1. 研究目的与意义（文献综述）

无人驾驶汽车是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达到预定目标的智能汽车。^【1】无人驾驶汽车的研究早在20世纪50年代西方国家已经开始涉足，并取得较大的进步。而我国对于无人驾驶智能车的研究则起步相对较晚，直到1992年我国才研制出第一辆无人驾驶智能车。当前由于汽车和互联网技术的发展，正如每个人可以感受到的，人工智能技术和智能化的普及正使得我们的生活越来越便捷，无人驾驶智能车也不例外。如何通过互联网将无人驾驶技术应用到车辆中实现解放驾驶员，则是未来汽车领域发展的一大方向。

1.1国外研究现状分析

无人驾驶汽车技术早在20世纪50年代左右就被德、英、美、法等国家涉猎研究，并取得较大的技术进步。国外目前的研究已经初步能实现无人驾驶技术辅助驾驶。

2. 研究的基本内容与方案

2.1确定车型参数，选取参考目标车型

选取的目标车型：宝骏E200 2018款智享版

尺寸参数	长度	2479mm
宽度	1526mm
高度	1616mm
轴距	1600mm
前轮轮距	1310mm
后轮轮距	1320mm
质量参数	整备质量	842kg
满载质量	1022kg
其他可能影响转向设计参数	驱动方式	前置前驱
助力类型	电动助力
前悬架类型	麦弗逊式独立悬架

2.2自主转向系统整体分析

目前较为广泛的无人驾驶技术的研究方法，多以针对传统机械系统或机构进行改造为主要手段，这不仅可以保证当无人驾驶手段失灵时，保留原有的机械系统或机构，使得驾驶员拥有操控车辆的权力，还可以节省研究时间、资金成本等。因此，本设计采取同样的方法，选择合适的传统动力转向机械系统，进行适当的改进，设计出一款自主转向系统，使其实现无人驾驶的转向要求。

自主转向系统主要分为三大部分：自动转向执行装置、自动转向控制系统（横向控制系统）和纵向控制系统。

其中，自主转向执行装置是在传统机械转向系统的基础上进行改造，通过伺服电机等提供扭矩带动转向机构运作，这是实现自主转向的基础。其中，自主转向控制系统的核心是横向控制器，主要负责将传感器收到的数据进行分析并转化为控制指令，这是自主转向的重要部分。其中，纵向控制系统主要是保证无人驾驶智能车的稳定性，以防止速度过高易发生侧滑、侧翻，同时提供防撞车、防追尾功能，这是自主转向不可或缺的部分。在本设计中，设计自主转向执行装置是本次设计的关键和重点。

2.3自主转向系统机械部分设计

该部分设计主要是机械部分的设计，因此主要采用的技术方案是对传统微型车（电动车）的转向机构的改造设计。其中，根据前述的文献查阅和研究，由于考虑到线控系统的设计主要设计到大量的电路控制设计，较为困难，因此本设计选择在传统机械动力转向机构设计上进行一定的改造。这样需要考虑到电机尺寸会稍大，布置是否合理等问题。依据本设计基于改造的原则，我们认为最重要的是对机械部分的设计，关键点有以下几点：

1、确定机械式转向器类型，暂选齿轮齿条式转向器、并确定其输入输出形式；具体设计齿轮和齿条的相关参数，进行应力校核等。

2、确定转向机构类型，暂选断开式转向梯形机构（目标车型前悬架为独立悬架），确定转向机构相应参数，包括转向横拉杆断开点的位置、球头销、转向拉杆和转向摇臂等，并进行必要的校核。

3、确定操纵机构的布置及尺寸，包括方向盘、转向轴防伤安全措施等。

4、其他连接件或者运动机构的配件的设计计算，以及进行强度的验证。

5、进行仿真验证，主要包括对关键机构和关键机械传动部分的强度进行验证，以及对齿轮齿条式转向器是否与悬架系统导向机构产生运动干涉进行验证。

2.4自主转向系统自主控制部分设计

2.4.1自主转向系统电机的选择

根据前述对参考文献的研究，该部分由于采用对传统汽车的机械传动转向系统的改造，因此考虑从动力转向系统着手，将电动助力转向机构进行改造、使其完全承载所有转向所需扭矩。暂选电动机直接助力式转向机构的方案，关于其具体的布置方案（转向轴助力式、齿轮助力式和齿条助力式）则需要后续设计参考具体设计参数和综合相关尺寸参数等其他要求进行选择。

根据参考文献，目前大多数自主转向系统的控制器大多数都是选择的伺服电机。这种伺服电机实际上就是对原有的机械转向系统的电动助力转向的一种升级，电机的助力效果改为完全施力者，但是这样也同时可能存在电机尺寸和参数过大占用过多空间的现象。这里经过初步判断，认为应采用直流减速电机。

2.4.2自主转向系统控制方案设计

本设计的自动转向控制系统分为传感系统、数据采集系统、控制决策系统和执行系统。具体流程如下图所示：

图1 控制系统框图

传感器部分，利用CCD摄像头对行车环境进行感知，并使用GPS、陀螺仪、霍尔车速传感器等进行车辆自身状态的感知。数据采集系统对不同的信息进行收集，控制器部分采用单片机和计算机对传感器数据进行判断和决策，并将决策后的行动指令发送给电机、机械机构等执行机构。这里需要补充的是传感器应有转角传感器和角速度传感器，这也是前述关于自主转向系统的最关键的一点。

数据采集系统主要是两部分组成，即上位机和下位机构成。首先是车载计算机，对数据进行接收和储存，车载计算机的数据采集软件的开发基于Visual C 软件；然后是数据采集系统，要求能够测试车辆的相关参数，因此我们在这里选用INDAS-5000数据采集系统，采样频率有10、50、100、200、500Hz五种选择，系统延迟10ms。

3. 研究计划与安排

预备周（7学期第15周）	毕业设计动员会，开始毕业设计选题
1（7 学期第20周）	确定毕业设计选题、毕业设计任务书(相关参数)、校内资料收集
2（8 学期第1~3周）	方案构思、完成开题报告、基本外文翻译、文献检索
3~4（8学期第4~5周）	资料再收集、修改开题报告及外文翻译，整理相关标准和要求 初步进行设计计算
5~7（8学期第5~6周）	设计计算、草图绘制、模拟仿真
8~10（8学期第7~10周）	图样绘制、编写设计计算说明书（论文）、预答辩
11~13（8学期第11~12周）	图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查
14（8学期第13周）	学生提出答辩申请，并作答辩准备 教师审阅图纸、说明书
15~16（8学期14~15周）	参加答辩、推荐省优

4. 参考文献（12篇以上）

[1]岑威.智能网联汽车技术发展现状与趋势[a].河南省科学技术协会.第十四届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[c].河南省科学技术协会:河南省汽车工程学会,2017:3.

[2]潘福全，亓荣杰，张璇，等.无人驾驶汽车研究综述与发展展望[j].汽车技术，2017（2）：27-28.

[3] funke, j., theodosis, p., hindiyeh, r., stanek, g.,kritatakirana, k., gerdes, c., langer, d., hernandez, m., muller-bessler, b.,huhnke, b.. up to the limits: autonomous audi tts[p]. intelligent vehiclessymposium (iv), 2012 ieee,2012.