【正文】 不允許對輪胎進(jìn)行任何改變輪胎性能的處理，因此在調(diào)試過程中，我們盡量選擇對稱、圓的輪胎，對不規(guī)則的輪胎進(jìn)行適度的打磨；盡量減少調(diào)試時間和調(diào)試次數(shù)；在不調(diào)試的時間里盡量避免四輪與地面接觸，保證輪胎的形狀不發(fā)生改變。圖29 阿克曼轉(zhuǎn)角為了保持車體尋跡具有較好的前瞻性，并且固定方法簡單、輕巧并具有一定的剛度，我們最終選擇了直徑1cm碳纖維管，把線性CCD放在了車體較前的位置，撐出高度340mm，兼顧了線性CCD的高度要求與整車的重心高度要求，圖210和圖211為CCD傳感器支架的安裝實物圖。所以在經(jīng)過一系列的計算與權(quán)衡之后。由于舵機(jī)輸出角速度恒定不變，故力臂越長的話其臂端的線速度就越大，則車模的轉(zhuǎn)向速度就越大，但同時也會帶來一個問題，就是轉(zhuǎn)向力量變小，甚至可能導(dǎo)致小車在轉(zhuǎn)向時不能提供足夠的力進(jìn)行轉(zhuǎn)向。電路板安裝如圖26。主銷前傾角調(diào)節(jié)示意圖如圖24所示：經(jīng)調(diào)整后的導(dǎo)向輪效果如圖25所示。實際汽車主銷后傾角一般不超過30，由前懸架在車架上的安裝位置來保證。這時，車輪因受到地面的阻力，總是被主銷拖著前進(jìn)。后一種策略可以適當(dāng)加大前束。調(diào)節(jié)合適的前輪前束在轉(zhuǎn)向時有利過彎，還能提高減速性。在實際的調(diào)整中，只要將角度調(diào)整為5度左右就會對于過彎性能有明顯的改善。 (3) 傳動裝置：由于C車模使用的是電子差速，差速效果由后輪兩個電機(jī)的出力決定，差速效果最終由算法決定。其整車布局如圖21所示。本文先從總體上介紹了智能車的設(shè)計思想和方案選擇，然后分別從機(jī)械、硬件、軟件等方面的設(shè)計進(jìn)行論述，重點介紹了硬件電路的設(shè)計和路徑識別的算法，接著描述了智能車的制作及調(diào)試過程，其中包含我們在制作和調(diào)試過程中遇到的問題及其解決方法，并列出了模型車的主要技術(shù)參數(shù)。該競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能,倡導(dǎo)理論聯(lián)系實際、求真務(wù)實的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。智能車技術(shù)依托于智能控制，前景廣闊且發(fā)展迅速。文中介紹了該系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)及其開發(fā)流程。本文設(shè)計的智能車系統(tǒng)以K60微控制器為核心控制單元，通過TSL1401線性CCD檢測賽道信息，使用模擬比較器對圖像進(jìn)行硬件二值化，提取黑色引導(dǎo)線，用于賽道識別；通過光電編碼器檢測模型車的實時速度，使用PID控制算法調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向舵機(jī)的角度，實現(xiàn)了對模型車運動速度和運動方向的閉環(huán)控制，并進(jìn)行了大量硬件與軟件測試。有研究認(rèn)為智能汽車作為一種全新的汽車概念和汽車產(chǎn)品，在不久的將來會成為汽車生產(chǎn)和汽車市場的主流產(chǎn)品。大賽為智能車領(lǐng)域培養(yǎng)了大量后備人才，為大學(xué)生提供了一個充分展示想象力和創(chuàng)造力的舞臺，吸引著越來越多來自不同專業(yè)的大學(xué)生參與其中。圖11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第二章 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化在小車的調(diào)試初期，由于速度較低，機(jī)械結(jié)構(gòu)對小車的影響不是很明顯，但當(dāng)小車速度有了較大提高之后，機(jī)械性能對小車的影響越來越大，所以我們又重新調(diào)整了機(jī)械機(jī)構(gòu)。圖21 車模整體結(jié)構(gòu)對于車模的機(jī)械調(diào)整，我們的入手方面為：(1) 整車重量：由于大賽使用統(tǒng)一的電池和電動機(jī)及傳動齒輪，并不允許使用升壓電路對電機(jī)進(jìn)行升壓，故車模的輸出功率是一定的，這也意味著更輕的車模質(zhì)量將使車模擁有更為優(yōu)良的加減速性能，不僅如此，車模的轉(zhuǎn)向靈活性也會有較大的提高，所以，我們采用了碳素桿作為攝像頭支架，并拆除了車體上一些不必要的部件以減少車體重量。 (4) 車體響應(yīng)速度：由于舵機(jī)輸出的力矩是一定的，故力臂越長轉(zhuǎn)向線速度越快，但輸出力會大大減少，所以增長力臂的時候會在一定程度上增加轉(zhuǎn)角速度，但可能會因摩擦力太大而打不動角。如果賽道比較滑，可以將這個角度再調(diào)節(jié)的大一些。將前輪前束調(diào)節(jié)成明顯的內(nèi)八字，運動阻力加大，提高減速性能。