阅读说明：本技术 一种无人驾驶电动汽车底层电控系统 (Bottom layer electric control system of unmanned electric vehicle ) 是由 刘奕杉 卢泳康 吴元清 鲁仁全 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无人驾驶电动汽车底层电控系统,包括控制器模块、供电模块、刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块；所述供电模块的供电端与控制器模块的电源端相连接,所述控制器模块分别与刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块相连接。本发明将各个电路进行模块化设计来实现对无人驾驶电动汽车的控制,模块化的设计方案有利于用户对汽车底层电控系统进行安装、拆卸、改造以及升级,在对底层电控系统进行维修升级时不必更换整个底层电控系统,并且各个模块容易获取且价格不高,极大的降低了制造成本。(The invention discloses a bottom layer electric control system of an unmanned electric automobile, which comprises a controller module, a power supply module, a brake module, a steering module, a rear wheel driving module, a driving mode switching module and an industrial personal computer module, wherein the controller module is used for controlling the power supply module and the brake module; the power supply end of the power supply module is connected with the power supply end of the controller module, and the controller module is respectively connected with the brake module, the steering module, the rear wheel driving module, the driving mode switching module and the industrial personal computer module. According to the invention, each circuit is subjected to modular design to realize the control of the unmanned electric vehicle, the modular design scheme is favorable for a user to install, disassemble, reform and upgrade the bottom electric control system of the vehicle, the whole bottom electric control system is not required to be replaced when the bottom electric control system is maintained and upgraded, each module is easy to obtain and low in price, and the manufacturing cost is greatly reduced.)

一种无人驾驶电动汽车底层电控系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶汽车技术领域，尤其涉及一种无人驾驶电动汽车底层电控系统。

背景技术

随着人工智能、图像处理、智能感知、运动控制等领域的发展和推动，智能化的无人系统逐渐成为各国和各大科技公司重点研究和资金投入的对象，劳动力成本增加、人口老龄化加速、工作环境和任务的复杂化促使无人系统加速发展。其中无人驾驶是无人系统的一个重要研究方向。由于电动汽车具有无污染、能耗低等优点，而且更加容易操控，因此电动汽车更加适合作为无人驾驶的开发平台。无人驾驶车可以简单的划分为底层电控系统和上层控制决策系统，底层电控系统是无人驾驶车辆正常稳定行驶的硬件保障，是自动驾驶的基础条件。然而，目前的无人驾驶车辆的底层电控系统主要存在着成本过高的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种无人驾驶电动汽车底层电控系统，解决了目前无人驾驶车辆的底层电控系统主要存在着成本过高的技术问题。

本发明提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统，包括控制器模块、供电模块、刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块；所述供电模块的供电端与控制器模块的电源端相连接，所述控制器模块分别与刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块相连接。

优选的，所述供电模块包括有蓄电池以及电源降压电路，所述蓄电池的输出端与所述电源降压电路的输入端相连接，所述电源降压电路的输出端与所述控制器模块的电源端相连接。

优选的，所述控制器模块的输出端通过CAN总线与所述电动刹车模块的输入端、所述电动转向模块的输入端以及所述后轮驱动器模块的输入端相连接。

优选的，所述电动刹车模块包括直流电机驱动器以及推杆电机，所述控制器模块的输出端通过CAN总线与所述直流电机驱动器的输入端相连接，所述直流电机驱动器的输出端与所述推杆电机的输入端相连接。

优选的，所述电动转向模块包括电锁开关、转向EPS模块、转向电机、高精度绝对编码器；所述电锁开关的输出端与所述转向EPS模块的第一输入端相连接，所述转向EPS模块的输出端与所述转向电机的输入端相连接，所述转向电机的输出端与所述高精度绝对编码器的输入端相连接，所述高精度编码器的输出端与所述控制器模块的输入端相连接，所述转向EPS模块的第二输入端通过CAN总线与所述控制器模块的输出端相连接。

