本發(fā)明設(shè)計(jì)是一種智能車輛油門剎車自動(dòng)切換控制系統(tǒng)和方法，屬于汽車領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
智能車縱向控制是指控制智能車按指定的速度行駛?？v向控制采用油門和制動(dòng)綜合控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)期望速度的跟蹤。在基于油門與制動(dòng)的縱向控制系統(tǒng)中，油門加速與制動(dòng)減速之間按一定的規(guī)則進(jìn)行切換，從而使智能車跟蹤期望速度。油門控制與制動(dòng)控制的及時(shí)順利切換是減小速度跟蹤誤差和保證智能車行駛平穩(wěn)性的關(guān)鍵。但在實(shí)際應(yīng)用中，車輛的速度控制存在以下問(wèn)題：一是制動(dòng)時(shí)制動(dòng)踏板往復(fù)抖動(dòng)；二是油門加速與制動(dòng)減速之間切換過(guò)于頻繁，造成大量費(fèi)油或者切換時(shí)沖擊過(guò)大，不能保證切換的平穩(wěn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種智能車輛油門剎車自動(dòng)切換的控制系統(tǒng)和方法，解決制動(dòng)踏板抖動(dòng)問(wèn)題，減少油門加速與制動(dòng)減速之間的切換次數(shù)，當(dāng)速度偏差較小而需要減速時(shí)，盡可能利用油門處于零位的自然減速特性，以獲得更好的速度跟蹤效果，并實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的加減速，保障乘客的舒適性。一種智能車輛油門剎車自動(dòng)切換控制系統(tǒng)，其特征在于包括：采集模塊、決策模塊、通信模塊、油門控制模塊、制動(dòng)控制模塊；采集模塊包括里程計(jì)、慣性導(dǎo)航、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)化電路和采集MCU，里程計(jì)安裝于車輛后輪處，慣性導(dǎo)航緊貼于駕駛員座位后側(cè)安裝，濾波電路、A/D轉(zhuǎn)化電路和采集MCU同集成在一塊電路板上與里程計(jì)、慣導(dǎo)電氣連接；決策模塊為一臺(tái)上位機(jī)，通過(guò)USB轉(zhuǎn)RS232串口數(shù)據(jù)線與通信MCU連接；通信模塊包括通信MCU、RS232串口通信數(shù)據(jù)線、CAN總線，該模塊是上位機(jī)與采集模塊、油門控制模塊或制動(dòng)控制模塊之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送和指令通信；油門控制模塊包括油門踏板、鋼絲繩、牽引電機(jī)、油門控制器；油門MCU的PWM產(chǎn)生電路與牽引電機(jī)相連接，鋼絲繩纏繞在由牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的繩輪上，繩輪與牽引電機(jī)之間通過(guò)電磁離合器連接，鋼絲繩牽引油門踏板調(diào)整油門開(kāi)度；制動(dòng)MCU的PWM產(chǎn)生電路與牽引電機(jī)相連接，鋼絲繩纏繞在由牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的繩輪上，繩輪與牽引電機(jī)之間通過(guò)電磁離合器連接，鋼絲繩牽引制動(dòng)踏板調(diào)整制動(dòng)開(kāi)度；并設(shè)計(jì)了急停按鈕，急停按鈕直接與CAN總線連接，緊急情況下向制動(dòng)MCU發(fā)送最大制動(dòng)命令。一種智能車輛油門剎車自動(dòng)切換控制方法，其特征在于包含以下步驟：1)初始化各個(gè)微控制器MCU及其端口；2)采集單片機(jī)接收到檢測(cè)裝置傳來(lái)的速度信息，將數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量傳給CAN總線；3)CAN總線同時(shí)接收來(lái)自急停按鈕的緊急制動(dòng)信號(hào)和來(lái)自采集單片機(jī)的信息，之后將信息傳輸給通信MCU，通信MCU再通過(guò)串口將信息發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的決策處理；4)上位機(jī)首先檢查是否具有緊急制動(dòng)信號(hào)，若有緊急制動(dòng)信號(hào)，立即以最大制動(dòng)量傳送給制動(dòng)電機(jī)，直流電機(jī)以最大轉(zhuǎn)速拉動(dòng)制動(dòng)踏板緊急停車；5)上位機(jī)若沒(méi)有收到緊急制動(dòng)信號(hào)，則根據(jù)濾波后的速度和加速度信息，通過(guò)切換規(guī)則，決策出選擇油門控制模塊還是制動(dòng)控制模塊，切換規(guī)則如下：a.