本發明設計是一種智能車輛油門剎車自動切換控制系統和方法，屬于汽車領域。

背景技術：
智能車縱向控制是指控制智能車按指定的速度行駛。縱向控制采用油門和制動綜合控制方法實現對期望速度的跟蹤。在基于油門與制動的縱向控制系統中，油門加速與制動減速之間按一定的規則進行切換，從而使智能車跟蹤期望速度。油門控制與制動控制的及時順利切換是減小速度跟蹤誤差和保證智能車行駛平穩性的關鍵。但在實際應用中，車輛的速度控制存在以下問題：一是制動時制動踏板往復抖動；二是油門加速與制動減速之間切換過于頻繁，造成大量費油或者切換時沖擊過大，不能保證切換的平穩性。

技術實現要素：
有鑒于此，本發明提出了一種智能車輛油門剎車自動切換的控制系統和方法，解決制動踏板抖動問題，減少油門加速與制動減速之間的切換次數，當速度偏差較小而需要減速時，盡可能利用油門處于零位的自然減速特性，以獲得更好的速度跟蹤效果，并實現平穩的加減速，保障乘客的舒適性。一種智能車輛油門剎車自動切換控制系統，其特征在于包括：采集模塊、決策模塊、通信模塊、油門控制模塊、制動控制模塊；采集模塊包括里程計、慣性導航、濾波電路、A/D轉化電路和采集MCU，里程計安裝于車輛后輪處，慣性導航緊貼于駕駛員座位后側安裝，濾波電路、A/D轉化電路和采集MCU同集成在一塊電路板上與里程計、慣導電氣連接；決策模塊為一臺上位機，通過USB轉RS232串口數據線與通信MCU連接；通信模塊包括通信MCU、RS232串口通信數據線、CAN總線，該模塊是上位機與采集模塊、油門控制模塊或制動控制模塊之間的橋梁，實現數據傳送和指令通信；油門控制模塊包括油門踏板、鋼絲繩、牽引電機、油門控制器；油門MCU的PWM產生電路與牽引電機相連接，鋼絲繩纏繞在由牽引電機驅動的繩輪上，繩輪與牽引電機之間通過電磁離合器連接，鋼絲繩牽引油門踏板調整油門開度；制動MCU的PWM產生電路與牽引電機相連接，鋼絲繩纏繞在由牽引電機驅動的繩輪上，繩輪與牽引電機之間通過電磁離合器連接，鋼絲繩牽引制動踏板調整制動開度；并設計了急停按鈕，急停按鈕直接與CAN總線連接，緊急情況下向制動MCU發送最大制動命令。一種智能車輛油門剎車自動切換控制方法，其特征在于包含以下步驟：1)初始化各個微控制器MCU及其端口；2)采集單片機接收到檢測裝置傳來的速度信息，將數據進行濾波處理，并經A/D轉化，轉化成數字量傳給CAN總線；3)CAN總線同時接收來自急停按鈕的緊急制動信號和來自采集單片機的信息，之后將信息傳輸給通信MCU，通信MCU再通過串口將信息發送給上位機進行相應的決策處理；4)上位機首先檢查是否具有緊急制動信號，若有緊急制動信號，立即以最大制動量傳送給制動電機，直流電機以最大轉速拉動制動踏板緊急停車；5)上位機若沒有收到緊急制動信號，則根據濾波后的速度和加速度信息，通過切換規則，決策出選擇油門控制模塊還是制動控制模塊，切換規則如下：a.當e(k)>0且a(k)<0時，選擇油門控制模塊；b.當e(k)<0且a(k)≥0時，選擇制動控制模塊；c.其他情況時，退出選擇，并保持原來的控制器選擇不變；6)當選擇油門控制器時，油門控制MCU通過自身帶的CAN網絡濾波器濾除其他CAN總線ID信息，接收到其對應的油門控制量，并經過運算換算成電機標定值，通過PWM波控制電機轉動來拉動油門踏板，獲得期望的油門開度值；當選擇制動控制器時同樣原理，制動MCU解碼成對應的PWM占空比，通過電機驅動模塊來控制電機拉動制動踏板，獲得期望的制動開度；7)返回步驟2)，不斷采集速度和加速度信息，在控制周期范圍內下發命令來控制油門電機和制動電機，以實現對車速的平穩控制。一種智能車輛油門剎車自動切換控制系統，采用鋼絲繩牽引油門踏板調整油門開度，制動踏板由用鋼絲繩牽引調整剎車開度。