2.5 控制系统
2.5.1 车辆底层平台
车辆底层平台是智能驾驶汽车必须具备的硬件基础，总的来讲，包括机械平台和电子电气平台两方面，具体包括：转向系统、制动系统、发动机控制系统、换挡控制系统、信号控制系统、中央处理系统、电源系统、全车网络与布线系统等，这些系统构成了智能驾驶汽车实现自主控制的基础，其性能的好坏、可靠性的高低直接决定了智能驾驶汽车的功能实现和性能情况。
一般来说智能驾驶汽车底层平台有以下两种实现方式：
（1）后期改装。这种方式适合非汽车生产厂家和研究机构。谷歌公司的无人驾驶汽车就是购买其他汽车厂家的汽车后进行改装的。采用这种方式需要对车辆的加速系统、制动系统、转向系统、换挡控制系统、信号控制系统等各种结构进行改造，工作量较大。
（2）前期设计整合。这种方式适合打造智能汽车的专业汽车公司。如今，梅赛德斯-奔驰、沃尔沃、通用、福特等公司已经推出了自己的智能驾驶样车。对于掌握汽车设计技术，尤其是汽车电子控制系统设计技术的汽车厂家，如果能够在设计之初就考虑车辆的电源、加速系统、制动系统、转向系统、换挡控制系统、信号控制系统的接口和功能，将极大减少和降低后期改装的工作量和难度，同时也可以提高整车的可靠性。前期设计整合还可以将电子式节气门、转向、制动、换挡等功能通过总线的方式整合到汽车电控系统中，从而最大限度减少车辆硬件的改动和后期布线。
2.5.2 发动机的控制
发动机的控制包括转速控制和转矩控制两方面。这两方面需要智能驾驶汽车控制系统对加速踏板位置进行控制，同时需要采集节气门位置信号和发动机转速信号作为反馈。发动机的节气门有机械式节气门和电子式节气门两种，下面分别介绍这两种节气门的控制方式。
（1）机械式节气门的控制。
机械式节气门是由加速踏板通过传动机构（通常为钢丝绳）控制的。要实现机械式节气门的线控，可以通过以下两种方式实现。
① 控制加速踏板：与控制制动踏板的方式相同，可以采用拉线式或者其他方式控制加速踏板，从而控制节气门开度。
② 控制节气门：对于机械式节气门，也可以采用电机直接控制节气门的开度。该电机控制机构与加速踏板并联。
（2）电子式节气门的控制。
对于采用电子式节气门的发动机电控系统，加速踏板的作用是为发动机的ECU提供代表其位置的电压信号，这一信号由加速踏板位置传感器（Ac-celerator Position Sensor，APS）提供。因此，对于采用电子式节气门的电控发动机，只需为发动机的ECU提供一个模拟的APS信号即可。这个信号可由智能驾驶汽车控制器通过一个D/A转换器输出。
如果汽车厂家自己开发发动机的ECU，也可以在ECU的软件中制订电子式节气门的控制协议，从而由智能驾驶汽车控制系统通过CAN总线直接向其发送控制指令，控制发动机的转速和转矩。
2.5.3 转向控制
电子控制的转向系统是智能驾驶汽车实现汽车横向控制的硬件条件。智能驾驶汽车转向系统应该满足两方面的功能和性能需求：① 转速控制，当车辆以不同的车速通过不同弯道时，转向盘角速度不相同；② 转矩控制，控制系统可以通过传感器感知转向盘转矩，从而获得“路感”，实现转向的反馈控制。这种反馈控制可以与车身加速度、轮速信号等一起实现。
电子控制的智能驾驶汽车转向系统可以是液压助力转向系统或电动助力转向系统。目前采用电动助力转向系统的方式居多，电动助力转向系统根据具体的实现手段不同，可以分为外加电机式转向系统、电动助力转向系统和线控电动转向控制系统。
（1）外加电机式转向系统。
对于处于实验阶段的车辆或者改装车辆的转向系统，通常采取外加转向盘驱动电机的方式。驱动电机可以直接驱动转向盘，也可以驱动转向轴。
① 驱动转向盘。
美国Kairos转向控制系统如图2-7所示。在转向盘的上方或者下方增加由电机驱动的齿轮传动机构，并将输出齿轮与转向盘相连，从而通过电机驱动转向盘转动。
图2-7 美国Kairos转向控制系统
② 驱动转向轴。
这种方式将原来的转向轴断开，串入转向电机和传感器，从而实现转向控制。其原理与电动助力转向系统相同。
（2）EPS系统。
如果原车设计时已有EPS（Electric Power Steering，电动助力转向）系统，则可以直接使用EPS系统实现智能驾驶汽车的转向控制。不过，EPS电机的作用是提供助力转矩Np，驾驶员提供操纵转矩Nm，两者之和才是转向盘的总转矩Nw，即