當(dāng)e(k)>0且a(k)<0時(shí)，選擇油門控制模塊；b.當(dāng)e(k)<0且a(k)≥0時(shí)，選擇制動(dòng)控制模塊；c.其他情況時(shí)，退出選擇，并保持原來(lái)的控制器選擇不變；6)當(dāng)選擇油門控制器時(shí)，油門控制MCU通過(guò)自身帶的CAN網(wǎng)絡(luò)濾波器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對(duì)應(yīng)的油門控制量，并經(jīng)過(guò)運(yùn)算換算成電機(jī)標(biāo)定值，通過(guò)PWM波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)拉動(dòng)油門踏板，獲得期望的油門開(kāi)度值；當(dāng)選擇制動(dòng)控制器時(shí)同樣原理，制動(dòng)MCU解碼成對(duì)應(yīng)的PWM占空比，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制電機(jī)拉動(dòng)制動(dòng)踏板，獲得期望的制動(dòng)開(kāi)度；7)返回步驟2)，不斷采集速度和加速度信息，在控制周期范圍內(nèi)下發(fā)命令來(lái)控制油門電機(jī)和制動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車速的平穩(wěn)控制。一種智能車輛油門剎車自動(dòng)切換控制系統(tǒng)，采用鋼絲繩牽引油門踏板調(diào)整油門開(kāi)度，制動(dòng)踏板由用鋼絲繩牽引調(diào)整剎車開(kāi)度。鋼絲繩纏繞在由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的繩輪上，繩輪與牽引電機(jī)之間通過(guò)電磁離合器連接，這樣不破壞原車的人工駕駛功能，保證了人工駕駛與自動(dòng)駕駛的兼容。智能車縱向速度由里程計(jì)得到，智能車縱向加速度由慣導(dǎo)得到，控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成示意圖如圖1所示。有益效果1.由速度偏差和車輛加速度共同決策選擇油門或剎車，避免不必要的油門給進(jìn)，節(jié)約能源；節(jié)油率可達(dá)5-10%;2.減少油門剎車切換的切換次數(shù)，防止油門制動(dòng)踏板抖動(dòng)的出現(xiàn)。避免頻繁加速和盲目剎車，利用油門處于零位的自然減速特性，實(shí)現(xiàn)油門與制動(dòng)的平穩(wěn)切換和過(guò)渡。3.減少油門、制動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械磨損，延長(zhǎng)使用壽命。4.不影響車輛的人工駕駛性能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和人工駕駛的切換；5.具有緊急制動(dòng)功能，保證了行駛的安全性。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)方框圖圖3是本發(fā)明的控制系統(tǒng)的流程圖圖4是本發(fā)明中的RS232接口原理圖圖5是本發(fā)明中的CAN總線接口原理圖圖6是本發(fā)明的油門剎車切換示意圖圖7是切換規(guī)則軟件流程圖圖8是本發(fā)明的油門（或制動(dòng)）控制器軟件流程圖具體實(shí)施方式附圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，附圖3是控制系統(tǒng)的流程圖，結(jié)合這兩個(gè)圖對(duì)系統(tǒng)的控制流程作進(jìn)一步地說(shuō)明：1.