在拉线轮外径做直线运动，从而带动拉线末端的发动机节气门圆形阀门做旋转运动，角度传感器通过检测固定在拉线轮中心的径向磁铁的磁感线旋转得出拉线轮当前的角度，从而实现节气门开度的精确控制，达到稳定发动机转速稳定的目的。
所述S2步骤中还包括车辆姿态的调整，具体过程为：
车辆姿态检测模块主要是检测车辆姿态，数据包含俯仰角、横滚角、航向角，发送到整车控制器，整车控制器通过姿态融合算法控制车辆保持良好的行驶状态。具体过程为：
S23、首先测量Corolis力F，通过F＝2v×w得到角速度w；
S24、对角速度w进行中值积分分别得到车辆的现阶段的偏航角，俯仰角，滚动角的初始数据；
S25、再通过加速度计得到关于俯仰角，滚动角的矫正数据；磁力计通过霍尔效应测量磁场强度，对偏航角进行矫正。
得到角度数据后整车控制器进行旋转矩阵计算：
Figure BDA0002932334510000071
其中x、y、z和x'、y'、z'分别是变换前后特征点坐标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明为了弥补现在自动驾驶车辆或机器人领域电机作为动力的弊端，提出一种油动发动机无人车，动力强、续航时间长；
2、针对油动发动机转速、制动、转向和档位控制难度高的问题，提出了适用于油动发动机的制动控制模块、档位控制模块等结构组成，实现制动、档位、油门精确控制；
3、通过车辆姿态检测模块检测以及各个模块的调整矫正作用，从而保持车辆直行，同时避免车辆侧翻；实现油动无人车在各种复杂地形、环境下可以保持理想的行驶状态，保证无人车行驶稳定；
4、在以上有益效果的基础上，采用本发明提供的自动控制系统的无人车在应用于消防机器人、农业等领域，一方面避免人工接触危险工作场景、也起到节约劳动力、提升劳动效率的作用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明提供的油动无人车自动控制系统的整体结构示意图；
图2为本发明提供的油动无人车自动控制系统的轮速检测模块的结构示意图，其中，图a为侧视图，图b为正视图；
图3为本发明提供的油动无人车自动控制系统的油门控制模块的结构示意图，其中，图a为立体结构示意图，图b为侧视图，图c为图b的A-A截面图，图d为图c的B-B截面图；
图4为本发明提供的油动无人车自动控制系统的制动控制模块的结构示意图；
图5为本发明提供的油动无人车自动控制系统的档位控制模块的结构示意图，其中，图a为立体结构示意图，图b为侧视图，图c为图b的A-A截面图，图d为图c的B-B截面图；
图6为本发明提供的油动无人车自动控制系统的转向控制模块的结构示意图；
图7为本发明提供的油动无人车自动控制系统的控制流程示意图；
图8为轮速检测模块的流程示意图；
图9为油门控制模块的流程示意图；
图10为制动控制模块的流程示意图；
图11为档位控制模块的流程示意图；
图12转向控制模块的流程示意图。
其中，1-车轮传动轴，2-磁铁，3-磁铁固定环，4-霍尔传感器支架，5-霍尔传感器，6-紧固环，7-油门控制后模块上壳，8-油门控制模块下壳，9-拉线轮，10-径向磁铁，11-拉线压头，12-油门控制电机马达，13-油门控制电机编码器，14-油门控制减速齿轮组，15-舵机盘，16-油门控制角度传感器，17-拉线，18-发动机节气门圆形阀门，19-制动电机，20-同步轮Ⅰ，21-同步轮Ⅱ，22-同步轮皮带，23-制动模块丝杠，24-制动模块丝杠螺母，25-液压总泵，26-液压泵活塞，27-制动液壶，28-制动液管，29-刹车分泵，30-制动盘，31-刹车分泵活塞，32-刹车片，33-档位控制上壳，34-档位控制中壳，35-档位控制下壳，36-档位控制模块螺母，37-顶杆，38-弹簧，39-档位控制丝杠螺母，40-档位控制丝杠，41-第一齿轮，42-第二齿轮，43-档位控制电机减速齿轮组，44-档位控制电机马达，45-档位控制电机马达编码器，46-控制板第一固定座，47-控制板第二固定座，48-档位控制板，49-变速箱档杆，50-转向机，51-转向模块连接杆，52-转向模块联轴器，53-转向模块减速机，54-转向模块电机；
100-制动控制板，101-制动压力传感器，102-转向节，103-车轮，104-行程开关，105-转向控制角度传感器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：油动无人车自动控制系统
如图1所示，包括工控台；
整车控制器；
油门控制模块和制动控制模块控制无人车行驶速度，油门控制模块控制发动机转速为无人车提供动力，制动控制模块为无人车提供制动力；
轮速检测模块，检测无人车速度；
档位控制模块，控制无人车进行更换档位；
转向控制模块，控制无人车转弯；
车辆姿态检测模块，检测无人车姿态；
所述工控台与整车控制器通过CAN总线信号连接，所述整车控制器与油门控制模块、制动控制模块、轮速检测模块、档位控制模块、转向控制模块以及车辆姿态检测模块分别通过CAN总线信号连接，接收这些各个模块发出的信号进行计算、判断和汇总数据，发送至工控台，工控台发出的信号传递至整车控制器，由整车控制器再对各个模块发出信号实现控制。
