3 主控系統(tǒng)設(shè)計 
    主控系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)對無人駕駛車輛內(nèi)部傳感器信號的采集以及實現(xiàn)對無人駕駛車輛三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。主控系統(tǒng)核心處理器選用NXP的MK60DN512芯片，主控系統(tǒng)有兩種工作模式：遙控模式與自主模式，兩種模式可以通過遙控器的模式選擇實現(xiàn)切換功能，接下來在其體模式下介紹主控系統(tǒng)的控制方式。

    3.1自主模式
    主控系統(tǒng)首先檢測遙控器發(fā)送的模式指令，在接受到自主模式指令的情況下，自動切換到自主模式。主控系統(tǒng)根據(jù)NMEA-0183協(xié)議解析差分GPS的GGA信號以獲取車輛位置及航向角信息，并將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換成空間距離信息，使用跟隨預(yù)瞄控制模型實現(xiàn)無人駕駛汽車的軌跡跟隨功能。解析激光雷達(dá)的UDP數(shù)據(jù)包以獲取車輛周圍環(huán)境的三維點(diǎn)云或者分析雙目相機(jī)空間深度圖，建模并識別道路路沿，判斷可行駛區(qū)域以及檢側(cè)道路上的障礙物，實現(xiàn)無人駕駛汽車的避障功能。
    在控速方面，通過K60核心控制器的FTM模塊輸出PWM波控制油門舵機(jī)實現(xiàn)車輛的運(yùn)動，車速信號通過安裝在汽車后輪上的旋轉(zhuǎn)編碼器采集并反饋給主控板，主控系統(tǒng)通過PID閉環(huán)調(diào)節(jié)油門舵機(jī)，使汽車穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的行駛速度，行駛速度的設(shè)定隨汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增加而減小。
    在轉(zhuǎn)向方面，無人駕駛車輛的行駛軌跡一般由系統(tǒng)提前設(shè)定，按照規(guī)劃的路徑完成避障行駛，汽車在行駛過程中通過GPS能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位，實時分析自身與預(yù)定軌跡的行駛偏離，核心處理器再通過輸出PWM波調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向舵機(jī)使車輛實現(xiàn)軌跡跟隨。
    在制動方面，自主狀態(tài)下，制動信號主要取決干激光雷達(dá)與雙目相機(jī)的分析結(jié)果，在檢測到障礙物并得到與車輛的距離信息后，主控系統(tǒng)控制制動舵機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的制動動作。白主模式如圖2所示。

    3.2遙控模式
    主控系統(tǒng)在接收到遙控指令的情況下進(jìn)入遙控模式。遙控模式的主要目的是為自主模式的研發(fā)與測試提供便利。在遙控模式時，主控系統(tǒng)接受由遙控器傳遞的控速信號、轉(zhuǎn)向信號和制動信號，可以通過遙控方式實現(xiàn)無人駕駛試驗車輛的遠(yuǎn)距離遙控。遙控系統(tǒng)與主控系統(tǒng)通過增強(qiáng)型NRF24101進(jìn)行通訊，遙控距離可達(dá)1 000 m。同時，遙控模式也是為自主模式做的準(zhǔn)備工作，兩種模式區(qū)別在于一種是按照自主避障跟隨的方式行駛，一種是按照人為主觀意圖無線遙控運(yùn)動，但兩種模式都需要通過主控系統(tǒng)控制三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動作。三大執(zhí)行機(jī)構(gòu)是在原自動擋汽車的基礎(chǔ)上改裝的，因此對改裝后三大機(jī)構(gòu)的測試是不可或缺的，在實際做自主的無人駕駛試驗之前，通過在遙控模式下對三大機(jī)構(gòu)的測試，可以做好自主模式前的準(zhǔn)備工作。
    無人駕駛試驗車輛的試驗過程具有一定的危險性。在自主模式下，如果無人駕駛試驗車輛未按照規(guī)劃的軌跡行駛或者是未進(jìn)行有效的實現(xiàn)避障動作，就需由自主模式迅速切換到遙控模式。因此，遙控模式在無人駕駛試驗的過程中，無論是在試驗便捷性方面，還是在安全性方面，都具有著特別重要的意義。遙控自主關(guān)系如圖3所示。

    4 遙控系統(tǒng)設(shè)計
    遙控系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)人為信號的輸入，包括模式選擇信號、轉(zhuǎn)向輸入信號、控速輸入信號、制動輸入信號和檔位切換信號，將這些信號進(jìn)行采集并同步發(fā)送給主控系統(tǒng)，同時接受來自主控系統(tǒng)反饋回的車速信號和故障信號等，并在遙控系統(tǒng)的顯示模塊實時顯示各狀態(tài)的參數(shù)。遙控系統(tǒng)也選用NXP的MK60DN512芯片作為核心處理器，也配備NRF24101無線通訊模塊，與主控系統(tǒng)實現(xiàn)信號的互發(fā)互收。
    4.1模式選擇
    兩種模式的切換由一路開關(guān)控制，在開關(guān)接上時，由電路給控制器MK60DN512提供低電壓；在斷開時提供高電壓。通過控制器的一路GPIO口檢測這一電壓，在檢測到高電壓時，遙控器綠燈亮，為遙控模式，遙控器向主控系統(tǒng)發(fā)送模式指令0；在檢測到低電平時，遙控器紅燈亮，為自主模式，遙控器向主控系統(tǒng)發(fā)送模式指令1。
    4.2轉(zhuǎn)向輸入
    轉(zhuǎn)向信號通過一個單向搖桿的電位器實現(xiàn)，兩端接3.3 V電壓，搖桿處于不同位置時會輸出0～3.3 V電壓，處于中間位置時輸出1.65 V電壓。通過K60處理器的ADC模塊采集這一電壓信號，定義8位精度，得到一個0～255的數(shù)值，128為其中間位置的采集值。這樣（127～0）即可表示控制車輛左轉(zhuǎn)，(128～255）即可表示控制車輛左轉(zhuǎn)，具體值與128的差值可表示控制車輛轉(zhuǎn)向的幅度。遙控器通過NRF24101向主控系統(tǒng)同步傳輸這一8位精度的AD轉(zhuǎn)向信號值。
    4.3控速輸入
    控速信號的輸入與轉(zhuǎn)向信號的輸入方式相同，也通過一個單向搖桿的電位器來實現(xiàn)，兩端也接3.3 V電壓，通過K60處理器的另外一路AD通道采集這一電壓信號，定義8位精度，得到0～255的數(shù)值，128為其中間位置的采集值。這樣（127～0）即可表示控制車輛前進(jìn)，(128～255）即可表示控制車輛倒退，具體值與128的差值可表示控制車輛運(yùn)行的速度。通過NRF24101，向主控系統(tǒng)同步傳輸這一8位精度的AD控速信號值。

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