一种智能电动车纵侧向集成控制平台及车辆的制作方法

本发明涉及汽车智能化控制领域，特别是涉及一种智能电动车纵侧向集成控制平台及车辆。

背景技术：

随着汽车技术的提高以及信息化技术的发展，智能车辆成为了目前各大汽车厂商甚至是互联网企业的研究热点，是目前车辆技术的研究主流，也是未来车辆的主要发展方向。智能车辆指的是在普通车辆的基础上增加先进的传感器、控制器以及执行器等装置，实现车辆与人、车、路、云等智能信息交互，使得车辆具备智能环境感知能力，能分析行车安全以及判断危险状况，最终能够按照人的意愿到达目的地，实现代替人来进行自动驾驶操作的新一代车辆。智能车辆的研究主要体现在环境感知、轨迹规划和轨迹跟随三个方面，其中环境感知是智能驾驶的前提，轨迹规划是智能驾驶的核心，轨迹跟随是智能驾驶的保证。

智能电动车辆由于其使用清洁能源，节能环保，整车和零部件系统的电子控制实现较为容易，集成控制和协调控制所占比例大，智能化程度更高，受到很多厂商和研究人员的青睐。

车辆纵侧向集成控制算法在目前结构化道路上车流量大、跟车驾驶操作频繁等情况下，对减轻驾驶员疲劳程度、保证行车安全有着极大的作用。该系统根据车辆前方以及周围的传感器采集到的信息，智能判断车辆所处的状态，能主动干预对车辆的驾驶控制，既能够减轻驾驶员频繁的加速制动操作以及长时间手握方向盘的操作，又能够在某些紧急情况下进行主动避撞或者车道偏离预警等功能，提高行车安全性。

然而，目前智能电动车辆纵侧向集成控制算法的开发效率不高，智能驾驶纵向控制和侧向控制技术研究较为分散，纵向和侧向控制算法调试和验证不集中和统一，验证过程中车辆本身以及外部环境等数据信息不全面等问题，导致对车辆的控制不够智能，控制精度低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智能电动车纵侧向集成控制平台，可实现对车辆的智能控制，提高控制精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

智能电动车纵侧向集成控制平台，所述控制平台包括：

传感装置，用于采集车辆周围信息；

定位装置，用于对车辆进行定位，获取车辆当前的位置信息；

执行装置，用于对车辆进行驾驶操纵；

主控制器，分别与所述传感装置、定位装置及执行装置连接，用于根据所述车辆周围信息和车辆当前的位置信息确定车辆理论行驶参数，并发送至所述执行装置，以控制车辆行驶。

可选的，所述传感装置包括：

毫米波雷达，设置在车辆前方，与所述主控制器连接，用于采集车辆前方障碍物的距离、相对速度及角度；

相机，设置在车辆前方，用于采集车道线位置及前方障碍信息；

多线激光雷达，设置在车辆上方，用于采集车辆周围360°全方位环境信息，形成车辆周围点云电子地图；

至少两个单线激光雷达，分别设置在车辆前保险杠的左右两侧，用于采集车辆前方障碍物的距离和角度；

信号处理工控机，分别与所述相机、多线激光雷达、各单线激光雷达及主控制器连接，用于对所述相机采集的车道线位置及前方障碍信息、所述多线激光雷达的车辆周围点云电子地图、所述单线激光雷达采集的车辆前方障碍物的距离和角度进行识别和筛选，获得有效信息并发送至所述主控制器。

可选的，所述定位装置包括：

电台天线，用于接收所述卫星发出的固定基站的经纬度信息；

卫星天线，用于接收所述卫星发出的车辆位置经纬度信号；

惯性导航控制器，分别与所述电台天线、卫星天线及主控制器连接，用于根据所述卫星发出的固定基站的经纬度信息和所述卫星发出的车辆位置经纬度信号确定车辆当前的位置信息，并发送至所述主控制器。

可选的，所述惯性导航控制器包括：

误差确定单元，用于将所述卫星发出的固定基站的经纬度信息与所述固定基站的实际经纬度信息相减，获得经纬度误差；

位置确定单元，用于将所述卫星发出的车辆位置经纬度信号与所述经纬度误差相减，确定车辆当前的经纬度信息。

可选的，所述惯性导航控制器还包括：

存储单元，与所述主控制器连接，用于储存车辆的运行状态信息及姿态信息。

可选的，所述控制平台还包括：

车辆网关，与所述主控制器连接，向所述主控制器发送can总线信息，所述can总线信息包括制动主缸压力、本车实际速度、轮毂驱动电机转矩、轮毂驱动电机转速、方向盘实际转角。