鋼絲繩纏繞在由直流電機驅動的繩輪上，繩輪與牽引電機之間通過電磁離合器連接，這樣不破壞原車的人工駕駛功能，保證了人工駕駛與自動駕駛的兼容。智能車縱向速度由里程計得到，智能車縱向加速度由慣導得到，控制系統硬件構成示意圖如圖1所示。有益效果1.由速度偏差和車輛加速度共同決策選擇油門或剎車，避免不必要的油門給進，節約能源；節油率可達5-10%;2.減少油門剎車切換的切換次數，防止油門制動踏板抖動的出現。避免頻繁加速和盲目剎車，利用油門處于零位的自然減速特性，實現油門與制動的平穩切換和過渡。3.減少油門、制動機構的機械磨損，延長使用壽命。4.不影響車輛的人工駕駛性能，可以實現自動駕駛和人工駕駛的切換；5.具有緊急制動功能，保證了行駛的安全性。附圖說明圖1是本發明的系統結構示意圖圖2是本發明的控制系統方框圖圖3是本發明的控制系統的流程圖圖4是本發明中的RS232接口原理圖圖5是本發明中的CAN總線接口原理圖圖6是本發明的油門剎車切換示意圖圖7是切換規則軟件流程圖圖8是本發明的油門（或制動）控制器軟件流程圖具體實施方式附圖1是本發明的系統結構示意圖，附圖3是控制系統的流程圖，結合這兩個圖對系統的控制流程作進一步地說明：1.初始化包括以下內容：初始化四個MCU，設置MCU的總線頻率，初始化時鐘模塊，采集MCU的PT0設置為輸入捕捉方式，PT1設置定時中斷，設置PB各個端口位輸出I/O模式允許中斷。A/D初始化、PWM初始化、CAN初始化。2.里程計得到車輪轉動的脈沖數，慣導直接得到車輛的當前加速度值，采集模塊通過里程計的脈沖數計算當前車速，再對數據進行濾波和A/D轉化處理。3.CAN總線接收緊急制動信號和采集模塊的信息，并對數據進行異或校驗。將數據傳送給通信MCU。4.緊急情況下，可按下急停按鈕，直接將急停信號傳遞給CAN總線，獨立控制制動控制器，以最大開度拉動剎車踏板緊急停車。5.通信MCU是上位機與底層控制模塊的橋梁，具體作用為：a)通信MCU接收當前的車輛運動狀態：包括車輛當前速度和加速度信息，通過串口發送給上位機進行相應的決策處理。b)通信MCU接受上位機通過串口傳來的控制指令，并將其解包成相應的轉向控制指令、油門控制指令和制動控制指令，通過CAN總線發到相應的執行機構即油門或制動控制器模塊中。6.上位機根據速度偏差量和加速度值，通過切換規則作出選擇。7.根據上位機選擇的控制模塊，例如油門控制模塊，油門控制器產生PWM信號驅動牽引電機進行工作，拉動鋼絲繩牽引油門踏板。本發明的關鍵是油門制動切換規則的確定，結合附圖7對控制策略的切換規則進行進一步的說明：控制策略切換規則有如下特點：(1)在控制中盡量避免油門制動的來回切換，當速度偏差較小而需要減速時，盡可能利用油門處于零位的自然減速特性，在緊急情況下迅速急剎。(2)切換規則中利用期望速度和實際速度的速度偏差e的符號進行判斷，同時，引入加速度信息a作為判據。具體切換規則如下：其中，k表示當前k時刻的信息，ut表示油門控制，ub表示制動控制。a.當e(k)>0且a(k)<0時，選擇油門控制；b.當e(k)<0且a(k)≥0時，選擇制動控制；c.其他情況時，退出選擇，并保持原來的控制器選擇不變。油門控制與速度控制的及時順利切換是減小速度跟蹤誤差和保證智能車行駛平穩性的關鍵。根據速度偏差和車輛加速度選擇油門控制還是制動控制，未選擇的情況下維持上一時刻的控制器選擇。本發明的油門/制動踏板的牽引電機為Maxon150W的直流電機，牽引電機的控制器為Epos2位置控制器。系統采用兩種通信方式：串口通信、CAN通信。以下是具體方法說明：1)串口通信協議：上位機與通信單片機的通信方式選擇RS232串口通信協議，設置串口屬性：波特率為19200，無校驗位，8個數據位，1個停止位。2)CAN通信協議：通信單片機與底層MCU傳輸信息采用的是CAN總線通信協議。