【正文】 次的基礎(chǔ)上，在我國開始嘗試舉辦該賽事，全國大學(xué)生智能汽車競賽暨第一屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請賽已于2006年8月20～21日在清華大學(xué)圓滿結(jié)束，來自全國57所高校的112支隊伍參加了比賽，引起了各方的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)具備了較高的技術(shù)水平，清華大學(xué)2隊、上海交大速度之星隊及清華大學(xué)1隊分列成績前三名。 與以往的專業(yè)競賽不同，智能車大賽是以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)新比賽，已經(jīng)成為各高校展示科研成果和學(xué)生實踐能力的重要途徑，同時也為社會選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新人才提供了重要平臺。第六屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽于2010年7月中旬舉行分區(qū)比賽，8月中旬舉行全國總決賽。競賽內(nèi)容包括：以飛思卡爾HCS12單片機為核心控制模塊，以CCD、光電或電磁檢測元件檢測賽道引導(dǎo)線，引導(dǎo)改裝后的模型汽車以最快的速度按照大賽組委會所設(shè)定的賽道行進，以賽車在最短時間跑完全程的隊為優(yōu)勝隊。該競賽是涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科的科技創(chuàng)意性比賽，極具挑戰(zhàn)性與競爭性。 該比賽已經(jīng)列入教育部主辦的全國大學(xué)生五大競賽之一。智能小車采用飛思卡爾公司的MC9S12XS128MAA作為主控芯片，配合有傳感器、電機、舵機、電池以及相應(yīng)的驅(qū)動電路，再加上信息處理和控制算法，它能夠自主識別路徑，控制模型車高速穩(wěn)定運行在跑道上。智能車要實現(xiàn)在城市繁忙道路上完全無人駕駛，尚有很多研究工作要做。但是通過這輛車來研究一些關(guān)鍵技術(shù)，并且把它們應(yīng)用到實際工程中去，還是可行的。譬如ＧＰＳ在汽車定位、導(dǎo)航中的應(yīng)用；又如多種傳感器信息處理，如果將二維圖像與激光雷達的信息融合起來，可以得到更確切的道路或環(huán)境的信息；傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航，輔助人們把車開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實現(xiàn)夜晚的汽車安全輔助駕駛；在倉庫、碼頭、工廠、機關(guān)、營房、住宅區(qū)或者危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，自動駕駛或遙控駕駛技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，如無人值守的巡邏監(jiān)視、設(shè)備的維護修理、物料的運輸、消防滅火等等。 第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 系統(tǒng)采用飛思卡爾16位單片機MC9S12XS128為核心控制單元，由車身上方的光電傳感器和固定在車身前方的紅外傳感器分別進行路徑信號的采集和起跑線特征的識別；車身后部的編碼器進行速度的采集，并將采集到的模擬電壓、TTL電平以及脈沖送至MCU，經(jīng)MCU處理后，分別控制轉(zhuǎn)向舵機、直流電機，完成智能車的調(diào)速、轉(zhuǎn)向及制動等控制，使小車始終沿著賽道快速而又穩(wěn)定地行駛并有效駐車。 車模的系統(tǒng)框圖及各模塊之間的關(guān)系如圖所示： 主控模塊道路檢測模塊速度檢測模塊舵機控制模塊電機驅(qū)動模塊電源模塊調(diào)試模塊圖 11系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖主要模塊：1) 主控模塊：通過MC9S12XS128處理器，對所有子系統(tǒng)采集的信息進行處理，該模塊是整個系統(tǒng)的核心部件，結(jié)合該處理器，最終我們自行設(shè)計了最小系統(tǒng)板。2） 道路檢測模塊：在賽道信息采集方面，主要由光電傳感器、S12的放大電路組成。3）速度檢測模塊：速度傳感器模塊由小型光電編碼器和ECT脈沖捕捉功能構(gòu)成。