可选的，所述控制平台还包括：

急停控制开关，设置在所述主控制器与执行装置之间，用于在车辆行驶异常时，切断所述主控制器对执行装置的控制，将自动驾驶模式切换为人工驾驶模式。

可选的，所述控制平台还包括：

工控机，与所述主控制器连接，用于搭建、调试纵侧向集成控制算法，所述主控制器从所述工控机中下载所述纵侧向集成控制算法进行运行。

可选的，所述控制平台还包括：

显示器，与所述工控机连接，用于显示所述工控机的所有操作，对控制过程进行显示、记录及监控。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明智能电动车纵侧向集成控制平台通过传感装置实时采集车辆周围信息，通过定位装置对车辆进行精确定位，使得主控制器根据车辆周围信息及车辆当前的位置信息确定车辆理论行驶参数以控制执行装置对车辆进行驾驶操作，提高控制精度。

本发明的目的是提供一种车辆，可实现对车辆的智能控制，提高控制精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种车辆，所述车辆设置有上述智能电动车纵侧向集成控制平台。

相对于现有技术，本发明车辆与上述智能电动车纵侧向集成控制平台的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例智能电动车纵侧向集成控制平台的模块结构示意图；

图2为本发明实施例智能电动车纵侧向集成控制平台的硬件连接示意图；

图3为本发明实施例智能电动车纵侧向集成控制平台信号连接示意图；

图4为本发明实施例智能电动车纵侧向集成控制平台的侧向控制流程示意图；

图5为本发明实施例智能电动车纵侧向集成控制平台的纵向控制流程示意图。

符号说明：

100-传感装置，200-定位装置，300-执行装置，400-供电装置，1-380v直流电源；2-空气开关；3-第一dc-dc转换器；4-第二dc-dc转换器；5-逆变器；6-车辆网关；7-工控机；8-毫米波雷达；9-相机；10-多线激光雷达；11-单线激光雷达；12-信号处理工控机；13-主控制器；14-惯性导航控制器；15-电台天线；16-卫星天线；17-显示器；18-急停控制开关；19-转向控制器；20-制动控制器；21-驱动控制器；22-轮毂驱动电机；23-电动制动系统；24-电动转向系统；25-转向柱；26-制动主缸推杆；27-车轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种智能电动车纵侧向集成控制平台，通过传感装置实时采集车辆周围信息，通过定位装置对车辆进行精确定位，使得主控制器根据车辆周围信息及车辆当前的位置信息确定车辆理论行驶参数以控制执行装置对车辆进行驾驶操作，提高控制精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台包括传感装置100、定位装置200、执行装置300及主控制器13，其中，所述传感装置100用于采集车辆周围信息；所述定位装置200用于对车辆进行定位，获取车辆当前的位置信息；所述执行装置300用于对车辆进行驾驶操纵；所述主控制器13分别与所述传感装置100、定位装置200及执行装置300连接，用于根据所述车辆周围信息和车辆当前的位置信息确定车辆理论行驶参数，并发送至所述执行装置300，以控制车辆行驶。

其中，如图2和图3所示，所述传感装置100包括毫米波雷达8、相机9、多线激光雷达10、至少两个单线激光雷达11及信号处理工控机12。其中，所述毫米波雷达8设置在车辆前方，与所述主控制器13连接，用于采集车辆前方障碍物的距离、相对速度及角度；所述相机9设置在车辆前方，用于采集车道线位置及前方障碍信息；所述多线激光雷达10设置在车辆上方，用于采集车辆周围360°全方位环境信息，形成车辆周围点云电子地图；各所述单线激光雷达11分别设置在车辆前保险杠的左右两侧，用于采集车辆前方障碍物的距离和角度；所述信号处理工控机12分别与所述相机9、多线激光雷达10、各单线激光雷达11及主控制器13连接，用于对所述相机9采集的车道线位置及前方障碍信息、所述多线激光雷达10的车辆周围点云电子地图、所述单线激光雷达11采集的车辆前方障碍物的距离和角度进行识别和筛选，获得有效信息并发送至所述主控制器13。其中，所述信号处理工控机12通过can网络分别连接所述相机9、多线激光雷达10、各单线激光雷达11，通过目标识别算法进行有效信息的识别与筛选。