具体的，所述工控台具体为计算机，作为路径规划单元，包含并向整车控制器发出目标速度和目标轮速，行驶的经纬度信息，转弯角度信息，接收其他模块提供的信号并控制其他模块运转。
1.1、轮速检测模块
本发明提供的轮速检测模块，如图2所示，包括在车轮传动轴1上通过磁铁固定环3设置的磁铁2，以及在霍尔传感器支架4上设置的与整车控制器连接的霍尔传感器5，所述磁铁固定环3通过紧固环6固定于车轮传动轴1上，如图2a所示，所述磁铁固定环3为在车轮传动轴1上串联且相对位置固定的结构相同的两个，两个磁铁固定环3上的磁铁交错圆形阵列式设置，即两个磁铁固定环3上的磁铁位置不重叠，所述霍尔传感器5为相对有一定夹角的两个，每个霍尔传感器对准一个磁铁固定环上的一列磁铁，两路霍尔传感器通过接收两个不同磁铁固定环上两排磁铁的信号，两路信号相位相差90度，从而判定车轮的正转或反转，在本实施例中，每个磁铁固定环上所述磁铁2为32个；霍尔传感器5每接近一个磁铁就向整车控制器输出一个脉冲信号，车轮传动轴1每转动一周，霍尔传感器5输出32个脉冲信号，整车控制器根据脉冲信号计算单位时间内无人车的移动距离，从而精确地得到无人车的轮速，即无人车的行驶速度，轮速检测模块的运转流程图如图8所示，整车控制器得出行驶速度从而进行判断发出下一步指令。
1.2、油门控制模块
所述油门控制模块主要功能是根据无人车当前行驶速度，控制发动机转速实现无人车速度调整。
本发明提供了针对油动发动机的油门控制模块，如图3所示，结构上包括包括油门控制模块上壳7、油门控制模块下壳8组成的油门控制模块壳体，以及油门控制模块壳体内部设置的拉线轮9、径向磁铁10、拉线压头11、油门控制电机马达12、油门控制电机编码器13、油门控制减速齿轮组14、舵机盘15、油门控制角度传感器控制板16、拉线17以及油门控制单片机；
油门控制电机马达12的输出轴经过油门控制减速齿轮组14连接至舵机盘15，所述拉线轮9固定设置于舵机盘15上；
所述拉线轮9的圆形外周环绕设置用于限位拉线17的轮槽，拉线轮9圆周上设置圆形空槽缺口，设置与空槽缺口嵌合的拉线压头，拉线17的一端由拉线压头11压紧固定于拉线轮9上，另一端绕在拉线轮9轮槽上、而后贯穿壳体最终连接至发动机节气门圆形阀门18；
拉线轮9轴向中心设置径向磁铁10，平行于拉线轮9设置油门控制角度传感器控制板16，油门控制角度传感器控制板16上固定设置油门控制角度传感器，油门控制角度传感器检测径向磁铁10的旋转角度；所述油门控制电机编码器13记录油门控制电机马达12转过的角度；所述油门控制单片机与整车控制器、油门控制电机编码器13、油门控制电机马达12、油门控制角度传感器分别连接，接收整车控制器、油门控制角度传感器、油门控制电机编码器13传递的信号，并控制油门控制电机马达12转动从而控制发动机节气门圆形阀门18的开度。
所述拉线17采用钢丝材质制成，拉线轮采用聚甲醛(POM)材料加工，POM材料有强度高自润滑等特性，使得拉线轮在尺寸小的情况下有较高的强度，同时拉线轮具有自润滑不易于拉线产生过大的摩擦力。
所述拉线轮9采用四个螺钉固定于舵机盘15上。
所述径向磁铁10购自温州市佰瑞磁铁有限公司，型号为6*3mm。所述角度传感器具体为基于磁旋转编码器，购自英飞凌科技公司，型号为TLB5012。所述舵机盘15购自深圳市华馨京科技有限公司，型号为25T标准。所述油门控制单片机采用型号为STM32F103RCT6芯片。
本发明提供的智能油门控制装置，其作用原理为：为了精准地控制无人车汽油发动机的油门大小，从而使无人车行驶更加平稳，本发明采用了闭环控制设计。如图9所示，油门控制单片机接收整车控制器传来的油门大小0-100％的开度指令，转换为电机转过的角度，通过PID位置算法转为指定角度，通过油门控制电机编码器13记录油门控制电机马达12的转动角度，油门控制电机马达12输出的驱动力通过油门控制减速齿轮组14提高扭矩通过轴传动带动固定在舵机盘15上的拉线轮9转动，一端被拉线压头11固定的拉线17由拉线轮9带动沿拉线轮9外径移动，拉线17拉动发动机上的节气门圆形阀门18，通过控制节气门开度从而控制油门大小；同时，固定于油门控制角度传感器控制板16上的油门控制角度传感器检测嵌入在拉线轮9上磁感线通过圆心的径向磁铁4旋转产生的磁场变化、得出拉线轮当前旋转角度反馈至油门控制单片机，从而形成控制闭环。油门控制电机马达12通过拉线轮角度的检测反映节气门开度的控制精度，达到精确控制油门大小，稳定发动机转速的目的。
1.3、制动控制模块
本发明提供的制动控制模块，结构上如图4所示，包括制动电机19、同步轮Ⅰ200、同步轮Ⅱ21、同步轮皮带22、制动模块丝杠23、制动模块丝杠螺母24、液压总泵25、液压泵活塞26、制动液壶27、制动液管28、刹车分泵29、制动盘30、刹车分泵活塞31、刹车片32、制动控制板100、制动压力传感器101；
所述制动电机9输出轴连接至同步轮Ⅰ20，同步轮皮带22连接同步轮Ⅰ20和同步轮Ⅱ21，所述制动模块丝杠23一端连接至同步轮Ⅱ21、随同步轮Ⅱ21旋转，另一端外套制动模块丝杠螺母24，制动模块丝杠螺母24连接至液压总泵25，液压总泵25通过制动液管28连接至刹车分泵29，刹车分泵29驱动刹车片32对车辆进行制动。
作为一个典型的实施例，所述液压总泵25包括液压泵活塞26以及与液压泵活塞26连接的液压泵推杆(图中未标出)，液压总泵25连接至制动液壶9提供驱动液压泵活塞26的液压油；