初始化包括以下內(nèi)容：初始化四個(gè)MCU，設(shè)置MCU的總線頻率，初始化時(shí)鐘模塊，采集MCU的PT0設(shè)置為輸入捕捉方式，PT1設(shè)置定時(shí)中斷，設(shè)置PB各個(gè)端口位輸出I/O模式允許中斷。A/D初始化、PWM初始化、CAN初始化。2.里程計(jì)得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖數(shù)，慣導(dǎo)直接得到車輛的當(dāng)前加速度值，采集模塊通過(guò)里程計(jì)的脈沖數(shù)計(jì)算當(dāng)前車速，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和A/D轉(zhuǎn)化處理。3.CAN總線接收緊急制動(dòng)信號(hào)和采集模塊的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異或校驗(yàn)。將數(shù)據(jù)傳送給通信MCU。4.緊急情況下，可按下急停按鈕，直接將急停信號(hào)傳遞給CAN總線，獨(dú)立控制制動(dòng)控制器，以最大開(kāi)度拉動(dòng)剎車踏板緊急停車。5.通信MCU是上位機(jī)與底層控制模塊的橋梁，具體作用為：a)通信MCU接收當(dāng)前的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：包括車輛當(dāng)前速度和加速度信息，通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的決策處理。b)通信MCU接受上位機(jī)通過(guò)串口傳來(lái)的控制指令，并將其解包成相應(yīng)的轉(zhuǎn)向控制指令、油門控制指令和制動(dòng)控制指令，通過(guò)CAN總線發(fā)到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)即油門或制動(dòng)控制器模塊中。6.上位機(jī)根據(jù)速度偏差量和加速度值，通過(guò)切換規(guī)則作出選擇。7.根據(jù)上位機(jī)選擇的控制模塊，例如油門控制模塊，油門控制器產(chǎn)生PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)進(jìn)行工作，拉動(dòng)鋼絲繩牽引油門踏板。本發(fā)明的關(guān)鍵是油門制動(dòng)切換規(guī)則的確定，結(jié)合附圖7對(duì)控制策略的切換規(guī)則進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明：控制策略切換規(guī)則有如下特點(diǎn)：(1)在控制中盡量避免油門制動(dòng)的來(lái)回切換，當(dāng)速度偏差較小而需要減速時(shí)，盡可能利用油門處于零位的自然減速特性，在緊急情況下迅速急剎。(2)切換規(guī)則中利用期望速度和實(shí)際速度的速度偏差e的符號(hào)進(jìn)行判斷，同時(shí)，引入加速度信息a作為判據(jù)。具體切換規(guī)則如下：其中，k表示當(dāng)前k時(shí)刻的信息，ut表示油門控制，ub表示制動(dòng)控制。a.當(dāng)e(k)>0且a(k)<0時(shí)，選擇油門控制；b.當(dāng)e(k)<0且a(k)≥0時(shí)，選擇制動(dòng)控制；c.其他情況時(shí)，退出選擇，并保持原來(lái)的控制器選擇不變。油門控制與速度控制的及時(shí)順利切換是減小速度跟蹤誤差和保證智能車行駛平穩(wěn)性的關(guān)鍵。根據(jù)速度偏差和車輛加速度選擇油門控制還是制動(dòng)控制，未選擇的情況下維持上一時(shí)刻的控制器選擇。本發(fā)明的油門/制動(dòng)踏板的牽引電機(jī)為Maxon150W的直流電機(jī)，牽引電機(jī)的控制器為Epos2位置控制器。系統(tǒng)采用兩種通信方式：串口通信、CAN通信。以下是具體方法說(shuō)明：1)串口通信協(xié)議：上位機(jī)與通信單片機(jī)的通信方式選擇RS232串口通信協(xié)議，設(shè)置串口屬性：波特率為19200，無(wú)校驗(yàn)位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位。2)CAN通信協(xié)議：通信單片機(jī)與底層MCU傳輸信息采用的是CAN總線通信協(xié)議。