提供閉環(huán)速度控制。4）電機驅(qū)動模塊：通過由場效應(yīng)管搭建而成的H橋?qū)﹄姍C進行驅(qū)動，效果良好。5）舵機控制模塊：主要控制智能車的轉(zhuǎn)角，主要由PMOS和NMOS及其電路組成。6） 電源模塊：主要用到的有5V和6V，5V芯片選擇的是LM2940,6V芯片選擇的是LM2941。傳感器和單片機，采用分別供電的方式供電。7） 調(diào)試模塊：調(diào)試模塊主要用到BDM。 在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)軟件算法小車即可運行。系統(tǒng)的基本軟件流程為：首先，對各功能模塊和控制參數(shù)進行初始化。然后，通過圖像采集模塊獲取前方賽道的圖像數(shù)據(jù)，然后S12利用邊緣檢測方法從圖像數(shù)據(jù)中提取賽道黑線，求得賽車與黑線位置的偏差，接著采用PID對舵機進行反饋控制。同時通過速度傳感器模塊獲取當(dāng)前賽車的速度。根據(jù)檢測到的速度，結(jié)合速度控制策略，對賽車速度不斷進行適當(dāng)調(diào)整，使賽車在符合比賽規(guī)則的前提下，沿賽道快速行駛。系統(tǒng)的基本軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。 第三章、智能車機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計及調(diào)整 根據(jù)汽車理論， 假設(shè)輪胎不打滑，并忽略輪胎所受的重力作用產(chǎn)生的形變以及左右兩側(cè)輪胎由于受力不均產(chǎn)生的形變，即可得到理想的汽車轉(zhuǎn)向模型：，即左右兩輪的軸線與后輪的主軸，三點交于車身中心所處道路位置的曲率中心. 不失一般性， 這里只討論右轉(zhuǎn)的情形.，設(shè)左輪轉(zhuǎn)向為，右輪角分別為，對于以上模型，顯然有如下關(guān)系：于是得到在理想狀態(tài)下，汽車的過彎時的轉(zhuǎn)角方程： 公式(一)同樣也可以得到右轉(zhuǎn)時： 公式（二) 圖 采用第一屆“飛思卡爾”智能車大賽組委會提供的韓國Matiz系列1：10模型車的參數(shù)對方程（1），方程（2）進行仿真. 結(jié)論：在模型車結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，小車左右兩輪的轉(zhuǎn)角存在一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)向右過彎時，右輪轉(zhuǎn)向比左輪轉(zhuǎn)向大，同理向左轉(zhuǎn)彎時，左輪轉(zhuǎn)向較右輪轉(zhuǎn)向大，同時，隨著道路曲率半徑的越大，車輪所需的轉(zhuǎn)角越小。 智能車的機械部分是影響其行駛性能最直接的部分，其重要性不言而喻。一個不良的機械系統(tǒng)會增加小車控制的難度，會為小車的速度提升帶來障礙。因此，小車的機械性能應(yīng)該是優(yōu)先考慮的問題。此屆比賽中光電組選用的車模為A型車模，智能車機械結(jié)構(gòu)只使用競賽提供車模的底盤部分及轉(zhuǎn)向和驅(qū)動部分?？刂撇捎们拜嗈D(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動方案。智能車的大致外形如下圖所示：舵機轉(zhuǎn)向是整個控制系統(tǒng)中延遲較大的一個環(huán)節(jié)，舵機的響應(yīng)速度不僅與舵機的安裝方式有關(guān)，也與舵機輸出臂的長度有極大的關(guān)系，輸出臂越長越有利提高響應(yīng)速度，但舵機在輸出力矩相同的條件下，力臂越長，作用力越小，所以當(dāng)轉(zhuǎn)輪遇到較大轉(zhuǎn)向阻力時，會影響舵機對轉(zhuǎn)向輪控制的精度，甚至反而使轉(zhuǎn)向輪的反應(yīng)速度變慢。因此找到一個較好的舵機安裝方式及其最優(yōu)的輸出臂長對提高舵機的反應(yīng)速度十分重要。根據(jù)以往的經(jīng)驗，加長舵機臂對提高舵機的響應(yīng)確實有一定的效果，但是車身轉(zhuǎn)動的慣性限制了車的轉(zhuǎn)向。而舵機臂加長會降低舵機定位的精度、提高重心、造成舵機損壞等。所以今年我們放棄了加長舵機臂，將舵機從車的中心移到車頭，直接安裝在車的底盤上。這樣既可以降低車的重心，又可以降低車的轉(zhuǎn)動慣量。安裝示意圖如下：1）主銷后傾 所示，過車輪中心的鉛垂線和真實或假想的轉(zhuǎn)向主銷軸