根據(jù)我們小車的實際情況，我們選擇了較小的前束。這樣，就能保持行駛方向的穩(wěn)定。本車模的實際主銷后傾角大概在1520度左右。 圖24 主銷前傾角調(diào)節(jié)示意圖 圖25 車模導(dǎo)向輪調(diào)節(jié)效果我們將系統(tǒng)做成一個手焊板上，劃分為功率驅(qū)動電路區(qū)域，數(shù)字電路區(qū)域和模擬穩(wěn)壓部分。圖26 主電路板的安裝舵機(jī)以前安裝位置位于車體的中心，如圖28所示，這種安裝方式會大大減少小車本來就狹小的車體空間并且其安裝高度太低，在這種長度的力臂下舵機(jī)輸出的力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小車轉(zhuǎn)向時所需要的力從而造成了舵機(jī)力量輸出的浪費。所以反應(yīng)速度與輸出力之間是一個二次函數(shù)關(guān)系，該二次函數(shù)開口向下，存在著一個極值點，該點兩坐標(biāo)即為力與速度相平衡的最大值。舵機(jī)安裝如圖27。圖210 ＣＣＤ桿與底座的連接圖211 線性ＣＣＤ的連接速度傳感器一般可以選擇對射式光柵或光電編碼器。重心的高度是影響智能車穩(wěn)定性的因素之一。應(yīng)注意到底盤高度的調(diào)節(jié)是將智能車的其他性能提高以后間接的幫助加速性能提高。二、車體構(gòu)件高度調(diào)整：在智能車改裝過程中，我們一直把重心作為考慮因素之一。這樣不僅可以降低整車重量，而且可以使重心高度盡量降低。我們非常重視對小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，經(jīng)過大量的理論研究和實踐，我們將線性ＣＣＤ桿安裝在車模的前半部分，以達(dá)到合適的前瞻；為了較好的調(diào)節(jié)四輪質(zhì)量分布，在搭小車的過程中，我們盡量對稱安裝各部件，每一個環(huán)節(jié)都是建立在合理的四輪定位基礎(chǔ)之上；為了使轉(zhuǎn)向力與速度平衡，轉(zhuǎn)向舵機(jī)采用立式安裝方式。緊湊是指在設(shè)計當(dāng)中盡量使其能夠適應(yīng)在小車的底盤指定區(qū)域的安裝，為了充分利用雙層板的布局空間，我們把元件布在了板的兩面以有更多的空間去考慮EMC設(shè)計規(guī)則，并盡量減小元器件的使用數(shù)量，對元器件布局進(jìn)行合理安排。保證系統(tǒng)硬件電路可靠運行。電源模塊對于一個控制系統(tǒng)來說極其重要，關(guān)系到整個系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時應(yīng)選好合適的電源模塊。在實際制作過程中，曾選用過LM29405，但當(dāng)電機(jī)啟動，小車猛然加速或制動時，會出現(xiàn)小車沖出跑道的情況因為小車程序中加了起跑延時，而在小車沖出跑道后并沒有過一段時間再啟動，故排除了單片機(jī)復(fù)位的可能性，我們懷疑是CCD供電問題。而ccd在供電電壓稍低于5V時就會出現(xiàn)畫面有黑色豎條的情況，進(jìn)而引起小車的誤判，從而沖出跑道。對于單片機(jī)來說，ccd分辨率不是越高越好。線性ccd TSL1401如圖32所示：圖32 ＴＳＬ１４０１ 對于整個車來說，單片機(jī)是最核心的東西了，就像是一個人的大腦一樣，所以對于單片機(jī)的穩(wěn)壓電源莫過于是最重要的了，我們在開始的時候產(chǎn)用了7805，5v穩(wěn)壓芯片，但由于該芯片不太穩(wěn)定，電流較小，而且單片機(jī)對穩(wěn)壓芯片要求非常嚴(yán)格，經(jīng)過試驗我們還是采用了與ccd一樣的穩(wěn)壓芯片tps76850來給單片機(jī)進(jìn)行供電。我們最初使用的是IGBT，MOSFET驅(qū)動專用光耦TLP250與IRF3205搭建H橋來進(jìn)行對RS540電機(jī)的驅(qū)動，如圖37。并且沒有出現(xiàn)高頻PWM驅(qū)動不了的情況，比以前有效的減小了電機(jī)的震動。 LM2940是一個低壓差穩(wěn)壓器，旨在提供一個典型的500mV的壓差電流高達(dá)1A的輸出電壓最大1V。舵機(jī)供電電路如圖36：圖36 舵機(jī)供電電路圖37起跑線檢測電路硬件部分是小車的基礎(chǔ)，只有硬件電路功能完好，穩(wěn)定，才能使小車系統(tǒng)正常工作。我們設(shè)計的智能車系統(tǒng)采用CCD進(jìn)行賽道識別，圖像采集及校正處理就成了整個軟件的核心內(nèi)容。因為賽道是連續(xù)的不會出現(xiàn)突變，以這種方法進(jìn)行檢測可大大減少單片機(jī)處理時間并降低錯誤概率，并且不會誤把起跑線識別為邊線，該方法稱為邊緣跟蹤算法。在車輛進(jìn)彎時，需要對三個參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：切彎路徑、轉(zhuǎn)向角度、入彎速度。轉(zhuǎn)向角度決定了車輛過彎的穩(wěn)定性。簡單而言，我們會采取入彎減速，出彎加速的方案，這樣理論上可以減少過彎時耗費的時間。