优选地，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台还包括车辆网关6(如图2所示)，与所述主控制器13连接，向所述主控制器发送can总线信息，所述can总线信息包括制动主缸压力、本车实际速度、轮毂驱动电机转矩、轮毂驱动电机转速、方向盘实际转角。即，所述can总线信息为本车自身信息。

进一步地，所述定位装置200包括电台天线15、卫星天线16及惯性导航控制器14。所述电台天线15用于接收所述卫星发出的固定基站的经纬度信息，其中，所述固定基站的实际经纬度信息已知；所述卫星天线16用于所述卫星发出的车辆位置经纬度信号；所述惯性导航控制器14分别与所述电台天线15、卫星天线16及主控制器13连接，用于根据所述卫星发出的固定基站的经纬度信息和所述卫星发出的车辆位置经纬度信号确定车辆当前的位置信息，并发送至所述主控制器。

由于电台天线15、卫星天线16均接收卫星信号，故误差大小相近。因此，所述惯性导航控制器14用电台天线15接收卫星发出的基站经纬度信号减去固定基站的实际经纬度信号，从而可得到卫星传输到地面的经纬度误差。由于车辆与基站在地面上距离较近，因此误差大小相近。再用卫星天线16接收到的卫星发出的车辆经纬度信号减去所述经纬度误差，从而能够实现信号的差分处理，消除卫星传输过程中的误差，实现了车辆位置的精准定位。

具体的，所述惯性导航控制器14包括误差确定单元和位置确定单元。其中，所述误差确定单元用于将所述卫星发出的固定基站的经纬度信息与所述固定基站的实际经纬度信息相减，获得经纬度误差；所述位置确定单元用于将所述卫星发出的车辆位置经纬度信号与所述经纬度误差相减，确定车辆当前的经纬度信息。

此外，所述惯性导航控制器14还包括存储单元，所述存储单元与所述主控制器13连接，用于储存车辆的运行状态信息及姿态信息，所述运行状态信息及姿态信息包括车辆横摆角速度、车辆质心侧偏角、车辆航向角、车辆侧倾角、车辆俯仰角等信息，对于车辆整个控制过程的实现以及实验后期数据的分析处理提供参考数据。

如图2所示，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台还包括工控机7和显示器17。所述工控机7与所述主控制器13连接，用于搭建、调试纵侧向集成控制算法，所述主控制器13从所述工控机7中下载所述纵侧向集成控制算法进行运行。

具体的，所述工控机7中安装有matlab、controldesk等上位机软件，负责实时调试智能电动车纵侧向集成控制算法，并将其下载到主控制器13中进行运行。

所述显示器17与所述工控机7连接，负责显示所述工控机7所有操作，对控制过程实现显示、记录和监控功能。

如图2所示，所述执行装置300包括驱动控制器21、转向控制器19、制动控制器20、电动转向系统24、电动制动系统23及轮毂驱动电机22。其中，所述驱动控制器21与所述轮毂驱动电机22电连接，所述轮毂驱动电机22与车辆的车轮27机械连接；所述转向控制器19与所述电动转向系统24电连接，所述电动转向系统24与转向柱25机械连接；所述制动控制器20与电动制动系统23电连接，所述电动制动系统23与制动主缸推杆26机械连接。

所述转向控制器19接收主控制器13发来的方向盘理论转角信息，通过电动转向系统24执行控制命令。电动转向系统24中的转向伺服电机通过齿轮与电动车辆的转向柱25相连接，在非自动驾驶模式时起正常的转向助力作用，在自动驾驶模式时能够完全控制方向盘。所述制动控制器20接收主控制器13发来的制动主缸理论压力信息，通过电动制动系统23执行控制命令。电动制动系统23中的制动伺服电机集成到制动主缸推杆26上面，通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转为直线运动，在非自动驾驶模式时代替传统的真空助力器起到正常的制动助力作用，在自动驾驶模式时能够完全控制制动主缸推杆26的直线位移。所述驱动控制器21接收主控制器13发来的轮毂电机转矩和转速信息，通过控制四个轮毂驱动电机实现车辆的运动控制。所述轮毂驱动电机直接连接在四个车轮27上，免去传统车辆的变速器和传动系统等零部件。在非自动驾驶模式时驱动控制器的驱动命令来自驾驶员操纵的加速踏板开度信息，在自动驾驶模式时驱动控制器的驱动命令来自主控制器。