制动模块丝杠螺母24连接至液压泵推杆，驱动液压泵推杆往复移动，从而带动液压泵活塞26平移，通过制动液管28内的液压油向刹车分泵29施加压力。
所述刹车分泵29设置于制动车轮上。
作为一个典型的实施例，所述制动车轮为四个，所述液压总泵25通过制动液管28分支为四个支路，分别连接至四个刹车分泵29。
每个所述刹车分泵29内设置对称的两个刹车分泵活塞13和两个刹车片32，每个与相邻的刹车片32贴合，制动盘12位于两个刹车片32之间，当刹车分泵活塞13压迫刹车片32时，对制动盘30摩擦力增大，起到制动效果。
为了实现自动检测反馈效果，在液压总泵25输出端与制动液管28连接处位置还设置了制动压力传感器101，用于检测液压总泵25输出液压油的压力。
还包括制动控制板100，在一个实施例中，所述制动控制板100采用型号为STM32F103RCT6芯片，与制动电机19、制动压力传感器101分别连接，接收工控台和整车控制器发送的制动信号，根据制动压力传感器101反馈的压力控制刹车力度，控制板100进行数据处理将信号传递到制动电机19控制电机的运转动作。
本发明提供的车辆制动控制装置，其制动动作过程如下：如图10所示，由制动控制板100接收工控台和整车控制器的制动信号；所述制动信号来源为：工控台发出制动力度信号，整车控制器根据接收的制动力度信号和车辆姿态检测模块上传的车辆姿态数据，计算出制动电机相应速度和制动电机位置数据，整车控制器发出制动响应灵敏度、制动力度信息(对应图中的加速度或者为减速度)，传递到制动控制模块的振动控制板100，制动控制版100将制动响应灵敏度、制动力度信息变换为制动电机转速、电机转过的角度位置信息，从而驱动制动电机19，制动电机19将动力通过同步轮Ⅰ20-同步轮皮带22-同步轮Ⅱ21传递至制动模块丝杠23做旋转运动，使制动模块丝杠螺母24做直线运动，同时通过液压总泵25的推杆推动液压泵活塞26向右平移，液压总泵25内压强增大、通过制动液管28将压强传递至四个车轮轮边的刹车分泵29，分泵内压强增大推动泵内刹车分泵活塞13向外运动，从而带动固定在活塞上的刹车片32挤压制动盘30，摩擦增大，进行车辆制动。图10中姿态传感器检测加速度，当实际的加速度和设定的加速度一致时，车辆姿态检测模块向整车控制器反馈制动加速度，如检测到实际的加速度和设定的加速度不一致，车辆姿态检测模块向整车控制器发出信息，制动控制板100重新设定制动电机转速和转动圈数。
本发明的制动电机采用了无刷电机，它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，无刷电机配合本发明提供的控制板和电路，实现相较于有刷电机更好的性能。
1.4、档位控制模块
如图5所示，包括由档位控制模块上壳33、档位控制模块中壳34和档位控制模块下壳35围成的档位控制模块壳体，以及设置于档位控制模块壳体内的顶杆37、弹簧38、档位控制丝杠螺母39、档位控制丝杠40、第一齿轮41、第二齿轮42、档位控制电机减速齿轮组43、档位控制电机马达44、档位控制电机马达编码器45；
所述档位控制电机马达编码器45连接至档位控制电机马达44，所述档位控制电机马达44的输出轴通过电机减速齿轮组43连接至第二齿轮42，第二齿轮42与第一齿轮41啮合传递电机马达输出的动力；所述第一齿轮41与档位控制丝杠40一端固定连接，档位控制丝杠40外围套有带内螺纹的档位控制丝杠39，所述档位控制丝杠螺母39的内螺纹与档位控制丝杠40的外螺纹配合，使得档位控制丝杠螺母39在档位控制丝杠40旋转时实现往复平移；所述弹簧38一端连接至档位控制丝杠螺母39、另一端连接至顶杆37的一个侧面，顶杆37另一侧面与变速箱档杆49固定连接，所述档位控制模块上壳33上留有供所述变速箱档杆49贯穿的通孔。
档位控制模块螺母36用于将档位控制装置固定于变速箱上，安装时先将档位控制模块上壳33取下，将档位控制模块螺母36把上壳固定在变速箱上，再将档位控制装置剩余部分采用4颗螺丝固定在上壳上，安装完成。
作为一个典型的实施例，所述档位控制丝杠螺母39与档位控制丝杠40通过销轴固定连接或者键合连接。
作为一个典型的实施例，所述第一齿轮41齿轮盘内部通过花键或销轴结构与档位控制丝杠40的一端固定连接。
作为一个典型的实施例，档位控制电机马达编码器45可以为电位器，与档位控制电机马达44转轴连接通过电位器阻值检测控制电机马达运转。
作为一个典型的实施例，所述档位控制装置还包括设置于档位控制丝杠40末端中壳位置的行程开关104，行程开关104检测档位控制丝杠螺母39的位置以判定档位状态。
本发明还包括档位控制板48，档位控制板48通过控制板第一固定座46和控制板第二固定座47固定于壳体内部，作为一个典型的实施例，所述档位控制板48采用型号为STM32F103RCT6的芯片，所述档位控制板48与电机马达编码器45和行程开关104分别连接，接收行程开关信号传递的档位信息，控制电机马达的转动方向和速度。
