[发明专利]无人电动大学生方程式赛车及其控制方法

摘要

无人电动大学生方程式赛车及其控制方法，同时安装转向舵机及其减速器于车辆转向机构处，制动舵机以及其减速器于车辆上，对于车辆感知元件，加装转角传感传器、轮速传感器、摄像头、激光雷达以及Gps相关设备。通过感知元件识别道路环境信息，确定道路，规避障碍，从而计算出车辆可运行路线，使车辆在道路中自主行驶，实现局部路径规划。除此之外，也可以人为输入指定路径，试车辆沿指定路径行驶，实现全局路径规划。同时也可以跟随行人，这辆车可以跟在人后面行驶。当人突然停下时，车也可以自动刹停，简称单兵跟踪技术。最终实现大学生方程式赛车实现无人化，使方程式赛车感知道路规划车辆行驶线路，实现四级自动无人驾驶。

主权项

无人电动大学生方程式赛车，其特征在于包括：前桥、后桥、车架、驱动轮、转向轮、双电机(17)、电机减速器(16)、半轴、电机控制器(14)、动力电池组(3)、电池管理系统(2)、转向舵机(10)、转向舵机减速器(28)、转角传感器(9)、制动舵机(7)、制动舵机减速器(8)、轮速传感器(1)、摄像头(5)、工控机(12)、整车控制器ECU(13)、GPS移动端(11)、GPS天线(6)、激光雷达(15)、电台移动端(4)；车架包括：主环(18)、前环(19)；动力电池组(3)，包括：高压电池(25)、DC/DC(26)、低压电池(27)、逆变器(21)；无人电动大学生方程式赛车外部还设有电台终端(23)和GPS基准站(24)；双电机(17)安装于后桥中部，电机减速器(16)安装于双电机(17)外侧；半轴连接电机减速器(16)和驱动轮，电机控制器(14)安装于主环(18)后下方且位于双电机(17)前方；动力电池组(3)、电池管理系统(2)安装于车架上；转向舵机(10)与转向舵机减速器(28)相连，转角传感器(9)安装于转向舵机减速器(28)上，转向舵机(10)、转向舵机减速器(28)、转角传感器(9)均安装在车辆的转向齿条上方；制动舵机(7)、制动舵机减速器(8)均安装在车架上，制动舵机(7)连接制动舵机减速器(8)，制动舵机减速器(8)连接制动主缸；轮速传感器(1)，分别安装在驱动轮、转向轮中；摄像头(5)安装于车头顶部中间位置，朝向车头前方；电台移动端(4)、工控机(12)、整车控制器ECU(13)、GPS移动端(11)均安装于车架上；GPS天线(6)安装在车的前部和后部；车的前部和后部的GPS天线(6)之间的连线与车辆中轴线平行；激光雷达(15)安装于车顶，且位于主环前端；高压电池(25)与电机控制器(14)相连，高压电池(25)向电机控制器(14)输出两相直流电，电机控制器(14)将两相直流电转换成三相交流电，为双电机(17)提供电能；同时高压电池(25)通过DC/DC(26)向低压电池(27)供电；低压电池(27)与逆变器(21)相连，低压电池(27)通过逆变器(21)向工控机(12)供电；同时，低压电池(27)向摄像头(5)、激光雷达(15)、GPS移动端(11)、电台移动端(4)、制动舵机(7)、转向舵机(10)、cancom信号转换器(22)供电；转向舵机(10)输出的扭矩通过转向舵机减速器(28)输出到转向齿条上，从而控制转向轮转向；双电机(17)产生的扭矩通过电机减速器(16)减速增扭后送至半轴，由半轴输出到驱动轮上，使车辆产生动力；制动舵机(7)输出的扭矩通过制动舵机减速器(8)输出到制动主缸上，从而通过制动液压管路使制动卡钳抱住刹车片，使车辆制动；摄像头(5)能够将采集到的车辆前方的图像传送至工控机(12)，同时，激光雷达(15)将采集到的车辆前方障碍物的距离信息传送至工控机(12)，GPS天线(6)接收卫星信号送至GPS移动端(11)；GPS基准站(24)将GPS基准站的位置通过电台终端(23)实时发送至车辆上装载的电台移动端(4)，电台移动端(4)将GPS基准站的位置传送至GPS移动端(11)；GPS移动端(11)根据卫星信号得到车辆的GPS坐标，并根据GPS基准站的位置校正根据卫星信号得到车辆的GPS坐标，将校正后的GPS坐标送至工控机(12)；工控机(12)根据摄像头(5)采集到的车辆前方的图像、激光雷达(15)采集到的车辆前方障碍物的距离信息和车辆的GPS坐标，确定车辆的目标方向和目标速度，传送到整车控制器ECU(13)；整车控制器ECU(13)同时接收转角传感器(9)实时采集的转向轮转角信号与轮速传感器(1)采集的车轮转速信号；根据采集的转向轮转角信号和车轮转速信号，确定车辆实时方向与速度；整车控制器ECU(13)将车辆的目标方向和目标速度分别与车辆实时方向与速度对比，通过向制动舵机(7)与转向舵机(10)发送指令，从而使车辆实时方向与速度向车辆的目标方向和目标速度靠近，最终达到车辆的目标方向和目标速度车辆的目标方向和目标速度，从而控制车辆方向与速度。