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　　作者：上海交通大学 吕修文 金至卓 吕哲鸣

　　指导教师：王冰 王春香

　　作品简介

　　摘要

　　本文以第七届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了两轮自平衡智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。该比赛采用大赛组委会统一指定的C型车模，以Freescale半导体公司生产的32位单片机MK60DN512VLQ10 Kinetis AR-Cortex M4为核心控制器，在CodeWarrior IDE 开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上沿着通有20KHz电磁信号的线以最快的速度完成比赛。整个系统涉及车模机械结构调整、传感器电路设计及信号处理、控制算法和策略优化等多个方面。为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，对比了不同方案的优缺点，并结合Matlab以及Labview仿真平台进行了大量底层和上层测试，最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。车模使用飞思卡尔加速度传感器MMA7260以及村田公司ENC-03陀螺仪进行卡尔曼融合，获取车模直立姿态。使用电容电感组成的谐振电路检测电磁信号幅值。通过二轮差速进行车模的转向。

　　第一章 引言

　　1.1智能车研究背景

　　1.1.1发展历史

　　智能小车系统是迷你版的智能汽车，二者在信息提取，信息处理，控制策略及系统搭建上有很多相似之处，可以说智能小车系统将为智能汽车提供很好的试验和技术平台，推动智能汽车的发展。摄像头作为很多智能汽车的信息输入的传感器具有其他很多传感器所不具有的优势，如对物体的特征提取，视野宽广等，因此基于摄像头的智能小车系统的研究将推动智能汽车的发展。

　　智能汽车是未来汽车的发展方向，将在减少交通事故、发展自动化技术、提高舒适性等许多方面发挥很重要的作用;同时智能汽车是一个集通信技术，计算机技术，自动控制，信息融合技术，传感器技术等于一身的行业，它的发展势必促进其他行业的发展，在一定程度上代表了一个国家在自动化智能方面的水平[1]。汽车在走过的100多年的历史中，从没停止过智能化的步伐，进入20世纪90年代以来，随着汽车市场竞争激烈程度的日益加剧和智能运输系统(ITS)地兴起，国际上对于智能汽车及其相关技术的研究成为热门，一大批有实力有远见的大公司、大学和研究机构开展了这方面的研究。很多美国、日本和欧洲等国家都十分重视并积极发展智能车系统，并进行了相关实验，取得了很多成就。我国的相关研究也已经开展，清华大学成立了国内最早的研究智能汽车和智能交通的汽车研究所，在汽车导航、主动避撞、车载微机等方面进行了广泛而深入的研究，2000年上海智能交通系统进入实质性实施阶段，国防科大研制出第四代无人驾驶汽车，西北工业大学、吉林交通大学、重庆大学等也展开了相关研究[2]。这一新兴学科正在吸引越来越多的研究机构和学者投入其中。

　　1.1.2智能车研究方向

　　驾驶员行为分析(Driver Behavior Analysis)任务：研究驾驶员的行为方式、精神状态与车辆行驶之间的内在联系;目的：建立各种辅助驾驶模型，为智能车辆安全辅助驾驶或自动驾驶提供必要的数据，如对驾驶员面 表情的归类分析能够判定驾驶员是否处于疲劳状态，是否困倦瞌睡等;

　　环境感知(Environmental Perception)主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，如车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息、行车标志信息等;

　　极端情况下的自主驾驶(Autonomous Driving on Extreme courses)主要研究在某些极端情况下，如驾驶员的反应极限、车辆失控等情况下的车辆自主驾驶;

　　规范环境下的自主导航(Autonomous Navigation on Normal environment)主要研究在某些规范条件下，如有人为设置的路标或道路环境条件较好，智能车辆根据环境感知所获得的环境数据，结合车辆的控制模型，在无人干预下，自主地完成车辆的驾驶行为。

　　车辆运动控制系统(Vehicle Motion Control Systems)研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等问题;

　　主动安全系统(Active，Safety Systems)主要是以防为主，如研究各种情况下的避障、防撞安全保障系统等;

　　交通监控、车辆导航及协作(Traffic Monitoring，Vehicle Navigation and coordination)主要研究交通流诱导等问题;

　　车辆交互通信(Inter-Vehicle Communication)研究车辆之间有效的信息交流，主要是各种车辆间的无线通信问题;

　　军事应用(Military Applications)研究智能车辆系统在军事上的应用;

　　系统结构(System Architectures)研究智能车辆系统的结构组织问题;

　　先进的安全车辆(Advanced Safety Vehicles)研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。

全文请访问：电磁组 上海交通大学 电磁组 技术报告.pdf。