本发明提供的智能档位控制装置，其运转过程为：如图11所示，档位控制板48与整车控制器连接，档位控制板48上的芯片接收整车控制器的信号，根据目标档位和当前档位确定电机转动方向，控制档位控制电机马达44转动，输出动力，经过减速齿轮组11将动力传递给第二齿轮42和第一齿轮41，第一齿轮41带动档位控制丝杠40旋转，从而推动推杆螺母39沿丝杠往复平移，当档位控制丝杠螺母39向左移动时，经过弹簧38将力传递至顶杆37，顶杆37推动变速箱档杆49实现变速箱更换档位，行程开关104检测是否到位，如已到位，行程开关向整车控制器反馈档位就绪信息；当推杆螺母39向右移动时，弹簧38将顶杆37拉回，顶杆37将变速箱档杆49拉回，再次更换档位，从而实现车辆前进档和后退档的切换，车辆实现前进和后退。
本发明提供的智能档位控制装置和方法，控制过程简单有效。
1.5、转向控制模块
本发明提供转向控制模块，结构上如图6所示，包括转向机50、转向模块连杆51、转向模块联轴器52、转向模块减速机53、转向模块电机54、转向控制角度传感器105和转向控制单片机，转向模块电机54和转向模块减速机53安装于汽车底盘下方，转向模块电机54的输出轴与转向模块减速机53的输入轴连接，转向模块减速机53输出轴通过转向模块联轴器52连接至转向机50，所述转向机50通过转向模块连杆51和转向节102连接至车轮103的轮毂上，所述转向机50为齿轮齿条转向结构，带动转向模块连杆51沿其轴向移动，从而实现车轮103的转向；所述转向控制角度传感器105设置于转向模块联轴器52末端；所述转向控制单片机与转向模块电机54、转向控制角度传感器105分别连接，接收转向控制角度传感器传递的角度信号，控制转向模块电机54的运转。
公开专利中也有类似的结构，如专利申请“一种能提高四轮驱动电动汽车稳定性的独立转向结构”(申请号：CN 201721415723.3)提供的转向结构，与本申请的转向控制模块结构相近。
转向控制模块其运转过程为：如图12所示，转向控制单片机接收整车控制器的信息，根据车辆速度计算转向响应速度，根据目标转向角度和当前角度计算电机转动角度，控制转向电机动作带动齿条直线运动，当角度到位时，向整车控制器反馈转向就绪，如未到位，重新根据车辆速度计算转向响应速度。其中根据车辆速度计算转向响应速度采用公式y＝3.5x+45计算，x为车辆当前速度，y为转向相应速度，y值越大，响应越慢。
1.6、车辆姿态检测模块
所述车辆姿态检测模块包括内置角度传感器、内置加速度传感器、内置角速度传感器、和内置磁力计，在本实施例中，采用购自广州阿路比电子科技有限公司的姿态传感器，型号为LPMS-IG1，用于检测车辆的俯仰角、横滚角和航向角，通过CAN总线连接至整车控制器。车辆姿态检测模块有标记安装方向，安装完成需要校准；当前工控机给出的直行信号，根据车辆姿态检测模块检测的数据控制转向机保持直行。
实施例2：油动无人车自动控制方法
本发明还提供了所述油动无人车的控制方法，如图7所示，包括如下步骤：
S1、整车控制器接收工控机即路径规划单元信息，开始车辆功能自检，自检项目包括电流超限报警、电压超限报警、发动机过热报警、轮速信号丢失报警、刹车失灵报警、转向故障报警；每个自检项目分别对应响应的指示灯，自检不通过时，对应模块的指示灯报警；所有模块自检均通过时，进入下一步骤车辆的纵向或横向控制；
S2、车辆纵向控制包括在车辆行驶方向上的在档位控制模块控制下前进动作和后退动作，油门控制模块提供驱动力，并根据轮速检测模块提供的速度信息形成闭环控制，根据姿态传感器提供的姿态信息必要时通过转向控制模块转向保证车辆直线行走；
车辆横向控制首先包括根据轮速传感器调整转向响应速度，具体过程为轮速低时转向响应灵敏，轮速高时转向响应不灵敏，以避免车辆侧翻；而后根据转向控制角度传感器调整转向角度；
S3、利用车体上安装的激光雷达障碍检测并将结果传递至工控台，如未检测到障碍，车辆保持直线行走；如检测到存在障碍，通过制动控制模块实现紧急刹车。
所述S2步骤中档位控制过程为：工控台发出换挡信号，整车控制器接收工控台发出的换挡信号，整车控制器计算数据发送给档位控制板48，档位控制板做出指令发送到档位控制电机马达编码器45，档位控制电机马达编码器45驱动档位控制电机马达44，档位控制电机马达44通过齿轮组第一齿轮41、第二齿轮42、电机减速齿轮组43，将动力传递到档位控制丝杠40，档位控制丝杠40做旋转运动带动档位控制丝杠螺母39做直线运动，档位控制丝杠螺母通过弹簧38和顶杆37推动变速箱档杆49实现档位的切换。
所述S2步骤中还包括车辆速度的调整，具体过程为：
S21、工控台发出车辆速度变更的信号传递至整车控制器，工控台向整车控制器发送目标速度和目标轮速，轮速检测模块向整车控制器上传当前轮速信息，整车控制器中计算过程为：
先用目标速度减去实际速度得到差值err(t)，然后分别对差值项进行比例，积分，微分三项的加权求和得到输出信号：
Figure BDA0002932334510000161
其中，Kp，Ki，Kd分别是自定的比例，积分，微分权重，t对应时间，U(out)为输出速度信号；
比例项Kp相当于瞬时误差，积分项Ki代表了消除瞬时误差后的静差随时间的累计的结果，微分项Kd对应瞬时误差的斜率，预测了未来短时间内误差的可能情况，通过调整加权系数，可以实现控制车速稳定保持在理想的范围内；
