无人驾驶智能车制动控制系统研究

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文章对无人驾驶智能车底层控制系统中制动系统进行了研究,首先对于具体方案的选择上,选择通过机械机构控制踏板机构实现对车辆制动的控制,依据该思路,设计了一套以无刷直流电机为动力的执行机构。接着,围绕着制动系统与无刷直流电机提出主缸压力与电机电流双闭环控制理论,依据电机工作原理、控制原理与闭环系统设计,选择了性能优良的电机控制器件与系统反馈器件。然后,设计了以数字处理器为核心、电机 为动力输出的制动控制系统,针对控制系统设计硬件和软件,实现通过对电机的控制达到对制动主缸压力控制的目的。最后,建立执行机构数学模型,分析制动系统数学模型非线性性,简化制动系统数学模型,为仿真分析做出准备。
Changan University, Xi'an, China 论文独创性声明 本人声明:本人所是交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工 作所取得的成果。除论文屮已经注明引用的內容外,对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集休已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者额名:月20B年6月8日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时,署名单位仍然为长安大学 (保密的论文在解密后应遵守此规定) 柔、 论文作者签名:月龙 2o年b月8日 导师签名 23年b月/8日 摘要 随着汽车技术的快速发展,车辆控制技术得到长足的进步。运用计算机技术实现汽 车智能化成为当今汽车技术发展的重要方向。近年来,国内外的研究机构和企业对无人 驾驶智能汽车开展了一系列硏究。无人驾驶智能车通过传感器感知周围环境,经过主控 计算机分析、计算得岀路径规划,最后通过控制转向及速度最终实现自主驾驶。智能玍 的控制系统分为上层规划系统与底层控制系统,上层规划系统主要完成收集信息、分析 规划、发送指令等任务,而底层控制系统则是直接实现对车辆的控制。制动系统作为底 层控制系统的一部分,与无人驾驶汽车的安全运行息息相关,因此,设计高稳定性、高 可靠性的制动控制系统并对其特性展开研究成为智能汽车研发的重要环节。 本文是对无人驾驶智能车底层控制系统中制动系统的研究,首先对于具体方突的选 择上,选择通过械杋构控制踏板杋构实现对车輖制动的控制,依据该思路,设计了一 套以无刷直流电机为动力的执行机构。接着,围绕着制动系统与无刷直沇电机提岀主缸 压力与电杋电流双闭环控制理论,依据电杋工作原理、控制原理与闭环系统设计,选择 了性能优良的电机控制器件与系统反馈器件。然后,设计了以数字处理器为核心、电机 为动力输岀的制动控制系统,针对控制系统设计硬件和软件,实现通过对电机的控制达 到对制动主缸压力控制的目的。最后,建立执行机构数学模型,分析制动系统数学模型 非线性性,简化制动系统数学模型,为仿真分析做出准备。利用 MATLAB/ Simulink对其 进行阶跃响应仿真以模拟紧急制动工况,进行斜坡响应仿真以模拟轻微制动工况,仿真 结果一致表明该制动控制系统能够满足无人驾驶智能汽车的制动要求, 本文对无人驾驶汽车的制动系统的成功开发提出一些阶段性的经验总结,该研究为 汽车主动安全、汽车智能制动控制和汽车辅助驾驶等技术领域提供了一些有益尝试,有 助于减轻和缓解驾驶员身心疲劳。 关键词:无人驾驶智能车;制动系统;直流无刷电机;数字信号处理器 目录 第一章绪论 1智能车的研究背景及意义 1.2智能车国内外研究现状 2.1国外无人驾驶智能车研究现状 1223 1.2.2国内无人驾驶智能车的研究现状 1.3智能车的控制系统. 1.3.1智能车研究的关键问题 1.3.2智能车的控制系统 1.1智能车制动控制系统设计方案的研究现状 1.5本文主要研究内容. 55778 第二章智能车制动控制系统设计 2.1执行机构设计 8 2.1.1设计任务及要求 2.1.2设计方案. 2.2智能车制动双闭环控制系统 10 2.2.1压力控制模块. 2.2.2参考电流模块 2.2.3电流控制器模块 2.3控制算法, 2.3.1PID算法的简介 2.3.2性能指标 13 2.4无刷直流电机 14 2.4.1无刷直流电机结构 14 2.4.2无刷直流电机工作原理 15 2.5电机控制原理 16 2.6制动控制系统器件的选择 18 2.6.1中央控制单元选择 18 2.6.2功率放人器作选择 2.6.3压力传感器选择. ●看垂垂 19 2.7本章小结 第三章基于DSP的智能车制动控制系统硬件和软件设计 .20 3.1控制系统的硬件设计 3.1.1控制系统总体硬件构成.. 20 3.1.2数字信号处理器介绍 3.1.3DSP外围电路设计 3.2软件设计. 3.2.1总体结构设计 .27 3.2.2初始化 29 3.3本章小结. 31 第四章制动控制系统数学模型建立. ..32 4.1执行机构数学模型 32 4.1.1无刷直流电机 1.1.2减速器 4.1.3拉绳及绕线器 36 4.2制动系统模型建立 ●·垂 36 4.2.1制动踏板模型 36 4.2.2真空助力器模型. 37 4.2.3制动主缸模型 4.2.4制动系统非线性模型.. 4.3PID参数整定 4.4本章小结. 第五章制动控制系统建模和仿真 42 5.1压力控制模块 ..42 5.2参考电流模块 5.3电流控制器模块.

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