急停控制开关18串联在主控制器与执行装置中三个子控制器的信号传输线路中，能够做到一旦车辆行驶状态出现异常时紧急停止控制算法对车辆的操控，切换为人工驾驶模式，保证实验过程的行车安全。

进一步地，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台还包括急停控制开关18，所述急停控制开关18设置在所述主控制器13与执行装置300之间，用于在车辆行驶异常时，切断所述主控制器对执行装置的控制，将自动驾驶模式切换为人工驾驶模式。

具体地，所述急停控制开关18的输出有三路：

第一路输出给驱动控制器21，通过控制四个轮毂驱动电机22的转速和转矩实现对车辆整体的运动控制，四个轮毂驱动电机22分别与四个车轮27进行机械固定连接。如果急停控制开关18将自动驾驶模式切换为人工驾驶模式，驱动控制器21将不再受主控制器13的控制，而是转为受驾驶员操纵加速踏板进行控制。

第二路输出给转向控制器19，转向控制器19输出连接着电动转向系统24，电动转向系统24通过齿轮与转向柱25进行机械传动连接。如果急停控制开关18将自动驾驶模式切换为人工驾驶模式，转向控制器19将不再受主控制器13的控制，电动转向系统24也将转为普通的转向助力系统，将转向主控制权交给驾驶员。

第三路输出给制动控制器20，制动控制器20输出连接着电动制动系统23，电动制动系统23中的制动伺服电机通过滚珠丝杠传动幅与制动主缸推杆26相连接。如果急停控制开关18将自动驾驶模式切换为人工驾驶模式，制动控制器20将不再受主控制器13中控制算法的控制，电动制动系统23也将转为普通的制动助力系统，将制动主控制权交给驾驶员。

如图1所示，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台还包括供电装置400，分别与所述传感装置100、定位装置200、执行装置300及主控制器13连接，由所述供电装置400统一为各装置提供电能。

具体地，所述供电装置包括380v直流电源1、空气开关2、第一dc-dc转换器3、第二dc-dc转换器4、逆变器5。且所述380v直流电源1分别连接所述空气开关2、轮毂驱动电机22，所述空气开关分别连接所述第一dc-dc转换器3、第二dc-dc转换器4、逆变器5；所述第一dc-dc转换器3分别连接所述惯性导航控制器14、工控机7、毫米波雷达8、相机9、多线激光雷达10、信号处理工控机12、转向控制器19、制动控制器20、驱动控制器21、电动制动系统23及电动转向系统24；所述第二dc-dc转换器4连接所述单线激光雷达11，所述逆变器5连接所述显示器17。

所述供电装置400最终输出四种形式的电压供所有设备使用，分别是：由380v直流电源1直接输出的380v直流电压，由第一dc-dc转换器3输出的12v直流电压，由第二dc-dc转换器4输出的24v直流电压，由逆变器5输出的220v交流电压。除380v直流电压以外，其他三种电压的输出均通过空气开关2进行通断控制，实现对供电装置的短路和过载保护。

此外，所述380v直流电源1还与主控制器13进行通讯连接，传递电源的电压、功率以及运行状态等信息，方便主控制器13对电源系统进行统一管理与规划监测。

本发明智能电动车纵侧向集成控制平台的侧向控制具体为：

如图4所示，首先进行系统初始化，运行工控机中的上位机软件，将搭建好的侧向控制算法下载到主控制器13中，上位机软件可以实现实时在线调试控制算法以及更改主控制器13的控制算法和模型参数。