S22、整车控制器根据工控机发出的油门开度指令，将油门开度信息、油门响应灵敏度信息通过CAN总线发送给油门控制模块，油门控制角度传感器控制板16根据整车控制器发送的油门开度信息、油门响应灵敏度信息和油门控制角度传感器控制板16上角度传感器反馈的节气门开度；响应灵敏度信息具体为轮速低时转向响应灵敏，轮速高时转向响应不灵敏，以避免车辆侧翻；油门控制角度传感器控制板16计算出电机动作的速度和位置，将此信息发送到油门控制电机编码器，油门控制电机编码器驱动油门控制电机马达12，油门控制电机马达12将动力通过油门控制模块减速齿轮组14传递到与固定在齿轮组输出轴上的拉线轮9，拉线轮9做旋转运动带动拉线17在拉线轮外径做直线运动，从而带动拉线末端的发动机节气门圆形阀门18做旋转运动，角度传感器通过检测固定在拉线轮中心的径向磁铁10(径向磁铁为磁感线在端面看经过圆心的圆柱形磁铁)的磁感线旋转得出拉线轮当前的角度，从而实现节气门开度的精确控制，达到稳定发动机转速稳定的目的。
所述S2步骤中还包括车辆姿态的调整，具体过程为：
车辆姿态检测模块主要是检测车辆姿态，数据包含初始俯仰角、横滚角、航向角，发送到整车控制器，整车控制器通过姿态融合算法控制车辆保持良好的行驶状态。具体过程为：
S23、首先通过陀螺仪测量Corolis力F，通过F＝2v×w得到角速度w；
S24、对角速度w进行中值积分分别得到车辆的现阶段的偏航角，俯仰角，滚动角的初始数据；
S25、再通过加速度计得到关于俯仰角，滚动角的矫正数据(加速度计由固定板和加速运动的质量块组成，通过测量两者间电容，对电容倒数求两次时间导数得到加速度数值)；磁力计通过霍尔效应测量磁场强度得到相对车体相对偏移，对偏航角进行矫正。
得到角度数据后整车控制器进行旋转矩阵计算，得到车体变化目标位置：
Figure BDA0002932334510000171
其中θx,θy和θz分别代指相对俯仰角、偏航角、滚动角x、y、z和x'、y'、z'分别是变换前后特征点坐标。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：包括工控台；整车控制器；
油门控制模块和制动控制模块，控制无人车行驶速度，油门控制模块控制发动机转速为无人车提供动力，制动控制模块为无人车提供制动力；
轮速检测模块，检测无人车速度；
档位控制模块，控制无人车进行更换档位；
转向控制模块，控制无人车转弯；
车辆姿态检测模块，检测无人车姿态；
所述工控台与整车控制器通过CAN总线信号连接，所述整车控制器与油门控制模块、制动控制模块、轮速检测模块、档位控制模块、转向控制模块以及车辆姿态检测模块分别通过CAN总线信号连接，接收这些各个模块发出的信号进行计算、判断和汇总数据，发送至工控台，工控台发出的信号传递至整车控制器，由整车控制器再对各个模块发出信号实现控制。
2.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述轮速检测模块，包括在车轮传动轴上通过磁铁固定环设置的磁铁，以及在霍尔传感器支架上设置的与整车控制器连接的霍尔传感器，所述磁铁固定环通过紧固环固定于车轮传动轴上，所述磁铁固定环为在车轮传动轴上串联且相对位置固定的结构相同的两个，两个磁铁固定环上的磁铁交错圆形阵列式设置；所述霍尔传感器为相对有一定夹角的两个，每个霍尔传感器对准一个磁铁固定环上的一列磁铁，两路霍尔传感器接收两个不同磁铁固定环上两排磁铁的信号。
3.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述油门控制模块，结构上包括油门控制模块上壳、油门控制模块下壳组成的油门控制模块壳体，以及油门控制模块壳体内部设置的拉线轮、径向磁铁、拉线压头、油门控制电机马达、油门控制电机编码器、油门控制减速齿轮组、舵机盘、油门控制角度传感器控制板、拉线和油门控制单片机；
油门控制电机马达的输出轴经过油门控制减速齿轮组连接至舵机盘，所述拉线轮固定设置于舵机盘上；
所述拉线轮的圆形外周环绕设置用于限位拉线的轮槽，拉线轮圆周上设置圆形空槽缺口，设置与空槽缺口嵌合的拉线压头，拉线的一端由拉线压头压紧固定于拉线轮上，另一端绕在拉线轮轮槽上、而后贯穿壳体最终连接至发动机节气门圆形阀门；
拉线轮轴向中心设置径向磁铁，平行于拉线轮设置油门控制角度传感器控制板，油门控制角度传感器控制板上固定设置油门控制角度传感器，油门控制角度传感器检测径向磁铁的旋转角度；所述油门控制单片机与整车控制器、油门控制电机编码器、油门控制电机马达、油门控制角度传感器分别连接，接收整车控制器、油门控制角度传感器、油门控制电机编码器传递的信号，控制油门控制电机马达转动从而控制发动机节气门圆形阀门的开度。
4.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述制动控制模块，包括制动电机、同步轮Ⅰ、同步轮Ⅱ、同步轮皮带、制动模块丝杠、制动模块丝杠螺母、液压总泵、液压泵活塞、制动液壶、制动液管、刹车分泵、制动盘、刹车分泵活塞、刹车片、制动控制板、制动压力传感器；
所述制动电机输出轴连接至同步轮Ⅰ，同步轮皮带连接同步轮Ⅰ和同步轮Ⅱ，所述制动模块丝杠一端连接至同步轮Ⅱ、随同步轮Ⅱ旋转，另一端外套制动模块丝杠螺母，制动模块丝杠螺母连接至液压总泵，液压总泵通过制动液管连接至刹车分泵，刹车分泵驱动刹车片对车辆进行制动；
所述液压总泵包括液压泵活塞以及与液压泵活塞连接的液压泵推杆，液压总泵连接至制动液壶提供驱动液压泵活塞的液压油；
