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智能汽车控制系统的总体设计

随着汽车数量的增多，汽车带来的环境和安全问题也越来越突出城市交通拥

挤现象越来越严重，交通事故发生的频次迅速增加据不完全统计，全世界每年

有50多万人死于车祸，1300多万人受伤。近年来，中国汽车产业高速发展，

中国每年因交通事故死亡的人数更是居全世界之首，财产损失高达数十亿元，道

路交通问题成为当前需要解决的重要社会问题之一。

对交通事故的分析表明，80%以上的车祸是由于驾驶员的失误造成的，超过

65%的车辆属于追尾相撞。如果所有的车辆都为智能车辆，防碰撞系统就能实

时控制好与其他车辆的距离，在遇到障碍时及时地减速或刹车，则能够有效地避

免交通事故的发生。此外，由于智能车辆带有路况信息采集系统，可以由交通

控制中心实时提供前方的路况信息，如堵车事故施工等，这就可以提前规划路径，

有效地改善城市交通拥挤的状况。

美国人最先开始组织实施智能车辆先导计划,欧洲提出公路安全行动计划,

日本提出超级智能车辆系统。我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技

攻关计划重大项目,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内

容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。

1智能车辆的概述

智能车辆又称为无人驾驶汽车，属于轮式移动机器人的一种，是一个集环境

感知路径规划自动驾驶等多功能于一体的综合系统智能汽车技术将许多领域联

系在一起，如计算机科学、人工智能图像处理模式识别和控制理论等。智能车辆

是智能交通系统的重要构成部分,其研究的主要目的在于降低日趋严重的交通事

故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问

题。

车辆利用各种传感技术获取车体自身和车外环境的状态信息,经过智能算法

对其进行分析、融合处理,将最终的决策结果传递给驾驶者,在危险发生之前,提醒

驾驶员做出必要的回避动作,避免事故发生;在紧急状况下,驾驶者无法做出反应

时,智能车辆则自主完成规避危险任务,帮助驾驶人员避免危险发生。

智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它更多指的是利用GPS和智能

公路技术实现的汽车自动驾驶这种汽车不需要人去驾驶，因为它装有相当于人的

眼睛大脑和脚的电视摄像机电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置

都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能够模拟人来进行刑事，简单的如自

动刹车或者加速，复杂的可以自行通过识别来绕过地面障碍物。在复杂多变的情

况下，能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常顺利地行驶。

2智能车辆控制的总体设计

2.1系统总体结构

智能汽车控制系统需要具备敏捷的速度对路况远而清晰的前瞻以及较高的

灵敏度与稳定性智能汽车的硬件系统由核心控制模块(MCU)、电源管理模块摄像

头模块存储器模块电机驱动模块舵机驱动模块，如图1所示。

电源管理模块：为系统各模块可靠供电，实时显示电池电压，电平转换并提

供稳压输出。

核心控制模块：以飞思卡尔16位单片机为核心控制器，完成传感器信息的

分析处理，决策直流电机及伺服舵机的控制。

电机驱动模块：利用PWM电路对直流电机的转速和方向进行控制。

传感器模块：包括摄像头速度传感器和加速度传感器，其中速度传感器部分又包

括旋转编码器和鉴相电路它们将前方路径信息车体速度信息和三轴加速度信息

采集，并反馈给控制器。

舵机驱动模块：根据控制器输出PWM信号进行伺服舵机的角度控制。

储器模块：利用SPI型EEPROM，为单片机提供充足的片外存储空间，便于常

用数据指令的存储和功能扩充。

2.系统工作原理

智能汽车系统的工作原理是预瞄理论和闭环控制理论的典型体现，如图2

所示。智能汽车系统通过摄像头来检测前方的赛道信息，并将赛道信息发送给单

片机，单片机根据预知的赛道情况给出设定值相对应的，系统通过编码器和加

速度传感器构成的反馈渠道将车体的行驶速度及加速度信息传送给主控单片机

根据所取得的赛道信息和车体当前的速度及加速度信息，主控单片机做出决策，

并通过PWM信号控制直流电机和舵机进行相应动作，从而实现车体的转向控制

和速度控制。

3控制系统硬件设计

3.1核心模块设计

核心控制模块，也即单片机最小系统，是智能汽车硬件系统的控制核心基于

模块化设计的思想，这里专门设计了单片机子板，以便于维护和