[发明专利]一种智能车辆油门刹车自动切换控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明设计是一种智能车辆油门刹车自动切换控制系统和方法，属于汽车领域。

背景技术

智能车纵向控制是指控制智能车按指定的速度行驶。纵向控制采用油门和制动综合控制方法实现对期望速度的跟踪。在基于油门与制动的纵向控制系统中，油门加速与制动减速之间按一定的规则进行切换，从而使智能车跟踪期望速度。油门控制与制动控制的及时顺利切换是减小速度跟踪误差和保证智能车行驶平稳性的关键。但在实际应用中，车辆的速度控制存在以下问题：一是制动时制动踏板往复抖动；二是油门加速与制动减速之间切换过于频繁，造成大量费油或者切换时冲击过大，不能保证切换的平稳性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种智能车辆油门刹车自动切换的控制系统和方法，解决制动踏板抖动问题，减少油门加速与制动减速之间的切换次数，当速度偏差较小而需要减速时，尽可能利用油门处于零位的自然减速特性，以获得更好的速度跟踪效果，并实现平稳的加减速，保障乘客的舒适性。

一种智能车辆油门刹车自动切换控制系统，其特征在于包括：采集模块、决策模块、通信模块、油门控制模块、制动控制模块；采集模块包括里程计、惯性导航、滤波电路、A/D转化电路和采集MCU，里程计安装于车辆后轮处，惯性导航紧贴于驾驶员座位后侧安装，滤波电路、A/D转化电路和采集MCU同集成在一块电路板上与里程计、惯导电气连接；决策模块为一台上位机，通过USB转RS232串口数据线与通信MCU连接；通信模块包括通信MCU、RS232串口通信数据线、CAN总线，该模块是上位机与采集模块、油门控制模块或制动控制模块之间的桥梁，实现数据传送和指令通信；油门控制模块包括油门踏板、钢丝绳、牵引电机、油门控制器；油门MCU的PWM产生电路与牵引电机相连接，钢丝绳缠绕在由牵引电机驱动的绳轮上，绳轮与牵引电机之间通过电磁离合器连接，钢丝绳牵引油门踏板调整油门开度；制动MCU的PWM产生电路与牵引电机相连接，钢丝绳缠绕在由牵引电机驱动的绳轮上，绳轮与牵引电机之间通过电磁离合器连接，钢丝绳牵引制动踏板调整制动开度；并设计了急停按钮，急停按钮直接与CAN总线连接，紧急情况下向制动MCU发送最大制动命令。

一种智能车辆油门刹车自动切换控制方法，其特征在于包含以下步骤：

1)初始化各个微控制器MCU及其端口；

2)采集单片机接收到检测装置传来的速度信息，将数据进行滤波处理，并经A/D转化，转化成数字量传给CAN总线；

3)CAN总线同时接收来自急停按钮的紧急制动信号和来自采集单片机的信息，之后将信息传输给通信MCU，通信MCU再通过串口将信息发送给上位机进行相应的决策处理；

4)上位机首先检查是否具有紧急制动信号，若有紧急制动信号，立即以最大制动量传送给制动电机，直流电机以最大转速拉动制动踏板紧急停车；

5)上位机若没有收到紧急制动信号，则根据滤波后的速度和加速度信息，通过切换规则，决策出选择油门控制模块还是制动控制模块，切换规则如下：

a.当e(k)>0且a(k)<0时，选择油门控制模块；

b.当e(k)<0且a(k)≥0时，选择制动控制模块；

c.其他情况时，退出选择，并保持原来的控制器选择不变；

6)当选择油门控制器时，油门控制MCU通过自身带的CAN网络滤波器滤除其他CAN总线ID信息，接收到其对应的油门控制量，并经过运算换算成电机标定值，通过PWM波控制电机转动来拉动油门踏板，获得期望的油门开度值；当选择制动控制器时同样原理，制动MCU解码成对应的PWM占空比，通过电机驱动模块来控制电机拉动制动踏板，获得期望的制动开度；

7)返回步骤2)，不断采集速度和加速度信息，在控制周期范围内下发命令来控制油门电机和制动电机，以实现对车速的平稳控制。

一种智能车辆油门刹车自动切换控制系统，采用钢丝绳牵引油门踏板调整油门开度，制动踏板由用钢丝绳牵引调整刹车开度。钢丝绳缠绕在由直流电机驱动的绳轮上，绳轮与牵引电机之间通过电磁离合器连接，这样不破坏原车的人工驾驶功能，保证了人工驾驶与自动驾驶的兼容。智能车纵向速度由里程计得到，智能车纵向加速度由惯导得到，控制系统硬件构成示意图如图1所示。

有益效果

1.由速度偏差和车辆加速度共同决策选择油门或刹车，避免不必要的油门给进，节约能源；节油率可达5-10%;

2.减少油门刹车切换的切换次数，防止油门制动踏板抖动的出现。避免频繁加速和盲目刹车，利用油门处于零位的自然减速特性，实现油门与制动的平稳切换和过渡。