制动模块丝杠螺母连接至液压泵推杆，驱动液压泵推杆往复移动，从而带动液压泵活塞平移，通过制动液管内的液压油向刹车分泵施加压力；
所述刹车分泵设置于制动车轮上；
在液压总泵输出端与制动液管连接处位置设置制动压力传感器，用于检测液压总泵输出液压油的压力；
所述制动控制板与制动电机、制动压力传感器分别连接，接收工控台和整车控制器发送的制动信号，根据制动压力传感器反馈的压力控制刹车力度，控制板进行数据处理将信号传递到制动电机以控制电机的运转动作。
5.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述档位控制模块包括由档位控制模块上壳、档位控制模块中壳和档位控制模块下壳围成的档位控制模块壳体，以及设置于档位控制模块壳体内的顶杆、弹簧、档位控制丝杠螺母、档位控制丝杠、第一齿轮、第二齿轮、档位控制电机减速齿轮组、档位控制电机马达、档位控制电机马达编码器；
所述档位控制电机马达编码器连接至档位控制电机马达，所述档位控制电机马达的输出轴通过电机减速齿轮组连接至第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合传递电机马达输出的动力；所述第一齿轮与档位控制丝杠一端固定连接，档位控制丝杠外围套有带内螺纹的档位控制丝杠，所述档位控制丝杠螺母的内螺纹与档位控制丝杠的外螺纹配合，使得档位控制丝杠螺母在档位控制丝杠旋转时实现往复平移；所述弹簧一端连接至档位控制丝杠螺母、另一端连接至顶杆的一个侧面，顶杆另一侧面与变速箱档杆固定连接，所述档位控制模块上壳上留有供所述变速箱档杆贯穿的通孔；
所述档位控制装置还包括设置于档位控制丝杠末端中壳位置的行程开关，行程开关检测档位控制丝杠螺母的位置以判定档位状态；
所述档位控制装置还包括档位控制板，所述档位控制板与电机马达编码器和行程开关分别连接，接收形程开关信号传递的档位信息，控制电机马达的转动方向和速度。
6.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述转向控制模块，包括转向机、转向模块连杆、转向模块联轴器、转向模块减速机、转向模块电机，转向模块电机、转向角度传感器和转向控制单片机，转向模块减速机安装于汽车底盘下方，转向模块电机的输出轴与转向模块减速机的输入轴连接，转向模块减速机输出轴通过转向模块联轴器连接至转向机，所述转向机通过转向模块连杆和转向节连接至车轮的轮毂上，所述转向机为齿轮齿条转向结构，带动转向模块连杆沿其轴向移动，从而实现车轮的转向；所述转向控制角度传感器设置于转向模块联轴器末端；所述转向控制单片机与转向模块电机、转向控制角度传感器分别连接，接收转向控制角度传感器传递的角度信号，控制转向模块电机的运转。
7.根据权利要求1所述的一种油动无人车自动控制系统，其特征在于：所述车辆姿态检测模块，结构上包括内置角度传感器、内置加速度传感器、内置角速度传感器、和内置磁力计，用于检测无人车的俯仰角、横滚角和航向角，通过CAN总线连接至整车控制器。
8.油动无人车自动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、整车控制器接收工控机发出的路径规划信息，车辆各模块自检通过后，进入下一步骤车辆的纵向控制或横向控制；
S2、车辆纵向控制包括在车辆行驶方向上的在档位控制模块控制下前进动作和后退动作，油门控制模块提供驱动力，并根据轮速检测模块提供的速度信息形成闭环控制，根据车辆姿态检测模块提供的姿态信息，必要时通过转向控制模块转向保证车辆直线行走；
车辆横向控制首先包括根据轮速检测模块调整转向响应速度，而后利用转向控制模块控制转向角度；
S3、利用车体上安装的激光雷达障碍检测并将结果传递至工控台，如未检测到障碍，车辆保持直线行走；如检测到存在障碍，通过制动控制模块实现紧急刹车。
9.根据权利要求8所述的油动无人车自动控制方法，其特征在于：所述S2步骤中档位控制过程为：工控台发出换挡信号，整车控制器接收工控台发出的换挡信号，整车控制器计算数据发送给档位控制板，档位控制板做出指令发送到档位控制电机马达编码器，档位控制电机马达编码器驱动档位控制电机马达，档位控制电机马达通过齿轮组第一齿轮、第二齿轮、电机减速齿轮组，将动力传递到档位控制丝杠，档位控制丝杠做旋转运动带动档位控制丝杠螺母做直线运动，档位控制丝杠螺母通过弹簧和顶杆推动变速箱档杆实现档位的切换。
10.根据权利要求9所述的油动无人车自动控制方法，其特征在于：所述S2步骤中还包括车辆速度的调整，具体过程为：
S21、工控台发出车辆速度变更的信号传递至整车控制器，整车控制器根据工控台发送的目标速度和目标轮速检测轮速检测模块上传的当前轮速信息，计算过程为：
先用目标速度减去实际速度得到差值err(t)，然后分别对差值项进行比例，积分，微分三项的加权求和得到输出信号：
Figure FDA0002932334500000041
其中，Kp，Ki，Kd，t分别是自定的比例，积分，微分权重，时间，U(out)为输出信号；
比例项Kp相当于瞬时误差，积分项Ki代表了消除瞬时误差后的静差随时间的累计的结果，微分项Kd对应瞬时误差的斜率，预测了未来短时间内误差的可能情况，通过调整加权系数，可以实现控制车速稳定保持在理想的范围内；
