无人驾驶智能车控制系统的设计研究

发布时间：2017-04-30 19:02

  本文关键词：无人驾驶智能车控制系统的设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代高科技与汽车技术相结合,使无人车在未来智能交通中担任着重要角色,目前各研究学者主要将精力集中在自主控制型无人车上,其借助车载雷达、GPS、惯导与中央控制系统导引车辆实现安全行驶,中央控制系统依据检测到的路况信息发送前行、加速、转向、避让、刹车等各种指令到执行机构,由执行机构完成相应操作。 本文首先对无人车建立了二自由度动力学模型,对路径追踪问题进行运动学和几何上的描述,找出了航向偏差与动力学的关系,分析了大地坐标下车辆位置判断关系,提出了位姿交替控制策略,据此设计了位姿交替控制器,完成了车辆侧向控制系统设计；结合纵向运动方程、以及车辆制动特性方程,设计了纵向控制系统组成,提出了模糊PID控制策略,针对在不同的车辆转向输出的情况下,控制不同的输出速度,实现无人驾驶智能车纵向行驶速度平滑变化。 其次根据侧向控制、纵向控制单元结构及各单元设计要求,对各单元中每个模块进行了深入的研究,搭建完成了侧向控制系统及纵向控制系统硬件的设计、安装及调试。 最后建立了无人车CAN总线通信平台,自主开发了无人车监控界面,编写了无人车软件程序；分别对无人车转向控制,速度控制,电压、电流、速度、角速度采集分别做了实验,实验结果表明：研究设计的无人驾驶智能车控制系统能够满足车辆控制的性能要求,无论在给定期望路径是直线还是曲线,无人车都能快速、稳定、准确完成路径跟踪控制。
【关键词】：无人车 侧向控制 纵向控制 CAN总线
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 无人驾驶车辆发展研究概况9-12
• 1.2.1 国外研究概况9-11
• 1.2.2 国内研究概况11-12
• 1.3 无人车研究设计所需的关键技术12-13
• 1.4 本文研究的主要内容及结构安排13-15
• 1.4.1 主要内容13-14
• 1.4.2 结构安排14-15
• 2 车辆运动学模型15-25
• 2.1 人—汽车闭路系统15-16
• 2.2 线性二自由度汽车模型的运动微分方程16-23
• 2.2.1 车辆坐标系16
• 2.2.2 车辆动力学模型16-20
• 2.2.3 车辆纵向运动的动力性与制动性20-23
• 2.3 汽车侧向运动与纵向运动之间的耦合关系23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 无人驾驶智能车侧向控制单元研究与设计25-40
• 3.1 侧向控制及侧向控制指标25-26
• 3.2 大地坐标下车辆位姿判断26-29
• 3.2.1 侧向控制系统概述26-27
• 3.2.2 路径跟踪问题的几何描述27-28
• 3.2.3 无人车在大地坐标中的位姿判断28-29
• 3.3 侧向控制单元的硬件结构29-38
• 3.3.1 GPS模块及特点29-32
• 3.3.2 系统主控制器32-33
• 3.3.3 伺服转向系33-38
• 3.4 位姿交替的路径追踪转向控制38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 无人驾驶智能车纵向控制单元研究与设计40-54
• 4.1 纵向控制40
• 4.2 无人车纵向控制概述40-41
• 4.3 纵向控制单元的硬件结构41-48
• 4.3.1 交流异步电动机——系统执行机构41-43
• 4.3.2 伺服驱动器43-44
• 4.3.3 速度反馈装置44-46
• 4.3.4 无人车纵向信息的采集46-47
• 4.3.5 纵向控制手/自动切换47-48
• 4.4 无人驾驶智能车速控制48-53
• 4.4.1 模糊控制系统分析48-49
• 4.4.2 模糊PID控制原理49-50
• 4.4.3 模糊控制器设计50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 无人驾驶智能车试验研究54-69
• 5.1 试验车参数54
• 5.2 无人驾驶智能车软件系统54-56
• 5.2.1 软件平台介绍55
• 5.2.2 监控界面设计55-56
• 5.3 无人驾驶智能车CAN转换器的设计56-61
• 5.3.0 CAN转换器56
• 5.3.1 CAN总线技术56
• 5.3.2 CAN报文格式56-57
• 5.3.3 CAN独立控制器SJA100057-61
• 5.4 无人驾驶智能车实车测验61-68
• 5.4.1 无人车控制系统电源模块61-62
• 5.4.2 无人车性能检测62-63
• 5.4.3 无人车转向系统测试实验63-64
• 5.4.4 无人车侧向控制、纵向控制实验64-68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 总结与展望69-72
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76
• 致谢76-78

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