本发明智能电动车纵侧向集成控制平台的侧向控制(转向控制)部分可有以下三种形式：①人工驾驶控制；②相机传感控制；③惯性导航定位控制。人工驾驶控制即是人工驾驶车辆，但是仅仅控制方向盘，不对车辆采取加速或制动操作，纵向控制部分完全交给主控制器13中的控制算法和底层的执行装置。这样做的优点是安全程度高，但是智能化程度低；相机传感控制即是通过安装在车辆前方的相机9采集车辆前方车道线信息作为侧向控制算法的输入信息，根据车辆与左右车道线距离的大小实时控制方向盘转角，并通过执行装置中的转向控制器19控制电动转向系统24实现对车辆驾驶的侧向控制；惯性导航定位控制即是以事先给定的轨迹经纬度信息和惯性导航控制器给出的车辆位置经纬度共同作为侧向控制算法的输入信息，对设定好的理论轨迹经纬度进行跟随控制，保证车辆行驶轨迹的经纬度与理论轨迹经纬度重合，最终通过执行装置中的电动转向系统24实现对车辆驾驶的侧向控制。后两种形式的车辆驾驶智能化程度高，而且有利于车辆驾驶纵侧向集成控制算法的开发和调试，不过由于是完全非人工驾驶，安全程度低，因此需要急停控制开关18作为安全保证，一旦车辆行驶状态出现异常时按下急停控制开关18，紧急停止主控制器13中侧向控制算法对车辆的操控，切换为人工驾驶模式，安全停车后查找控制算法具体问题，检查软硬件连接环节，调整算法，重新实验。

本发明智能电动车纵侧向集成控制平台的纵向控制具体为：

如图5所示，首先进行系统初始化，运行工控机中的上位机软件，将搭建好的纵向控制算法下载到主控制器13中。纵向控制算法根据传感器采集到的车辆前方和周围环境信息以及本车车速和障碍物相对速度信息，通过安全跟车距离模型或者设定的巡航速度决策出车辆理论的行驶状态，同时结合车辆参数输出控制命令给执行装置。在纵向控制中，如果纵向控制算法决策出车辆应当加速行驶，那么便输出加速控制命令给执行装置，主控制器13将决策出的各个车轮理论转矩和转速信息传递给驱动控制器21，驱动控制器21控制四个轮毂驱动电机22实现对车辆整体的加速控制。如果纵向控制算法决策出车辆应当制动减速行驶，那么便输出制动控制命令给执行装置，主控制器13将决策出的制动主缸理论压力传递给制动控制器20，制动控制器20控制电动制动系统23实现对车辆的制动控制。如果纵向控制算法决策出车辆应当保持当前行驶状态，那么执行装置不执行任何操作命令，车辆将保持目前的加速度或者减速度进行行驶。一旦这个过程中车辆行驶状态出现异常时按下急停控制开关18，紧急停止主控制器13中纵向控制算法对车辆的操控，切换为人工驾驶模式，安全停车后查找控制算法具体问题，检查软硬件连接环节，调整算法，重新实验。

本发明集成了电动车辆智能驾驶中的传感、定位、通讯、控制、底层执行等技术和功能于一体，为智能电动车辆纵侧向集成控制算法的开发、调试和验证搭建了实车平台，能够提高纵向和侧向集成控制算法的开发效率，较为全面地测量和记录车辆本身、车辆位置以及周围环境等各种参数信息，为纵侧向集成控制算法的开发调试和后期实验结果处理和分析提供了极好条件，同时又考虑了试验过程中的行车安全，具有失效保护功能。

与现有技术相比，本发明智能电动车纵侧向集成控制平台的有益效果是：

1、本发明智能电动车纵侧向集成控制平台实现了多系统硬件在环连接，集成了供电、传感、定位、通讯、控制、底层执行等功能于一体，为车辆纵侧向集成控制算法的开发、调试和验证搭建了可靠的实车平台，能够保证控制算法的执行结果准确可信。

2、本发明智能电动车纵侧向集成控制平台集成了容错功能，能够保证在控制算法验证初期出现未知错误的情况下快速切换成人工驾驶模式，保证了实验过程的安全性。

3、本发明智能电动车纵侧向集成控制平台能够采集车辆本身参数、车辆运动参数、车辆位置及姿态参数、车辆周围障碍物和环境等信息，为后期处理实验数据、结果分析以及改进纵侧向集成控制算法提供了极好的条件。

4、本发明智能电动车纵侧向集成控制平台不仅能够做到车辆侧向控制算法验证，而且能够做到车辆纵向控制算法验证，同时由于车辆本体是电动车，有利于多源信息的融合以及对各个控制系统和电源系统进行统一管理，极大地提高了车辆控制智能化程度。

5、本发明智能电动车纵侧向集成控制平台不对电动车辆本身做较大改动，只是在其基础上搭载相应的硬件以及控制系统，实施简单，操作方便。

此外，本发明还提供一种车辆，所述车辆上设置有上述智能电动车纵侧向集成控制平台。

相对于现有技术，本发明车辆与上述智能电动车纵侧向集成控制平台的有益效果相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。