第二屆飛思卡爾智能車競賽北方賽區(qū)技術交流教學文稿

智能車競賽技術交流

(北方賽區(qū))東北大學

王明順

一、智能車大賽背景

比賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多個學科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，旨在培養(yǎng)大學生對知識的把握和創(chuàng)新能力，以及從事科學研究的能力。在韓國，漢陽大學發(fā)起該賽事，從2000年起，韓國已成功舉辦了六屆。教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201號文)高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦全國大學生智能車競賽。2007-1-292東北大學王明順

為了更好的推動汽車電子技術的發(fā)展，加強大學生的科技創(chuàng)新能力，該比賽于2006年在我國首次展開。

2006年8月21日第一屆“飛思卡爾”杯全國智能車邀請賽在清華大學綜合體育館成功舉行，包括清華大學、上海交通大學、西安交通大學等在內(nèi)的全國各地及港澳地區(qū)的57所高校112支代表隊參加了此次比賽。該比賽的公開、公平與公正的比賽規(guī)則，以及該比賽是基于迅猛發(fā)展的汽車電子的創(chuàng)意性比賽，激發(fā)了大學生參加該比賽的熱情。2007-1-293東北大學王明順韓國2004年賽道韓國2004年智能車運行展示2006年清華比賽現(xiàn)場2006年全國智能車邀請賽部分視頻比賽賽道及視頻欣賞2007-1-294東北大學王明順

由上圖可以看出，車體部分由電機、舵機與測速等部分組成。電機性能的好壞與與電機的驅動部分密切相關，大賽組委會提供了一種電機驅動芯片MC33886，另外還有多種電機驅動芯片可使用，如L298。通過改變PWM的占空比可控制電機的轉速。下面將簡單介紹電機的特性與兩種電機驅動芯片的電氣性能。2007-1-296東北大學王明順電機RS-380SH特性電機特性2007-1-297東北大學王明順RS-380SH-4045特性曲線2007-1-298東北大學王明順MC33886芯片

工作電壓：5-40V；?導通電阻：120毫歐姆；?輸入信號：TTL/CMOS；?PWM頻率：<10KHz；?短路保護、欠壓保護、過溫保護等。2007-1-299東北大學王明順MC33886芯片的典型應用2007-1-2910東北大學王明順電機驅動芯片L298的特點

操作電壓可到46V；?總的直流電流可以到達4A；?低飽和電壓；?過溫保護；?邏輯“0”的輸入電壓可達到1.5V。2007-1-2911東北大學王明順

舵機在智能車的轉向控制中起著重要作用，它決定了智能車行駛時的方向性。下面將從以下幾方面來介紹：

舵機功能舵機結構舵機的基本參數(shù)舵機控制方法智能車的舵機簡介2007-1-2912東北大學王明順舵機結構

舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k，直流電機、控制電路板等；工作原理：控制信號控制電路板電機轉動齒輪組減速舵盤轉動位置反饋電位計控制電路板反饋；

控制量舵盤角度2007-1-2913東北大學王明順尺寸：39.4*37.8*27.8重量：56g工作速度:0.11sec/60o(4.8V)0.08sec/60o(6.0V)堵轉力矩:6.1kg.cm(4.8V)7.7kg.cm(6.0V)工作角度：±45度舵機的基本參數(shù)（HS-925）2007-1-2914東北大學王明順舵機控制方法2007-1-2915東北大學王明順舵機特性曲線2007-1-2916東北大學王明順

軟件計數(shù)方式；定時器中斷方式；

PWM硬件產(chǎn)生方式。S12DG128PWM控制器

8路PWM輸出端口；獨立的8路8bitPWM輸出，或者4路16bitPWM輸出；

A,B,SA,SB時鐘源。舵機控制信號產(chǎn)生方式2007-1-2917東北大學王明順脈寬范圍對應舵機旋轉角度，一方面舵機的極限位置；另一方面考慮到車模轉向的極限?？梢酝ㄟ^測試得到大約40度左右的旋轉角度；PWM周期可選擇50-200Hz控制說明舵機的響應時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機械方式，利用舵機的輸出轉距余量，將角度進行放大，加快舵機響應速度；關于舵機控制信號的說明關于舵機控制的改進說明采用不同的電壓等級機械結構上變化2007-1-2919東北大學王明順關于智能車的轉速測量