因此，如果直接使用EPS系统实现转向控制，则应该加大EPS电机的功率。
（3）线控电动转向控制系统。
无论采用哪种转向系统，都可以采用总线控制的方式或直接线控的方式。
总线控制指转向系统采用一个独立的控制器，该控制器通过CAN总线或其他总线与智能车控制系统相连，从而实现转向控制。这种方式连线少，可靠性高，也便于布线，转向过程的决策可以由转向控制器来实现，从而减少智能车控制系统的工作量。
直接线控指智能车控制系统直接通过功率模块驱动转向电机的控制方式。这种方式需要将传感器信号和控制信号引至控制系统，由控制系统实现转向过程中的控制，相比之下更为复杂。
2.5.4 制动控制
为了实现自主控制，智能驾驶汽车的制动系统必须采用线控的方式。具体的实现方法有两种：控制制动踏板和介入式制动系统。
（1）控制制动踏板。
① 拉线式：这种方式通过电机和钢丝绳拉动制动踏板，以实现制动控制的目的。拉线式控制具有结构简单、容易控制等优点，缺点是响应速度较慢，传动用钢丝绳容易变形。
② 气压或液压促动式：除了拉线式，也可以采用气压或者液压促动装置来控制制动踏板，从而实现制动控制，但这种方式使用较少。
（2）介入式制动系统。
对于采用液压或气压制动系统的车辆，可以在原车制动系统的基础上加以改进，实现制动控制的线控操作。具体有半介入式和深度介入式两种。
① 半介入式：对于液压制动系统来说，半介入式指通过在原车制动系统的基础上增加专门的液压泵和电磁阀来实现制动系统线控操作的模式。气压制动系统的实现方法与此类似。
② 深度介入式：如今的乘用车基本都配备了制动防抱死系统（Antilock Brake System，ABS），有些还具有ASR/ESP等功能。对于具有ASR/ESP功能的车型，可以在此基础上加以改进，借助ASR/ESP系统实现制动控制的线控操作。要实现此功能需要满足以下两个条件：制动系统须具备ABS/ASR/ESP功能；ABS出节气门电磁阀可以长期通电工作（常规ABS/ASR/ESP系统出节气门电磁阀通电工作时间仅能持续数秒）。
2.5.5 挡位控制
当前，智能驾驶汽车基本都采用具有自动变速器的成熟车型作为平台，其最大的优点是便于实现挡位控制。自动变速器包括液力机械式自动变速器（Automatic Transmission，AT）、电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission，AMT）、无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）和双离合式自动变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）等。无论哪一种自动变速器，都可以采用以下三种控制方式：
（1）换挡杆控制。
这种方式不改变变速器的内部信号和结构，而是使用一个外置双向推动装置控制换挡杆的位置，无须掌握变速器内部结构和原理，容易实现。但由于外加了动力装置，会影响到汽车的外观；在无人驾驶/人工驾驶转换时需要在控制装置与换挡杆之间进行手动连接或分离。
（2）挡位信号控制。
对于无级变速器和一部分自动变速器，换挡杆只需要给PCU（Power Con-trol Unit，功率控制单元）或TCU（Transmission Control Unit，变速器控制单元）提供一个挡位信号，PCU或TCU再进行挡位控制。对于这些变速器，可以将挡位信号输入端引出，由智能驾驶汽车控制机构模拟输出挡位信号，从而实现挡位的线控操作。
（3）总线控制。
自动变速器的TCU或者PCU由汽车厂家自己开发，可以在ECU的软件中制订挡位控制的协议，从而由智能驾驶汽车控制系统通过CAN总线直接向其发送控制指令，进行换挡操作。
2.5.6 信号控制
智能驾驶汽车的信号包括声音信号和灯光信号两种。对这些信号进行控制在技术上很容易实现，但是由于信号数量多，因此接线和布线是最大的问题。信号控制可以采用以下两种方式。
（1）直接控制：将各种灯光、喇叭的线束引到车辆的控制器中，由控制器进行直接控制。
（2）总线控制：为灯光和喇叭专门设计一个控制器，该控制器与智能驾驶汽车控制器或中央处理系统之间通过CAN总线或其他总线相连。