S22、整车控制器将油门开度信息、油门响应灵敏度信息通过CAN总线发送给油门控制模块，油门控制角度传感器控制板根据整车控制器发送的油门开度信息、油门响应灵敏度信息和油门控制角度传感器控制板上角度传感器反馈的节气门开度，计算出电机动作的速度和位置，将此信息发送到油门控制电机编码器，油门控制电机编码器驱动油门控制电机马达，油门控制电机马达将动力通过油门控制模块减速齿轮组传递到与固定在齿轮组输出轴上的拉线轮，拉线轮做旋转运动带动拉线在拉线轮外径做直线运动，从而带动拉线末端的发动机节气门圆形阀门做旋转运动，角度传感器通过检测固定在拉线轮中心的径向磁铁的磁感线旋转得出拉线轮当前的角度，从而实现节气门开度的精确控制，达到稳定发动机转速稳定的目的。
CN202110149816.0A 2021-02-03 2021-02-03 油动无人车自动控制系统和控制方法 Pending CN112895896A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110149816.0A CN112895896A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 油动无人车自动控制系统和控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110149816.0A CN112895896A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 油动无人车自动控制系统和控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112895896A true CN112895896A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76121842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110149816.0A Pending CN112895896A (zh) 2021-02-03 2021-02-03 油动无人车自动控制系统和控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112895896A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113586469A (zh) * 2021-08-20 2021-11-02 合肥新沪屏蔽泵有限公司 一种高温高压屏蔽电泵的转速转向检测装置
CN113848907A (zh) * 2021-09-27 2021-12-28 威海广泰空港设备股份有限公司 基于增量型积分分离式pid的机场无人驾驶拖头车速度控制方法
CN114274941A (zh) * 2022-01-06 2022-04-05 唐义诚 一种智能转向触发相应速度变化的控制系统
CN115163318A (zh) * 2022-09-02 2022-10-11 南京工业大学 一种多功能无人机节气门驱动电路

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201072422Y (zh) * 2007-09-21 2008-06-11 湖南湘依铁路机车电器有限公司 火车转速传感器
CN202392099U (zh) * 2011-11-16 2012-08-22 南京绿控传动科技有限公司 车辆变速用自动换档装置
CN103818333A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 西安众智惠泽光电科技有限公司 一种车辆防侧翻预警系统
CN204854761U (zh) * 2015-07-13 2015-12-09 肖建辉 一种里程计
CN205890867U (zh) * 2016-06-21 2017-01-18 杭州虬龙科技有限公司 一种电动车辆的制动系统
CN206520595U (zh) * 2017-02-28 2017-09-26 居易 一种巡检机器人电控制动装置
CN108691661A (zh) * 2018-04-09 2018-10-23 广州联真电子科技有限公司 电位计及其应用的电子油门结构
CN109353332A (zh) * 2018-11-14 2019-02-19 南京航空航天大学 一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置
CN208580327U (zh) * 2018-08-09 2019-03-05 北京智行者科技有限公司 车辆控制器
CN111688723A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 江苏理工学院 一种车辆自动驾驶的控制系统及其控制方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201072422Y (zh) * 2007-09-21 2008-06-11 湖南湘依铁路机车电器有限公司 火车转速传感器
