智能汽车设计基础—软共58页

智能网联汽车基础知识
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驾驶员拥有车辆全部控制权
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1.1.1 智能网联汽车定义——无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是经过车载环境感知系统感知道路环境, 自动 规划和识别行车路线并控制车辆抵达预定目标智能汽车。 它是利用环境感知系统来感知车辆周围环境, 并依据感知所 取得道路情况、车辆位置和障碍物信息等, 控制车辆行驶方 向和速度, 从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶
无人驾驶汽车发展还需要多方面共同努力
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1.1.2 智能网联汽车分级
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第二节 智能网联汽车技术分级
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1.1.2 智能网联汽车分级
在量产车型中, 自动驾驶等级最高是L3级, 即奥迪A8, 它配 置了4个鱼眼摄像头、12个超声波雷达、4个中程毫米波雷 达、1个远程毫米波雷达、1个激光雷达、1个前视摄像头。 其中, 4个鱼眼摄像头用于360°环视系统, 12个超声波雷达 用于自动泊车系统
会自动完成全部工况下自动驾驶
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智能网联汽车基础知识
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1.2 智能网联汽车体系结构—层次结构

汽车构造与原理
掌握汽车的基本构造，包括发动 机、底盘、车身和电气设备等部 分，以及它们的工作原理和相互 作用。
汽车动力学
了解汽车行驶过程中的动力学原 理，包括驱动力、制动力、侧向 力和操纵稳定性等方面的知识。
汽车设计与制造流
程
熟悉汽车设计的基本流程，包括 市场调研、概念设计、详细设计、 试验验证和生产制造等环节。
车道保持系统
车道保持系统是一种利用摄像头或雷达等传感器 识别车道线或道路边缘，通过控制算法调节车辆 转向和速度，使车辆始终保持在车道内行驶的智 能汽车控制系统。
智能巡航系统
智能巡航系统是一种利用雷达、摄像头等传感器 获取前方车辆和道路信息，通过控制算法调节车 辆速度和距离，实现自动跟车和定速巡航功能的 智能汽车控制系统。
自动驾驶
指通过车载传感系统感知道路环境， 自动规划行车路线并控制车辆到达预 定目标的智能汽车技术。
车联网
指通过车内网、车际网和车载移动互 联网进行车与X（人、车、路、云等） 之间的智能信息交换共享，提升车辆 的智能化和自动化水平，构建车辆运 行的高效、安全和舒适环境。
02
智能汽车设计基础知识
汽车工程原理
基于人工智能的设计方法
利用人工智能技术，如机器学习、深度学习等，实现人机交互界面 的自适应、自学习和自优化。
基于多模态交互的设计方法
整合语音、手势、视觉等多种交互方式，提供更加自然、便捷的人 机交互体验。
人机交互界面在智能汽车设计中的应用
车载信息娱乐系统
通过大尺寸触摸屏或中控台上的物理按键，实现音频、视频、导航等多媒体功能的操作和控制。
控制系统通常由控制器、执行器、被 控对象和测量变送器等组成。其中， 控制器根据测量变送器提供的被控对 象状态信息，按照一定的控制规律产 生控制信号，通过执行器作用于被控 对象。

02
智能汽车硬件设计
传感器设计
传感器类型
包括雷达、激光雷达、摄像头、 超声波等，用于感知周围环境， 获取车辆位置、速度、障碍物等
信息。
传感器精度
传感器精度对智能汽车的感知能力 至关重要，高精度传感器能够提供 更准确的环境信息，提高车辆的安 全性和稳定性。
传感器融合
通过多种传感器的融合，可以更全 面地获取环境信息，提高感知的可 靠性和准确性。
执行器设计
执行器类型
包括电机、油门、刹车、转向等，用于控制车辆的行 驶状态。
执行器精度
执行器的精度对车辆的控制效果有很大影响，高精度 执行器能够提高车辆的操控性能和响应速度。
执行器可靠性
执行器的工作环境较为恶劣，需要具备较高的可靠性 和耐久性，以确保车辆的安全和稳定。
电源管理系统设计
电源类型
包括锂电池、燃料电池等，用于提供车辆所需的电能。
开源、稳定、可定制，广泛应用于车载娱乐系统、导航系统等。
QNX操作系统
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专为汽车行业设计的实时2
03
机器学习算法
用于自动驾驶、障碍物识 别、路径规划等领域，提 高驾驶安全性。
深度学习算法
处理大量数据，实现更精 准的识别和预测，提高驾 驶辅助系统的性能。
电源容量
电源容量的大小直接影响到车辆的续航里程和负载能力。
电源管理系统
电源管理系统负责监控和控制电源的工作状态，确保电源的稳定性 和安全性，同时优化能源的利用效率。
03
智能汽车软件设计
操作系统
实时操作系统（RTOS）
01
提供实时性、可靠性和安全性，支持多任务管理和优先级调度。
Linux操作系统
02

