软硬件协同设计技术报告——汽车自动巡航系统.pdf

软硬件协同设计技术报告 ——汽车自动巡航系统 小组成员： 李克西 10112510348 张泽曦 10102510126 指导老师: 陈仪香 华东师范大学软件学院 2014 年6 月17 日 目 录 一、 摘要 3 二、 项目需求 3 三、 初步设计： 3 1. 相关物理模型的建立 3 2. UML 设计 4 3. 软硬件划分 7 四、 精化设计： 8 1. 硬件设计： 8 2. 软件设计： 10 五、 系统仿真 12 1. 高速状态机的VERILOG 仿真： 12 2. 系统的SIMULINK 仿真： 15 六、 总结与改进 17 七、 附录 17 小组成员分工情况： 17 一、 摘要 传统的汽车驾驶过程中需要恒定速度时，需要驾驶员根据自身经验进行油量、刹车的控 制，匀速的效果往往不尽人意，同时也会造成油量的浪费。采用自动巡航系统不仅方便驾驶 员控制车速，同时也能降低汽车耗油量。为此我们对自动巡航系统进行了分析，展开了讨论， 并从软硬件协同设计的角度建立控制模型。 系统主要包括状态机和自动巡航控制器两大模块。状态机分为三大状态：停车、手动驾 驶、自动驾驶，其中自动驾驶（即巡航状态）又进一步细分为上坡加速、下坡减速及平地匀 速三个子状态，从而覆盖了汽车运行过程中所有可能处于的状态。自动巡航系统对传感器采 集的坡度值、汽车速度进行一定的处理，通过 PID 闭环控制来决定下一时刻汽车的目标速 度，从而实现车速的自适应调整。 通过一系列信号模拟和参数调整，我们建立了一个能够将速度锁定在很小浮动范围的控 制方法，并建立了模型。在今后的研究中，还可以引入其他因素，进一步完善控制系统。 二、 项目需求 车辆与运行相关性能要求为： （1）设定车速120公里/小时 （2 ）上坡时增加油量以便保持车速 （3 ）下坡是减少油量以便保持车速 （4 ）每秒采集一次行车的坡度变化。 （注：油量与坡度有关，采集频率与车速 有关） 三、 初步设计： 1. 相关物理模型的建立 为了保持恒定速度，当小车上坡时，需要提供一个额外的加速度来保持小车 受力平衡，其方法为加大油量；当小车下坡时需要减小外力或者加大滑动摩擦因 子μ来保持小车受力平衡，其方法为减小油量或者刹车。实际巡航过程中应以油 量为主，尽量避免使用刹车，以免造成速度的剧烈变化引起乘客不适。 2. UML 设计 1) 系统用例描述（用例图描述）： uc Use Case Model 自动巡航汽车用例包 （1 ）设定车速120公里/小时 上坡增加油量 （2 ）上坡时增加油量以便保持车速 （3 ）下坡是减少油量以便保持车速 平地保持匀速行驶 采集坡度变化 （4 ）每秒采集一次行车的坡度变化。