西南交通大学_基于自动化技术的智能驾驶模拟汽车(陈然)

基于自动化技术的智能驾驶模拟汽车设计者：陈然1曾壹2刘王瑞1指导教师：朱志国（西南交通大学1交通运输与物流学院，2电气工程学院四川成都611756）作品内容简介近年来，随着自动化技术的快速发展，以及自动驾驶技术的逐渐成熟，自动驾驶的汽车越来越受到人们的期待。

自动驾驶的汽车不仅可以代替部分司机的驾驶功能，还能检测出司机在驾驶过程中的一些错误操作，因此可以说自动驾驶的汽车能在安全性和可靠性上有较大提高。

本次论文中的车辆就是基于自动化的技术而实现自动驾驶，它能充分减轻司机的劳动强度，提高车辆的可靠性，保证车辆和人员的安全。

该系统分为自动控制，换道控制两种控制模式，以及两种模式的切换按钮——JTA（警惕按钮）。

当车辆处于自动控制模式时，通过设备检测两根车道线使车辆在车道内行驶，检测到前方存在障碍物后停止车辆，检测到侧方存在障碍物时拒绝换道；当车辆处于换道控制模式时，在侧方无车辆时可屏蔽检测车道功能实现正常手动换道，另外在有违规操作时都伴有声音报警。

两个模式可由JTA按钮自由切换。

该系统可以实现自动驾驶，减轻司机的劳动强度，防护疲劳、酒后以及不娴熟的驾驶，更好的帮助残疾人士驾驶汽车，另外在加装相关设备的情况下，可以在恶劣天气下行驶，进行灾害救援甚至军事行动等。

此车辆完全由我们自己制作，旨在展示我们自己所学，在制作工程中有所收获，有些功能还不太完善，但也能为相关部门提供技术参考。

关键字：安全可靠自动控制换道控制警惕按钮1．研究背景20世纪80年代以来 ,智能控制理论与技术在交通运输工程中越来越多地被应用。

在这一背景下 , 自动驾驶汽车的提出是十分必然的。

自动驾驶汽车是一种高新技术密集的新型汽车 ,是目前主流汽车的换代产品。

随着我国汽车保有量的增加 , 道路交通拥堵现象越来越严重 , 每年发生的交通事故也在不断上升 ,为了更好的解决这一问题 ,研究和开发汽车自动驾驶系统是很必要的。

有研究表明一个年轻敏捷的驾驶员,通常对各种情况做出及时反应的时间约为500毫秒,自动驾驶系统做出反应的时间不超过100毫秒 ,安全性更高 ,而且还可以将该系统安装在大型货车上,替代疲劳驾驶的司机,可以大大降低事故的发生率。

随着信息技术、计算机技术、制造技术等高新技术的迅猛发展，国际上汽车研究设计开发水平在大幅度提高 , 在中国开展汽车自动驾驶系统的研究,具有特别重要的意义,具体体现在以下几个方面：1、突破制约汽车工业整体跃上新台阶的若干理论与技术基础难题；2、在“智能汽车”这一新的制高点上，缩小与国际先进水平的差距3、在新一代汽车“智能汽车”领域占有一席之地 ,并促进智能运输系统研究开发4、形成中国自己的智能汽车研究队伍和研究基地 ,这对于中国意义尤其重大。

2．设计原理2.1 系统设计思路对现实中的驾驶情况调查后发现，车辆在以下三种情况需要人工的操作较多：1、车辆即将驶离车道，2、前方有障碍物影响安全行驶，3、正常换车道时左右有障碍物，4、车辆由于某种原因处于失控状态。