优选的，所述直流电机驱动器上设置有编码器接口，所述推杆电机上设置有编码器，所述编码器接口通过输出线与编码器相连接。

优选的，所述控制器模块通过RS485协议与所述高精度编码器进行数据传输。

优选的，所述控制器模块为ECU控制器，所述ECU控制器还分别与三极管放大电路、三极管继电器电路、输出缓冲电路、指示灯电路以及蜂鸣器电路相连接；

所述三极管放大电路用于利用小电流信号驱动大电流信号，实现汽车车灯控制；

所述三极管继电器电路用于利用小电压信号控制接触片的分合从而控制汽车高电压的挡位信号；

所述输出缓冲电路用于增强电路信号；

所述指示灯电路用于控制指示灯的实现不同闪烁状态；

所述蜂鸣器电路用于控制蜂鸣器发出不同的蜂鸣状态。

优选的，所述工控机模块中设置有无人驾驶程序。

优选的，所述系统还包括有移动上位机，所述移动上位机与控制器模块无线连接。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明实施例中的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统将各个电路进行模块化设计来实现对无人驾驶电动汽车的控制，模块化的设计方案有利于用户对汽车底层电控系统进行安装、拆卸、改造以及升级，在对底层电控系统进行维修升级时不必更换整个底层电控系统，并且各个模块容易获取且价格不高，极大的降低了制造成本。

本发明另一个实施例具有以下优点：

本发明实施例中的提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统控制简单，使用方便，多种通信方式结合使用让系统模块之间的数据交互更加安全高效，并且通过移动上位机客户端提供的人机交互界面实现车辆运动状态的可视化，方便用户对车辆进行控制。

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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的系统框架图。

图2为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的控制器模块结构图。

图3为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的电动转向模块的结构图。

图4为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的电动刹车模块的电路图。

图5为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的移动上位机控制界面图。

图6为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的系统框架图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的，用于解决目前的无人驾驶车辆的底层电控系统主要存在着成本过高的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统的系统框架图。

本发明提供的一种无人驾驶电动汽车底层电控系统，包括控制器模块、供电模块、刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块；所述供电模块的供电端与控制器模块的电源端相连接，所述控制器模块分别与刹车模块、转向模块、后轮驱动模块、驾驶模式切换模块以及工控机模块相连接。控制器模块通过分析无人汽车驾驶过程中的数据，在汽车需要进行刹车时控制刹车模块进行刹车，在汽车需要转向时控制转向模块进行转向，在汽车需要启动或者加速时控制后轮驱动模块进行加速，在汽车需要切换驾驶模式时控制驾驶模式切换模块进行切换，并调用工控机模块对驾驶进行控制。

作为一个优选的实施例，所述供电模块包括有蓄电池以及电源降压电路，所述蓄电池的输出端与所述电源降压电路的输入端相连接，所述电源降压电路的输出端与所述控制器模块的电源端相连接。蓄电池采用60V的铅蓄电池进行供电，配有DC-DC电源将电压转化为12V，再通过电源降压电路将电压转换为5V供控制器模块使用。

作为一个优选的实施例，所述控制器模块的输出端通过CAN总线与所述电动刹车模块的输入端、所述电动转向模块的输入端以及所述后轮驱动器模块的输入端相连接。为实现控制器模块与各模块通信，控制器模块上设计有CAN收发器和RS485收发器以及USART外设。

作为一个优选的实施例，如图4所示，所述电动刹车模块包括直流电机驱动器以及推杆电机，所述控制器模块的输出端通过CAN总线与所述直流电机驱动器的输入端相连接，所述直流电机驱动器的输出端与所述推杆电机的输入端相连接。

控制器模块根据控制指令通过CAN总线向直流电机驱动器发送驱动信号，直流电机驱动器根据驱动信号从而对推杆电机进行控制，来达到控制汽车刹车的效果。

作为一个优选的实施例，如图3所示，所述电动转向模块包括电锁开关、转向EPS模块、转向电机、高精度绝对编码器；所述电锁开关的输出端与所述转向EPS模块的第一输入端相连接，所述转向EPS模块的输出端与所述转向电机的输入端相连接，所述转向电机的输出端与所述高精度绝对编码器的输入端相连接，所述高精度编码器的输出端与所述控制器模块的输入端相连接，所述转向EPS模块的第二输入端通过CAN总线与所述控制器模块的输出端相连接。