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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA框架标准化和硬件描述语言等设计数据格式的标准化 可集成不同设计风格和应用的要求，使得各具特色的EDA 工具能有效地工作在同一个工作站上。集成的EDA系统不 仅能够实现高层次的自动逻辑综合、版图综合和测试码生 成，而且可以使各个仿真器对同一个设计进行协同仿真， 进一步提高了EDA系统的工作效率和设计的正确性。
v （4）开放性和标准化
v EDA系统的框架是一种软件平台结构，它为不同的EDA工 具提供操作环境。框架提供与硬件平台无关的图形用户界面、 工具之间的通信数据、设计数据和设计流程的管理，以及各种 与数据库相关的服务项目等。一个建立了符合标准的开发式框 架结构EDA系统，可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计 工作。框架作为一套使用和配套EDA软件包的规范，可以实现 各种EDA工具间的优化组合，将各种EDA工具集成在一个统一 管理的环境之下，实现资源共享。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.2.1 EDA技术
v EDA通用支撑软件和应用软件包涉及电路与系统、数据 库、图形学、图论和拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多 门学科，其技术指标包括自动化程度、功能完善度、操作 界面、数据开放性和互换性（即不同厂商的EDA软件可 互相兼容）等。
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第1章智能汽车设计基础—计算机辅 助设计
4.1.2 AutoCAD 简介
v （5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。
v （6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题，同 时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。

-------------------------------------------------------------------------------------*/
void PWM23_45_67_Init(void)
{
PWMPRCLK = 0x03; //时钟A分频系数为8,即A的频率为FBUS/8 = 24/8 = 3MHz
CodeWarrior的基本使用
PWMCLK = 0x00; //选择时钟源A,B PWMPOL = 0xff; //极性选择起始为高 PWMCAE = 0x00; //左对齐 PWMCTL |= 0xE0; //23,45,67级连为三个16位PWM
模块驱动程序－PWM模块示例
PWME = 0xA8; //使能3,5,7通道的PWM输出 }
3.预先对所开发的程序进行充实的测试，然后才能由赛车 进行实际运行。
4. 排除问题的时候，应该通过控制其他条件不变的情况下， 分析输出现象，思考现象的本质，确定问题的位置。
CodeWarrior的基本使用
跟其他开发环境一样，CodeWarrior 能够自动 地检查代码中的明显错误，它通过一个集成的调 试器和编辑器来扫描你的代码，以找到并减少明 显的错误，然后编译并链接程序以便计算机能够 理解并执行你的程序。你所使用过的每个应用程 序都经过了使用象 CodeWarrior 这样的开发工具 进行编码、编译、编辑、链接和调试的过程。。
模块驱动程序
这些关于硬件寄存器的信息从哪儿获得？ 最原始的材料是相应芯片的用户手册(DataSheet) 其次还有相应的参考书籍
总体流程图
图像采样原理
主要模块及其功能
1、初始化模块：对各个接口初始化，包括串口、时钟、 中断、PWM、摄像头接口等； 2、车速采集和计算：采集的车辆速度传感器的脉冲值， 计算出车辆的速度；