由此得出该隐患监测及预警器应能实时检测行驶车道的位置、前方障碍物的距离、左右障碍物的位置，通过远程控制设备控制车辆。

本套系统的组成部分应包括：红外线传感器、超声波模块及蓝牙串口通讯模块、单片机控制电路和无线遥控电路。

系统设计工作思路如图1所示。

图12.2 系统设计结构与功能车辆分为两个模式：即自动控制模式，换道控制模式。

两个模式之间的切换使用JTA（警惕按钮）实现。

◆自动控制模式：屏蔽司机的操作，汽车只执行单片机的操作，使汽车按规定的安全的路线行驶。

◆换道控制模式：当出现需要进行人工换道时，进行正常换道的手动操作，可以暂时不检测车道，让车辆正常越过车道，但伴有声音报警。

◆JTA：在自动控制模式和换道控制模式中的切换。

具体处理功能如下：1、车辆处于自动驾驶模式时，司机只需控制油门即能保证车辆一直在车道内行驶，实现汽车行驶虚拟轨道化。

2、汽车自动检测偏离车道，并同时命令汽车向原车道方向行驶，避免驶出车道，并给予警示。

3、前方车道内有障碍物时能够自动检测并停车，在手动切换到换道控制模式时能够换道以绕开障碍物。

4、若汽车将更换车道行驶时，为避免自动模式的干预，可按压JTA以进入非常控制模式屏蔽自动模块，从而顺利完成变道。

此模式一直伴有报警。

5、侧方有障碍物时，即使在换道控制模式下也不能换道。

6、能够被城市交通控制中心远程控制。

设计结构如下页图2、图3所示。

图2图32.3系统设计的实现方法2.3.1功能实现原理前方障碍物探测与避障功能超声波模块发射超声波的同时会向单片机（前方测距）发出一个高电平。

车辆前方出现障碍物时，超声波模块检测到回声并将电平拉低。

高电平持续的时间通过编程计算，可以得出车辆与前方障碍物的距离。

当这个距离小于规定的数值时，单片机（前方测距）会发送一个低电平到单片机（车辆驱动），车辆在检测到信号后会自动停止，当障碍物离开时，车辆亦可继续正常行驶。

●行驶方向校正功能如果红外线传感器（线路）检测到车道，说明车辆即将冲出车道。

这时应当立即修正车道。

修正车道的同时，蜂鸣器开始报警，以提醒司机。

在夜晚车底的光照不良，故配备了SLED 光源照亮车底。

●更换线路功能在一个换道按钮的控制下，车辆能够把手动操作的左转、右转指令理解为向左或向右更换车道的指令。

操作者也可以通过再次按压换道按钮恢复车辆左转、右转的功能。

换道指令的执行会受到红外线传感器（避障）的制约。

●两侧物体检测功能当车辆两侧有会对换道构成阻碍时，红外线传感器（避障）就会发出一个低电平到单片机（车辆驱动）对应的一个引脚上。

单片机检测到该信号时，会禁止车辆换道并发出警报提醒司机。

●远程控制功能可以实现与上位机通讯，控制中心能够在需要时控制车辆运行。

远程控制也能够一样实现车辆的加速和换道。

蓝牙通讯距离远，所以此次考虑用它模拟远程控制。

2.3.2各按钮的功能含义◆无线控制器（模拟司机室的油门和转向按钮）图4◆蓝牙控制器（模拟城市交通控制中的远程控制）图52.4系统设计的工作流程从车辆开始通电启动，其工作流程按如下顺序执行及触发：●SETP1：接通电源车辆，车辆启动；●STEP2：若驾驶光线不足，则打开车底LED照明灯；●STEP3：通过无线模块模拟油门驾驶车辆在车道内行驶，若按压JTA则转STEP9，若停止驾驶转STEP12；●STEP4：若红外检测设备检测到车辆碾压车道，转STEP5，若超声波模块检测到前方有障碍物，则转STEP7，否则转STEP3；●STEP5：单片机通过内部运算使车辆驶回车道，并启动扬声器给予声音报警；●STEP6：若红外检测设备检测到车辆驶回车道，自动关闭自动驾驶和扬声器，转STEP3，否则转STEP5；●STEP7：单片机停止车辆，并启动扬声器发出声音报警，等待约2秒的时间自动换道，并检测原车道障碍物有无驶过；●STEP8：若红外设备检测原车道已无障碍物，自动关闭自动驾驶和扬声器，并自动换道驶回原车道，并转STEP3，否则转STEP7；●STEP9：单片机发出声音报警提醒司机已屏蔽自动模块，车辆处于可换道状态，但有一定风险，此时车辆碾压车道不会被自动驶回；●STEP10：若车辆即将转向的方向有障碍物，红外检测设备检测到后立即停止车辆，并启动扬声器发出声音报警，否则转STEP11；●STEP11：司机确认换道成功后再次按压JTA，单片机控制扬声器关闭，自动模块启动，转STEP3；●STEP12：关闭车辆开关，切断电源，车辆停止行驶。

3．创新特色在制作过程中，我们运用在校所学知识使该车辆完成了规定任务。

受铁路中ATP的启发，我们规定车辆遇到障碍物自动停车，不管怎么踩油门都不行使；受LKJ-2000的启发，按压警惕按钮能换道并能够报警，直到恢复检测车道功能警报方能消除；受CTC调度集中的启发，紧急情况下可由上位机远程统一控制，不再执行司机操作。

另外，我们也考虑到夜间或雨天光线较差时对传感器的影响，所以在车底加装了LED闪光灯，以满足车辆在任何光线条件下的运行，使其可靠度和安全度大大提升。

总之，我们的小车在遇到事故时是满足故障——安全原则的。

4．应用前景随着国民经济的增长和城市的发展，汽车的保有量将逐渐增加，所以人们对于驾驶时候的安全与便利考虑也越来越多。

我们的基于自动化的自动驾驶小车有以下的应用前景：（一）减轻司机劳动强度，预防疲劳驾驶；如果司机因为饮酒过度或驾驶技术不娴熟导致错误的驾驶行为，车辆能够及时纠正车辆行驶方向，避免酒后驾车和不娴熟的驾驶造成的恶果。

（二）车辆能够通过编程实现左右的传感器检测道路旁的护栏，让车辆按照一定路径行驶且不会受环境控制。

使用该装置车辆可以极大的避免很多恶劣天气对驾驶安全的影响。

在大雾、雷雨等恶劣天气里，车辆也能够顺利通行，极大的避免了恶劣天气中交通事故的发生，也可以使得高速公路在大雾等天气条件下不用封闭。

（三）该车搭载了4块单片机，拥有强大的自动控制系统，能够适应多种自动控制任务。

在配套设备的支持下，可以实现自动灭火、灾后救援与军事行动等工作。

（四）车辆能够通过蓝牙设备接受远程控制，在必要的时候可以从指挥中心直接控制车辆的行驶。

这种功能可以在客车被劫持时让车辆仍然可以被控制，或在客车失控时紧急控制车辆对危险情况做规避。

由于使用的是蓝牙串口模块，可以通过小型摄像头把车内状况实时传递到控制中心，由此可以实现车内任意视角的实时监控。

除了传送图像数据，该模块还可以将车内各种感应器采集的数据实时传递到控制中心。

为监视提供了便利。

（五）进行车辆智能自动启动：在开发板上下载相应定时的程序，就能够让车辆在车主设置的固定时间自行启动，等待车主驾驶。

（六）进行相关人机系统的开发，使更多残疾人士驾驶车辆成为可能。

(七)可以实现旅游景区的慢速游览，实现安全、绿色、便捷的吸引旅客的亮点。

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