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智能车控制系统

作者:鞠培刚    发布时间:2011年10月09日

 一、NI CompactRIO平台

NI CompactRIO 可编程自动化控制器(PAC) 是一款低成本、可重新配置的控制和采集系统,专为需要高性能和高可靠性的应用而设计。该系统包含一个工业实时系统和可编程逻辑(FPGA),降低了机器控制、过程监测等应用的硬件平台成本。机箱里可以插入种类广泛、内建信号调理的IO模块,可方便连接各种传感器和驱动设备进行数据采集和闭环控制。电气工程师与机械设计师能够通过LabVIEW图形化开发工具快速对NI CompactRIO系统内的实时操作系统和FPGA进行编程及自定义,大大节省了开发实时应用和硬件设计的时间和资金。

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图1  NI CompactRIO平台

 

1)NI CompactRIO平台具备以下技术特点:

  •  ·嵌入式控制器运行LabVIEW实时 (Real-Time), 进行确定性控制、数据记录和分析
  •  ·800 MHz处理器, 4 GB非易失性存储介质, 512 MB DDR2内存
  •  ·双以太网端口, 具有配备了远程用户界面的嵌入式Web服务器和文件服务器
  •  ·高 USB主机端口可连接至USB闪存及其它存储设备
  •  ·连接外设的RS232串口; 9 VDC35 VDC双电源输入
  •  ·操作温度范围: -40°C70°C

2)超高标准的工业认证和等级

NI CompactRIO是一种可重新配置的嵌入式系统,它有可靠的独立嵌入式功能,以及具备满足恶劣工业环境的工业认证和等级。CompactRIO适应温度范围为-4070,抗50g的冲击以及具有12区的防爆等级。大部分I/O模块可以承受2300Vrms的瞬间电压,可以持续接受250Vrms的电压。每个部件都有各种国际安全,电磁兼容(EMC),以及环境认证和等级。

  •  ·工作环境温度:-40-70°C
  •  ·工作环境湿度:5-95%
  •  ·高达2300Vrms的电压隔离(承受力)
  •  ·抗50g冲击
  •  ·高国际安全,EMC和环境认证
  •  ·Class 1,Division 2的防爆等级
  •  ·低功耗(典型情况710W

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3)NI CompactRIO平台技术特点

可靠性

适合于车载工作环境。工作温度-40℃~70℃,抗振冲击50g。软件上运行Vxworks操作系统,保证程序稳定可靠运行。

CompactRIO直流供电,低功耗(典型值15W)。车载场合可以直接采用直流供电。

采集模块精度高。产品符合美国计量的NIST标准,在中国地区,上海计量院提供校准服务。

开放性

每个CompactRIO带有处理器和本地存储介质,具备本地存储、数据处理,网络故障自诊断等功能,可以保证数据不丢失以及数据处理的实时性。同时CompactRIO本身是一个开放的开发平台,用户可以自己进行二次开发。

扩展性

灵活、可扩展。由于采集用以太网的组网方式和八槽机箱,因此如果采集参量增加,用户只需要再购买适合CompactRIO的功能模块,即可添加到现有系统中。

 

二、智能车控制系统

随着科学技术的发展,电子化、信息化、网络化和智能化已成为未来车辆的发展趋势。无人驾驶车辆则是该发展趋势的最佳体现。无人驾驶车辆包括两类:一类是遥控车辆,另一类是自主车辆。遥控车辆依靠有线、无线及因特网方式有操纵者远程控制实现无人驾驶;自主车辆也称为智能化车辆或者移动机器人,一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境,并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息,控制车辆的转向和速度,从而使车辆能够安全、可靠地在道路上或者特殊的路径上行驶。

智能车控制系统开发的关键技术主要有两个方面:车辆定位和车辆控制技术。

1.定位导航技术

车辆定位技术是无人驾驶车辆行驶的基础。目前常用的技术包括磁导航、视觉导航和惯性导航等。

 

2.车辆控制技术

车辆控制技术是无人驾驶车辆的核心,主要包括方向控制和速度控制等。无人驾驶其实就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶。通过对驾驶员的驾驶行为进行分析可知,车辆的控制是一个典型的预瞄控制行为,驾驶员找到当前道路环境下的预瞄点,根据预瞄点控制车辆的行为。

 

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2  智能车控制核心单元

 

智能车控制可以分成传感器信号采集 、控制算法 及执行、动力电机驱动控制等一系列过程,完成自主引导或遥控行驶。

采集系统及无线控制

NI CompactRIO核心通过ODB接口、传感器模块和GPS接收模块实时采集测量信息

BODII是目前汽车诊断的统一标准,目前有成熟的BODII转串口的芯片,价格较低,方便信息采集和降低成本。BODII具有以下特点:

  •  ·统一车种诊断座形状为16PIN
  •  ·上有数值分析资料传输功能(DATA LINK CONNECTOR简称DLC)
  •  ·统一各车种相同故障代码及意义。
  •  ·具有行车记录器功能。
  •  ·具有重新显示记忆故障码功能。
  •  ·具有可由仪器直接清除故障码功能。

 

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系统通过模块接收ODBIIGPS的信号,并通过无线网络模块实时控制,NI cRIO配合上位机对智能车进行核心控制。

控制系统

电机转向和速度控制。

机器视觉系统

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  •  ·实时机器视觉系统
  •  ·高性能、多核处理器, 适合快速检测
  •  ·连接多架相机以实现同步检测 (千兆以太网视觉和IEEE 1394标准)
  •  ·借助视觉生成器配置实现自动检测, 或使用视觉开发模块 (Vision Development Module)编程
  •  ·可靠坚固的工业系统不含可动部件 (无风扇式和固态硬盘)
  •  ·I/O通道数适合同步和工业通信

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3  智能车控制体系架构

三、NI硬件明细

 

 

模块

型号

描述

控制器

NI 9025

CompactRIO实时嵌入式控制器, 800 MHz, 4 GB 存储, 512 MB DRAM

FPGA机箱

NI 9118

8Virtex-5 LX 110可重编程机箱用于CompactRIO

机器视觉系统

EVS-1464 RT

实时视觉系统,适合千兆位以太网视觉,IEEE 1394摄像头

CAN总线

NI 9853

双端口高速CAN模块,能以1Mb/s的速率发射/接收所有总线载荷。

RS 232

NI 9870

4端口RS232串行接口模块

RS 485

NI 9871

4端口RS485/RS422串行接口模块

GPS模块

VI 6011

 灵敏度达-159dBm;具备32通道卫星信号接受能力;快速定位

电机控制

NI 9516

位置反馈与速度反馈的双增量编码器反馈的伺服驱动接口

模拟信号采集

NI 9205

32路单端/16路差分,±200 mV-10 V16位,250kS/s模拟输入模块