轉速測量在電機速度控制中起著重要作用。通常的轉速測量方式有以下幾種，可以依據(jù)實際情況進行靈活選用。編碼器信號穩(wěn)定，但價格與測量精度要求成正比。測速電機利用單片機AD口進行采集信號，但測量精度不高。自制編碼器價格便宜，易于安裝備調(diào)試，能夠保證測量精度要求，但使用的計算機機時較多。2007-1-2920東北大學王明順關于智能車的電源設計

一般來講，舵機、傳感器和MCU需要穩(wěn)壓控制。采用基本的穩(wěn)壓芯片,如7805采用開關型穩(wěn)壓集成電路,如LM2576/2575采用低壓差線性電源器件,如TPS73XX2007-1-2921東北大學王明順智能車引導線識別的好壞取決于檢測元件與算法。檢測元件紅外傳感器圖像傳感器其他三、路徑檢測2007-1-2922東北大學王明順被動式主動式數(shù)字式

模擬式關于紅外傳感器作為路徑識別的檢測元件的詳細論述，可以參考清華大學黃開勝老師的《智能光電傳感器布局對路徑識別的影響研究》，借此大家可以借鑒一下韓國汽車大賽路徑檢測的經(jīng)驗。紅外傳感器用于路徑檢測線陣列線陣列圖像傳感器類似于模擬式紅外傳感器。它只掃描前方一行的數(shù)據(jù)信息，但是環(huán)境影響小。面陣列前方路徑感知的情況決定了智能車的控制性能。視頻圖像傳感器的主要特性就是盡可能早的感知前方路徑信息，使得控制器能夠預動作。圖像傳感器用于路徑檢測2007-1-2924東北大學王明順圖像傳感器的接口類型

USB接口（微機用）全電視信號輸出（安全監(jiān)控用）2007-1-2925東北大學王明順傳感元件的安裝

選擇了傳感元件以后，需要通過反復試驗來決定傳感元件的幾何位置，從而選擇一組適合于智能車性能最佳的安裝參數(shù)。紅外傳感器：安裝個數(shù)、布局與向前伸出的長度對動力學性能的影響。圖像傳感器：攝像頭的安裝高度、視角與對智能車動力學性能的影響。2007-1-2926東北大學王明順四、控制方案簡介

針對智能車這個具體的研究對象，常見的控制方案有以下幾種：2007-1-2927東北大學王明順A.速度V恒定的隨動控制方案2007-1-2928東北大學王明順

辨識原理：通過記憶一定次數(shù)的歷史路徑信息，來對前方的路徑信息進行預測。如設定某時刻內(nèi)為同種路徑信息，那么在將來的一定時間內(nèi)也可認為路徑形式與歷史路徑同，從而形成一種試探性的前行。B.辨識隨動控制方案(V可變)2007-1-2929東北大學王明順C.記憶控制方案

記憶控制方案的實現(xiàn)是通過反復查表來實現(xiàn)的，具體實現(xiàn)如下：編碼值3編碼值特征值1212344數(shù)據(jù)值2007-1-2930東北大學王明順編碼值速度值編碼值轉角值編碼值控制部分速度轉角v1a1a2v2…….…….12123

…….123…….…….V1V2V3a1a2a32007-1-2931編碼值控制部分轉速（cm/s）轉角幅度0－a140050%a1－a242050%a2－a313070%a3－a411030%--------------------------2007-1-2932東北大學王明順D.切換控制的控制方案

根據(jù)CCD圖像傳感器是別的路徑結果，定制了不同路徑情況下的控制器，根據(jù)路徑?jīng)Q策的結果進行不同控制器之間的切換。以下是其決策框圖：2007-1-2933東北大學王明順切換控制的控制框圖2007-1-2934

采用切換控制的控制方法，使得智能車能夠實時對路徑識別結果進行決策，體現(xiàn)了