无人驾驶汽车转向系统控制

摘要

伴随现代科技发展，无人驾驶汽车成为了新的研究热点，引领着汽车产业的发展方向。为了保证汽车在道路上正常行驶，解决无人驾驶汽车的转向控制成为了关键性问题。而融合先进的电子技术、信息技术和控制技术的线控转向技术被越来越多的科技工作者所青睐。

本文对无人驾驶汽车转向系统控制进行了研究。本文首先对无人驾驶汽车自动转向控制的研究现状进行了分析介绍。然后根据汽车转向时驾驶员操纵方向盘的实际情况，设计了转向执行机构。根据电路原理设计控制器的电源电路、程序烧写电路、信号调理电路和电机驱动电路，并绘制电路图。在此基础上，考虑到实际实验条件限制，采用仿真实验方法。运用MATLAB中的SIMLINK建立电机模型。在电机控制选择上，为保证电机平稳运转，采用了PID闭环控制方法对电机进行控制。然后采用与CARSIM联合仿真的方法对转向系统进行了可行性实验。仿真实验结果证明，转向控制器可以有效控制仿真车进行转向。

关键词：无人驾驶汽车；线控转向；CARSIM和MATLAB联合仿真

Steering system control of unmanned vehicle

Abstract

With the development of modern science and technology, autonomous vehicle has become a new research hotspot, which can greatly improve the security of the transportation system. In order to ensure the normal running of the vehicle, the steering control of unmanned vehicles has become a key issue. And the integration of advanced electronic technology, information tech-nology and control technology of steer by wire technology is favored by more and more scien-tists and technicians.

This paper researches the control system of unmanned vehicle steering system. This paper introduces the research status of automatic steering control for unmanned vehicles.According to the procedure of the power supply circuit, this paper designs controller programming circuit, signal conditioning circuit and motor drive circuit, and draw circuit diagram. On the basis of this, taking the actual experimental conditions into account, this paper chooses the simulation method. This paper uses MATLAB in SIMLINK to build motor model. In order to ensure the smooth op-eration of the motor, the PID closed loop control method is used to control the motor. Then this paper has focused on the method that combines with the CARSIM simulation of the steering controller for the feasibility of the experiment. The experimental results show that the steering controller can effectively control the steering of the simulation vehicle.

Key words:Unmanned vehicle;SBW;CARSIM and MATLAB joint simulation

1前言 (1)

1.1无人驾驶汽车发展 (1)

1.2国内外智能汽车大赛 (4)

1.3汽车线控转向技术 (4)

1.4本文主要研究内容 (5)

2转向执行机构的设计 (5)

2.1电机选型与介绍 (5)

2.2夹紧盘机构的设计 (6)

2.3本章小结 (8)

3电路模块 (9)

3.1电源电路设计 (9)

3.2程序烧写电路 (11)

3.3信号调理电路 (11)

3.4电机驱动电路 (12)

3.5本章小结 (12)

4建模与仿真实验 (13)

4.1PID控制原理 (13)

4.2转向机构的建模与仿真 (14)

4.3PID与转向机构联合建模 (17)

4.4SIMLINK与CARSIM联合仿真 (19)

4.5本章小结 (20)

5总结与展望 (16)

1前言

继电动汽车之后，又一典型高新技术的综合体——无人驾驶汽车再次颠覆人类对于汽车的传统认识，不仅成为了车辆工程领域的一颗新星，而且领跑着全球汽车工业，成为各个国家汽车发展的新兴力量。这种汽车，又可以称为移动载人（载货）智能机器人，可以协助人们实现长途跋涉，降低人类劳动强度，为人类生活提供方便快捷的服务。安全和舒适是影响其发展的主要因素。舒适性可以通过应用新型悬挂技术、改变座椅的设计、采用良好的减震降音材料和应用更先进的人车交互界面来提高其性能。安全性是当下限制无人驾驶汽车发展的关键性所在，其关键在于能够保证汽车在道路上行驶的稳定可靠，并且能够安全完成预定的路径到达期望的目的地。

目前的无人驾驶汽车是通过传感器（雷达、摄像等）和全球定位系统GPS获取外界环境，感知周围路径行驶情况，然后将信息传送到汽车控制器，汽车的控制器对获取的信息进行判断、分析并做出决策，将命令下达给执行器控制汽车行驶，实现起步、加速、行驶、转向、减速、泊车等行车步骤。在遇到复杂的路况时，汽车的控制器能够计算出最佳的行车方案，指挥汽车正常运行，顺利行驶。无人驾驶汽车将驾驶员从驾驶位置上剔除，其意义将公路交通系统的效率大大提高，并且使人们告别了无聊的长途驾驶，提高社会生产率保障乘坐人员安全[1]。

无人驾驶汽车由于其高度的智能化和舒适性深受人们关注，也正由于它市场的广阔行而吸引了很多全球很多高新技术和IT企业青睐。根据麦肯锡的预测，2025年无人驾驶汽车可以带来的市场产值能够达到2000亿—1.9万亿美元；市场研究公司预测，2035年四级完全无人驾驶汽车年销量可以达到480万辆[2]。

智能化行业的发展也促使各式各样的无人驾驶汽车的出现，而这之中拥有类似人类大脑的自主控制的智能汽车发展迅速。通过各类传感器感知环境后由EUC综合信息，用控制策略分析计算，然后控制汽车速度与转向，完成汽车行驶。智能汽车的转向系统有别于机械转向系。传统转向方式是驾驶员控制方向盘经过转向器将动力传给转向传动机构使产生转动效果带动车身完成转向。无人驾驶汽车实现转向是通过线控转向系统完成指定的角度与角速度来实现的[3]。

1.1无人驾驶汽车发展

无人驾驶汽车的研究最早在20世纪在很多科技发达的国度就开始举行了。开发研究进程十分迅速，在美国和欧洲国家，已经有少数研发型汽车接近量产，并上路行驶。作为新兴产业，无人车在我国的发展也非常迅速，越来越多企业与个人更加关注无人驾驶汽车的发展，作为一项新型科技，无人驾驶汽车的发展速度也没有让人失望。表1-1和表1-2列出来部分国外和国内企业研究和发展现状，通过对比可以更好的了解当今世界无人驾驶汽车的发展。