所以現(xiàn)在本系統(tǒng)參考實際駕駛時的一些經(jīng)驗，對過彎速度的處理方式確定為：入彎時急減速，以得到足夠的調(diào)整時間，獲得正確的轉(zhuǎn)向角度；在彎道內(nèi)適當(dāng)提速，并保持角度不變，為出彎時的加速節(jié)約時間；出彎時，先準(zhǔn)確判斷標(biāo)志，然后加速，雖然會耗費一些時間，但是面對連續(xù)變向彎道可以減少判斷出錯的概率，保證行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性，而且彎道內(nèi)的有限加速對后面的提速也有很大的幫助。相對于其他的控制方式，在成熟性和可操作性上都有著很大的優(yōu)勢。在本方案中，使用試湊法來確定控制器的比例、積分和微分參數(shù)。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。試湊法的具體實施過程為：整定比例部分，將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。在整定時，先置微分時間為零，在第二步整定基礎(chǔ)上增大，同樣地相應(yīng)改變比例系數(shù)和微分時間，逐步試湊以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。第五章 開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程程序的開發(fā)是在組委會提供的CodeWarrior 下進(jìn)行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。我們開發(fā)了用于監(jiān)測智能汽車實時狀態(tài)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，大大提高了調(diào)試效率。智能汽車實時監(jiān)測系統(tǒng)用C開發(fā)完成。最終形成了比較成熟的版本。對專業(yè)知識的掌握程度還不夠，考慮的問題也不夠全面，小車中的一些問題沒有得到圓滿解決，但我們也沒有讓那通宵達(dá)旦調(diào)車的日日夜夜的努力白費，小車在東北賽區(qū)也沒有表現(xiàn)得讓人失望，在即將來臨的大賽前我們依然有足夠的信心相信小車仍然表現(xiàn)得不會令人失望。 //前一個誤差 float Kp,Ki,Kd。 //實際速度unsigned int ActualAngle。 //像素點unsigned char Average。 //電機(jī)最高速度unsigned int lowspeed。 //速度值}。unsigned char BaQi[6]={0,0,0,0,0,0}。 //降速標(biāo)志unsigned char static lostflag=0。 //停車標(biāo)志unsigned char static needforspeed=80。 //棒棒閾值float static Dat_P=,Dat_I=,Dat_D=。 /**********************A*********************/ if(!setup2_GetVal()) //A模式 { LED2_PutVal(0)。 //電機(jī)D A=。 //差速 Pj=35。 //最低速度 bangbangset=10。 /**********************B*********************/ if(!setup3_GetVal()) //B模式 { LED3_PutVal(0)。 //電機(jī)D A=。 //差速 Pj=35。 //最低速度 bangbangset=10。 /**********************C*********************/ if(!setup4_GetVal()) //C模式 { LED4_PutVal(0)。 //電機(jī)D A=。 //差速 Pj=35。 //最低速度 bangbangset=10。 if(!setup5_GetVal()) { } if(!setup6_GetVal()) { } if(!setup7_GetVal()) { } } else LED1_PutVal(1)。 //掃描左起點 unsigned char static CoordinateRight=65。 //右邊線標(biāo)志位 unsigned char static lostright=0。 //歷史數(shù)組 unsigned char static Distance。 //速度控制P變量 = Dat_I。i) //左邊黑線掃描 { if(CompareA[i]230) { =i。i++) //右邊黑線掃描 { if(CompareA[i]230) { =i。 if(37) { lostleft=1。 lostright) //全部丟線 { lostflag=1。amp。 //重置左邊掃描位置初值 CoordinateRight = 65。 if(100) { =+25。 //重置左邊掃描位置初值 CoordinateRight = (+)/2。 HistoryData[7]=HistoryData[6]。 HistoryData[3]=HistoryData[2]。 //記錄歷史數(shù)組