EEPW论坛

作者：国防科技大学 赖俊 陆书海 唐邓清

指导教师：

     作品简介

　　第一章 引言

　　1.1 整车设计思路

　　智能汽车比赛关键就是能以较快的速度在符合组委会规定下完成比赛，由此我们把小车重要模块分为三类：环境感知系统、自主决策系统、操作执行系统。这三个组成部分，相互联系、相互制约，共同完成控制任务。

　　环境感知系统，我们的该部分主要包括感知路面信息的传感器和感知车体

　　状态的传感器。我们选用CMOS 摄像头：获取赛道信息。

　　光电码盘：得到车体当前速度。

　　自主决策系统，通过对单片机的编程来实现决策控制。

　　操作执行系统，也就是硬件系统，主要就是相应的驱动电路。

　　三系统相互合作，帮助小车跑的更好更快。

　　比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模下、我们选用飞思卡尔公司的16 位微处理器MC9S12XS128 为控制核心，应用BDM 在线调试，采用CodeWarrior 软件、无线串口、红外遥控等作为调试工具进行调试制作出一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。比赛要求在不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道。

　　第二章 系统控制策略

　　2.1 智能车系统控制的特点

　　为保证小车一直沿着2根黑色的引导线快速行驶，我们对控制对象小车的转向和车速应该十分的注意。即应使小车在直道上以最快的速度行驶。在进入弯道的时刻适当减速，且角度的转向要适合弯道的曲率，确保小车平滑地转弯，并在弯道中保持恒速。从弯道进入直道时，小车的舵机要转向至中间，速度应该立即得到提升，直至以最大的速度行进。为实现上述控制思想，我们采用不同的控制方法来控制小车的转角和速度。

　　(1) 转角的控制

　　调整舵机的原则是：小车处于直道，则摆正舵机。小车处于弯道的曲率越大，则将舵机的转角摆的越大。

　　(2) 车速的控制

　　因为小车比赛的赛道是未知的，弯道的分布情况也不能确定，小车可能频繁的进出弯道，不停的调整速度来适应不同轨迹。所以，本系统需要对智能车的速度进行控制，使得小车的速度能够频繁地变化，且能在很短的时间内由当前速度转变为我们期望的转速。基于这几点的考虑，本系统选择了PID控制算法来控制转速。设计思路如下：小车后轮安装的旋转编码器可以在后轮旋转一圈后产生600个脉冲，所以，本系统通过每一段时间dt读入脉冲数间接测得转速speed，将speed与期望小车运行的速度speed_enactment比较，由以下公式求得速度偏差ek与速度偏差率dek。

　　ek = speed_enactment – speed; (式3.1)

　　dek = ek – ek1; (式3.2)

　　式3.2中的ek1为上一时刻的ek,经过增量式PID算法，以及对其参数的反复调试，我们就可以得出PWM输出信号，该信号可以控制后轮的驱动电机来调整小车行驶速度。

　　2.2 智能车系统控制方案的设计

　　本系统根据路径识别单元和车速检测单元获得的路径和车速的当前信息，控制转向伺服电机和直流驱动电机联单相应的调整智能车的行驶方向和速度。最终的目的是使智能车在直道行驶时方向迅速保持稳定、不抖动，同时速度迅速升到最大值并达到稳定。小车在行驶过程中会遇到以下几种情况：

　　(1)当小车由直道高速进入弯道时，转角方向和车速应根据弯道的曲率迅速做出相应的改变，原则是弯道曲率越大则方向变化角度越大，车速越低。

　　(2)小车还会遇到大小S弯，回环弯等多种复杂的赛道，在判断出前方赛道路况的基础上，我们要对各种不同的路况对自己的算法做出相应的改变，以期能快速、平稳地通过赛道。

　　小车角度的控制采用开环控制。根据不同的检测路径，判断出小车所在位置，按不同的区间给出不同的伺服电机PWM控制信号，小车转过相应的角度。为了使得赛车能够平稳地沿着赛道运行，需要控制车速，使赛车在急转弯时速度不至过快而冲出赛道。通过控制驱动电机上的平均电压可以控制车速，但是如果开环控制电机转速，会受很多因素影响，例如电池电压、电机传动摩擦力、道路摩擦力和前轮转向角度等。这些因素会造成赛车运行不稳定。通过速度检测，对车模速度进行闭环反馈控制，即可消除上述各种因素的影响，使得车模运行得更稳定。

全文请访问：摄像头组 国防科技大学 摄像 铁军一师 技术报告.doc。