控制器模块在接收到控制指令后，判断电锁开关是否开启，当电锁开关打开时通过外部电源给电动转向系统的转向EPS模块供电。控制器模块与转向EPS模块通过CAN通信协议实现通讯，转向EPS模块接收控制器模块的信号控制转向电机转动，同时高精度绝对编码器采集转向电机实时转角，并通过RS485协议与控制器模块进行数据传递，控制器模块得到绝对编码器的角度值后通过位置式PID公式计算控制转向电机扭矩的控制量，得到修正信号，修正转动角度，然后ECU控制器向CAN总线发送控制信号，转向EPS模块接收到控制信号后执行相应的指令，从而实现转向闭环控制，精准转向。

作为一个优选的实施例，所述直流电机驱动器上设置有编码器接口，所述推杆电机上设置有编码器，所述编码器接口通过输出线与编码器相连接。将推杆电机以及直流电机驱动器通过编码器连接，构成闭环控制。为达到精准刹车控制，刹车效果分为了3个等级，可以满足不同的刹车需求。刹车模块为外部12V电源供电，控制接口为CAN总线通信接口，方便与其它模块并行挂载在同一路CAN总线上，共享同一路CAN总线。

作为一个优选的实施例，所述控制器模块通过RS485协议与所述高精度编码器进行数据传输。

作为一个优选的实施例，如图2所示，所述控制器模块为ECU控制器，所述ECU控制器还分别与三极管放大电路、三极管继电器电路、输出缓冲电路、指示灯电路以及蜂鸣器电路相连接；

所述三极管放大电路作为一种电子开关，用于利用小电流信号驱动大电流信号，从而实现对汽车车灯的控制；

所述三极管继电器电路用于利用小电压信号控制接触片的分合，其常开常闭端用来导通和切断高电压大电流信号，从而控制汽车高电压的挡位信号；

所述输出缓冲电路用于增强电路信号，实现数据的缓冲输出，防止灌电流对微控制器产生影响。

所述指示灯电路用于控制指示灯的实现不同闪烁状态，方便工作人员对ECU控制器的调试。

所述蜂鸣器电路用于控制蜂鸣器发出不同的蜂鸣状态，当数据帧的发送频率小于50hz时，ECU控制器控制蜂鸣器电路发出蜂鸣报警，进入通信出错状态。

作为一个优选的实施例，所述工控机模块中设置有无人驾驶程序，当汽车切换至无人驾驶模式时，控制器模块通过调用工控机中的无人程序实现汽车的无人驾驶。

作为一个优选的实施例，所述系统还包括有移动上位机，所述移动上位机与控制器模块无线连接。用户通过移动上位机接收控制器模块中的数据实时掌握无人驾驶汽车的情况以及通过移动上位机发送指令对控制器模块进行控制，从而实现对无人驾驶汽车的远程控制。

如图5以及图6所示，移动上位机与ECU控制器通过蓝牙转串口实现数据的交互。移动上位机中安装有客户端，客户端的控制界面设定为刹车、转向、前进和后退等功能，当用户执行某一功能时客户端将数据封装成协议发送给ECU控制器，ECU控制器则反馈车的速度、运行模式、挡位和角度等数据至移动上位机客户端。

当移动上位机执行前进、后退功能时，ECU控制器接收到控制指令，根据要求的行驶速度转化成电机驱动信号给后轮驱动模块，从而实现车的前进后退。

当移动上位机执行刹车功能时，ECU控制器接收到控制指令，根据控制指令通过CAN总线向直流电机驱动器发送驱动信号，直流电机驱动器根据驱动信号从而对推杆电机进行控制，来达到控制汽车刹车的效果。

当移动上位机执行转向功能时，ECU控制器接收到控制指令，ECU控制器在接收到控制指令后，判断电锁开关是否开启，控制器模块与转向EPS模块通过CAN通信协议实现通讯，转向EPS模块接收控制器模块的信号控制转向电机转动，同时高精度绝对编码器采集转向电机实时转角，并通过RS485协议与控制器模块进行数据传递，控制器模块得到绝对编码器的角度值后通过位置式PID公式计算控制转向电机扭矩的控制量，得到修正信号，修正转动角度，然后ECU控制器向CAN总线发送控制信号，转向EPS模块接收到控制信号后执行相应的指令，从而实现转向闭环控制，精准转向。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。