CN202392099U (zh) * 2011-11-16 2012-08-22 南京绿控传动科技有限公司 车辆变速用自动换档装置
CN103818333A (zh) * 2012-11-16 2014-05-28 西安众智惠泽光电科技有限公司 一种车辆防侧翻预警系统
CN204854761U (zh) * 2015-07-13 2015-12-09 肖建辉 一种里程计
CN205890867U (zh) * 2016-06-21 2017-01-18 杭州虬龙科技有限公司 一种电动车辆的制动系统
CN206520595U (zh) * 2017-02-28 2017-09-26 居易 一种巡检机器人电控制动装置
CN108691661A (zh) * 2018-04-09 2018-10-23 广州联真电子科技有限公司 电位计及其应用的电子油门结构
CN208580327U (zh) * 2018-08-09 2019-03-05 北京智行者科技有限公司 车辆控制器
CN109353332A (zh) * 2018-11-14 2019-02-19 南京航空航天大学 一种主动后轮转向系统及整车稳定性协调控制装置
CN111688723A (zh) * 2020-05-28 2020-09-22 江苏理工学院 一种车辆自动驾驶的控制系统及其控制方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113586469A (zh) * 2021-08-20 2021-11-02 合肥新沪屏蔽泵有限公司 一种高温高压屏蔽电泵的转速转向检测装置
CN113848907A (zh) * 2021-09-27 2021-12-28 威海广泰空港设备股份有限公司 基于增量型积分分离式pid的机场无人驾驶拖头车速度控制方法
CN114274941A (zh) * 2022-01-06 2022-04-05 唐义诚 一种智能转向触发相应速度变化的控制系统
CN114274941B (zh) * 2022-01-06 2024-06-07 唐义诚 一种智能转向触发相应速度变化的控制系统
CN115163318A (zh) * 2022-09-02 2022-10-11 南京工业大学 一种多功能无人机节气门驱动电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112895896A (zh) 油动无人车自动控制系统和控制方法
JP6476235B2 (ja) 三輪自動車のための操舵および制御システム
EP0858942B1 (en) Steering apparatus for vehicle
CN106740764B (zh) 一种无人驾驶车辆制动控制系统及方法
CN108860297A (zh) 一种自动驾驶转向系统及车辆
JPS6387369A (ja) 操向装置
EP1227027A2 (en) Tactile feedback control for steer-by-wire systems
US9205828B1 (en) Method and apparatus for determining vehicle location based on motor feedback
CN108572576B (zh) 人机共驾及无人驾驶技术及测试用车载外接驾驶机器人
CN106218710B (zh) 一种汽车转向系统
CN104608819A (zh) 用于多轴车辆的多轴转向系统和多轴车辆
CN110641394A (zh) 一种省略人类驾驶机构的无人车专用全线控底盘
CN1808051A (zh) 一种汽车踏板位置感应装置
CN112829684A (zh) 一种用于无人驾驶的四自由度三维激光雷达传感装置
CN210502856U (zh) 车辆转向系统及车辆
CN114701565A (zh) 一种四轮转向独立轮转向驱动装置及其控制方法
US20240084827A1 (en) Piston assemblies and methods of using same
CN112722066A (zh) 一种阿克曼-主动速差复合转向系统
US11821511B2 (en) Electronic monitoring system for hydrostatic travel drives and travel drive with electronic monitoring system
CN216886864U (zh) 一种自动驾驶车辆人机共驾转向装置
CN102637035A (zh) 自动移动平台的局部定位系统
CN109291903A (zh) 机械及电子一体化刹车系统、高尔夫球车、车辆
JPH02155815A (ja) 装軌車両におけるセミアクテイブ懸架制御装置
CN110641441B (zh) 一种用于无人车的电子液压线控制动系统
CN112917480A (zh) 编码器组件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210604