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智能汽车电源研究
• 目前，车载动力电源的弊端是容量偏小、功率较低、持续稳定工作时间短，国内外不少学者对此进行了大 量研究，智能汽车作为新一代汽车的代表，为应对日益严重的环境问题，必须采用电能作为动力。但至目 前为止，智能汽车动力电源仍是一个有待突破的技术关键。
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1.2 国外智能汽车设计竞赛
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智能汽车的信息采集与处理技术
• 汽车在行驶过程中，必须得到的信息包括车辆自身状况的信息、道路信息、近邻行驶汽车的信息及导航定 位信息等。这些信息一般被外界噪声所干扰，如何精确、实时、有效地采集到这些信息，并进行处理，需 要特别研究。
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智能汽车控制策略的设计
• 目前，在智能控制领域内，已经提出了模糊控制理论、神经控制理论、专家控制理论、分层递阶控制理论 等智能控制方案。所有这些智能控制策略，其核心思想就是模仿人的思维和行动，去完成或部分完成只有 人类专家才能完成的控制任务。设计一个“类人”的汽车控制器，是智能汽车控制策略研究中的终极方案。 但由于汽车驾驶任务的复杂性，研究设计这种汽车智能控制器的任务是十分艰巨的。
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智能汽车导驶定位技术
• 智能汽车作为一种自动或半自动交通工具系统，如何选择交通路线、如何识别道路、如何精确实时地确定 自己的地理位置、如何记录自己的行车路线等问题，是当前研究的技术热点，而数字导驶技术就是解决这 些问题的综合方案。从硬件上讲，车载计算机、控制器、显示器、数字地图、定位系统是必不可少的。车 辆数字导驶技术研究已经取得了一些结果，但是要完全彻底地解决问题，还需要做很多研究。
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1.2.1 美国智能汽车大赛
• 这次智能汽车比赛的目标是对未来科学家的激励。大学、企业和发明家们期望 制造出通过洛杉矶和拉斯维加斯间荒地、行程100 mile（160 km）的自我控 制汽车。

电源管理
电池
驱动桥1
左电机
驱动桥2
右电机
右电机测速电路
左电机测速电路
键盘
LCD显示器
二、智能车的主要软件功能模块 系统初始化 车模运行状态检测 车模速度测量 车模倾斜角度测量 赛道检测（引导线、坡道、障碍） PWM输出控制 车模启动、刹车、停止控制 直立控制 方向控制 1.参数设置、状态与参数显示等
ak1 k2
----车模倾斜角度
----车模倾斜角速度
陀螺仪输出的是车模的角速度，不会受到车体运动的影响，因此该信号中噪声很小。 车模的角度又是通过对角速度积分而得，这可进一步平滑信号，从而使得角度信号更 加稳定。因此车模控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺仪所得到的信号。
由于从陀螺仪角速度获得角度信息，需要经过积分运算。如果角速度信号存 在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后，变化形成积累误差。这个误差会 随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度信号 ：
速度测量
由于在速度控制过 程中需要始终保持 车模的平衡，车模 速度控制不能直接 通过改变电机转速 来实现，只能通过 控制车模的倾角来 实现。
二．速度控制原理
给定车模直立控制角度设定值，在直立控制调节下，车模将会自动
维持在一个角度，角度的积分即是车辆的速度值。
速度控制方框图
缺点：微分运算对高频干 扰信号敏感，没有积分环 节始终存在稳态误差。
N Y
COUNT=2？
N Y
COUNT=3？
N Y
COUNT=4？
N
读取脉冲计数值 A/D采样平均滤波
车模直立控制 车模速度控制 车模转向控制
退出1毫秒中断
四、主要控制算法及其实现

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速度控制
• 直线恒速运行
• 转弯减速 • PID稳速
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直线恒速运行
• 恒速PWM值比较大，以转弯时不冲出赛道 为标准。 • 可以实现出弯加速和长直道加速。
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转弯减速
• 比直线恒速小 • 主要实现入弯减速，以免由于速度过快而 冲出跑道
第一部分：模拟电路
第二部分：数字电路
第三部分：51单片机基础
第四部分：印刷电路板的制作
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第一部分 模拟电路
1.半导体二极管 2.半导体三极管及其放大电路 3.集成运放 4.直流稳压电源
飞思卡尔智能汽车培训（基础部分）
一、半导体二极管特性介绍：
1.二极管的电路符号
P
N
• 合理放电
– 不合理放电会降低电池容量 – 放电不可以越过阀值（不可过量放电） – 电池电压过低会造成摄像头、电机驱动芯片工 作异常
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电机驱动板
• 独立的PCB板，安装在直流电机上方 • 使用两片MC33886并联 • PWM控制
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主控板
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RPR220对管路径检测电路
根据我们讲述的原 理，当对管检测到黑线时， 会输出一个电平较低的模 拟量；当对管检测到白色 的底板时，会输出一个电 平较高的模拟量。 在实验中发现，白 线模拟量约为800左右， 黑线模拟量约为550左右。 设置门限为680，>则为1， <则为0。
飞思卡尔智能汽车培训（基础部分）
3、智能车软件设计