智能汽车课程设计.doc

信息科学与工程学院

课程设计报告书

课程名称： 智能汽车设计
班 级： 自动化 级 班
学 号：
姓 名： 周 勇
指导教师： 赵 敏

二○一三 年一月

从小S往大S弯道过渡控制策略的选择
智能车控制算法是影响智能车运动性能的重要因素之一，在输入信号有限的条件下，运用一种有效的算法，对于提高智能车的运动性能，有着重要的作用。系统方框图如下：

图3.1 系统方框图
路径形状判断
路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。根据规定，跑道的形状主要是直道、普通弯道和连续弯道（S弯道），能否控制好转向和速度最重要的一个因素就是能否准确的判断路径的形状：即在直道上以尽可能快的速度行驶，在遇到弯道时能够及时的降速和转弯。
a）判断入弯：在这里采用记录黑线相对于小车中心的偏差的连续变化次数来实现对弯道的判断，当黑线连续向右或者向左偏离5次，即为前方路径为弯道。而且为了确保小车能尽量准确及时的判断出弯道，还通过软件加了保险措施：以某个边缘的光电为必须转弯的极限值。即当黑线相对于小车的坐标出现大于等于7或小于等于-7时，小车一定运行在弯道上。
b）判断出弯入直道：经过常时间的调试发现，由于小车的前瞻距离短及舵机相
应滞后等因素的影响，小车在转弯的过程中，黑线相对于小车中心的偏离量较大，而当出弯入直道时，偏离量会减小到零，经过舵机的调节会迅速保持偏离量为零，这样小车就能够稳定的在直道上运行。基于以上经验，采用中间三个坐标值（-1，0，1）为直道标志位，即当黑线相对于小车的坐标为以上三个值时，即为小车运行在直道上。
c）判断S弯道：S弯道也是弯道的一种，基于以上对弯道的判断方法完全可以实现对S弯道的第一个弯道的判断，那么如何才能实现连续弯道的判断呢？考虑到路形的可能情况，普通弯道的下一个路形不是直道就是连续弯道（即S弯），那么，在出弯的程序中加入一个过渡函数，即在一定时间内连续采集路况信息，如果出现偏离量增大或者减小（即没有维持零状态）的情况，那就说明下一路径形状为弯道，而刚才经过的弯道和现在的弯道将构成S弯道。如果在过渡函数执行的过程中，偏离量一直为零或者以零为中心上下波动，那么说明当前的路径形状为直道。
转向控制策略
经过反复的实验调试，应用PID算法的P控制就完全可以实现对舵机的转向控制。转向控制的方框图如下：
－
目标位置
P控制
舵机
位置检测
实际位置

图3.3 转向控制的方框图
在这里由于在直道要求小车尽量不要产生波动，能够快速的运行，而弯道上则要尽量大的调节以利于转弯，所以，采用分段比例控制，根据偏移量和路形的不同而改变P控制的比例系数Kp。如下图所示：
偏移量
转角（度）
-40
-15
15
40
11
7
-11
-7

图3.4 舵机转角与小车偏移量示意图
在调试的过程中，时常会出现舵机打死现象，往往会使小车停止不动。为此，在转向控制的软件实现上，对舵机的控制信号实行了保护措施，即设定了舵机的最大和最小转向角。
速度检测
利用一个圆周分成17分的测速码盘与一个投射式的红外光电传感器组成智能车的测速系统。就相当于小车每前进1cm就会出现上升沿或者下降沿，然后使用HS12上的输入捕捉功能对输入脉冲进行二次捕捉后，可以计算出两次脉冲之间的时间t，从而可以比较精确的计算出小车的速度v。
记忆控制方案
由于光电前瞻量的限制使小车不能过早的得知路径的形状，以及舵机的机械延迟性使指令的发出与执行存在滞后，就限制了小车的行驶速度。为了能够再提高小车的运行速度，采用了路径记忆的方法，即小车以稳定的速度跑完第一圈，同时能够可靠准确的记录下跑道的路径信息，这样，在跑第二圈时就能够提前知道前方的路径形状而实现提前对小车采取相应的控制。在这里我们主要采用了记忆跑道中直道的长度；即通过记录测速码盘产生的脉冲数量来记录直道的长度。在第二圈时就可以让小车在直道上全速运行，并根据记录的直道的长度数据来进行提前降速，以利于小车能够顺利转弯。此方案在很大程度上提高了车的平均速度，但是当跑道中直道比较少时，这种方式的提速效果就不明显了。
基于记忆控制思想的软件流图如下：

参考文献：
《大学生智能汽车设计基础与实践》 吴怀宇 程磊 章政 编著 电子工业出版社；