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1、电子测量技术第30卷第3期微处理器应用ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY2007年3月无人驾驶汽车转向控制单元设计付其军丁润涛王豪李志杰(天津大学电子信息工程学院天津300072)摘要:无人驾驶汽车转向控制单元控制转向系统工作,是实现无人驾驶的关键技术。本文介绍了一种结构简单、易于实现且工作可靠的无人驾驶汽车转向控制单元设计方案。无人驾驶汽车转向控制单元通过CAN总线接收来自中央控制系统发送的转向指令,并按一定的控制策略控制转向系统工作,实现自动转
2、向。文中给出了转向控制单元硬件电路与控制策略设计思路。对设计的转向控制单元进行了实车试验,结果表明,该单元能够控制转向系统实现准确、快速、平稳转向,满足了无人驾驶汽车转向要求。关键词:无人驾驶汽车;转向控制单元;CAN总线中图分类号:TN29文献标识码:ADesignofautonomousvehiclesteeringcontrolunitFuQijunDingRuntaoWangHaoLiZhijie(SchoolofElectronicandInformationEngineering,Tia
3、njinUniversity,Tianjing300072)Abstract:Autonomousvehiclesteeringcontrolunitisthekeytorealizeautonomousdriving.Thispaperintroducesadesignmethodofautonomousvehiclesteeringcontrolunitwhichissimpleandreliable.Steeringcontrolunitreceivesthesteeringinstructionsem
4、ittedbycentralcontrolsystemthroughCANbus.Steeringcontrolunitcontrolsthesteeringsystemaccordingtosomecontrolstrategy.Designofhardwareandcontrolstrategyisgiven.Experimentsonvehicleshaveshownthatthesteeringsystemcansteeraccurately,smoothlyandrapidly.Thissystem
5、canmeetthesteeringrequestofautonomousvehicles.Keywords:autonomousvehicle;steeringcontrolunit;CANbus总线通讯、电流检测、故障保护及故障显示等模块组成。0引言整体结构如图1所示。现代高科技与汽车技术相结合,已经能够制成多种类型的无人驾驶汽车,目前发展较快的是自主控制型无人驾[13]驶汽车,其借助车载雷达与中央控制系统导引汽车实现[4]安全行驶。自主控制型无人驾驶汽车的中央控制系统依据检测到的路况信息发送前行
6、、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。其中转向系统需要精确完成指定角度与角速度的转向,是无人驾驶汽车的重要执行机构。1无人驾驶汽车转向控制单元设计图1控制单元硬件示意图无人驾驶汽车转向系统由转向控制单元、执行电机、[4]转向盘角度传感器和连接器等部件构成。执行电机为12中央控制系统通过CAN总线将转向角度、角速度V/120W的直流电机,它通过蜗轮蜗杆与转向轴机械连及转动方向等信号传输给转向控制单元MCU,MCU对接接。转向控制单元控制执行电机转动,实现对无人驾驶汽收到的指令
7、进行解码处理,同时采集转向盘当前的角度,车的转向控制。其中转向控制单元接收中央控制系统的通过计算后控制转向执行机构采取相应操作。当转向系指令,控制整个转向系统运行,是转向系统的核心。统出现故障或接收到指令要求进入人工转向时,MCU会转向控制单元由MCU主控制芯片、电机驱动、CAN自动切断转向控制功能,转向系统切换到人工转向。转向66付其军等:无人驾驶汽车转向控制单元设计第3期控制单元还设有故障保护和显示模块,主要监测角度传感器、电流传感器、电机及MCU内部的故障。一旦上述部件发生故障,转向控制单
8、元会采取相应的处理措施,同时给出故障显示。2信息通讯实现转向控制单元与中央控制系统之间通过CAN总线进图2控制流程框图[57]行通讯。CAN总线传输的数据包括:人工/智能信号、度:190,图3为上位机监测到的转向盘实际转动情况。由转向角度、转向角速度、回传角度、回传角速度、回传力矩。图可见,转向角速度响应快且转向过程中角速度稳定,转本文所应用的通讯协议设计数据场为8个字节共64位,具向角度变
