【正文】 2（d）車輪束角主銷內(nèi)傾角：有使車輪自動(dòng)回正的作用，有利于出彎回正，其示意圖如圖22（b）所示，內(nèi)傾角不宜過(guò)大，過(guò)大會(huì)增加輪胎與賽道的摩擦阻力，降低車速，降低防滑膠套壽命。前束能使車輪向內(nèi)側(cè)滑移，增大車輪摩擦力；當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在后面后，前束的實(shí)質(zhì)其實(shí)是之前的后束，因?yàn)檫@樣可以實(shí)現(xiàn)過(guò)彎時(shí)，外輪打角會(huì)比內(nèi)輪小，四個(gè)輪子的轉(zhuǎn)彎半徑將在一個(gè)圓心上，使轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)達(dá)到最佳。圖23 后輪轉(zhuǎn)向束角示意圖根據(jù)上述理論和實(shí)際的測(cè)試，我們將車模的轉(zhuǎn)向輪最終調(diào)整為如下圖24所示。為了獲得更為精確的電機(jī)轉(zhuǎn)速返回值，我們?cè)谲嚹Ｉ习惭b的是歐姆龍500線編碼器。圖25 編碼器安裝原裝車模的舵機(jī)安裝在車身中間，連接著車模的避震，但考慮到需要通過(guò)改變電池的位置來(lái)獲得比較滿意的中心分布，同時(shí)為了主板的安裝以及車模轉(zhuǎn)向性能，我們對(duì)舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較大的調(diào)整。最終，我們參考了一套舵機(jī)的安裝方式，保持舵機(jī)直立的方案，并改變其位置與車尾，綜合考慮了速度與力矩的關(guān)系，再根據(jù)模型車底盤(pán)的具體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了安裝方式，經(jīng)多次測(cè)試，這樣的安裝方式能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。但是舵機(jī)的打角和轉(zhuǎn)向輪的打角并不是簡(jiǎn)單得線性關(guān)系。在某一特定高度下是可以實(shí)現(xiàn)線性變化的，當(dāng)然這對(duì)機(jī)械的要求非常高，在多次嘗試后，我們決定在讓兩者關(guān)系盡量線性的基礎(chǔ)上，加一定的二次曲線補(bǔ)償，這樣我們就可以在在思路上為通過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)角改變從而獲得所要前輪轉(zhuǎn)角提供便利。底部采用定制的鋁合金固定件固定碳卷管?？煽啃允窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)的第一要求，我們對(duì)電路設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)都進(jìn)行了電磁兼容性設(shè)計(jì)，做好各部分的接地、屏蔽、濾波等工作，將高速數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)，使本系統(tǒng)工作的可靠性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求?？紤]到MK60N512ZVLQ10的最小系統(tǒng)板比較大，會(huì)占據(jù)較大的主板空間，在電池及其他結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)主板的空間有限，所以在設(shè)計(jì)主板時(shí)，直接將MCU設(shè)計(jì)在主板上，直接形成信號(hào)采集、信號(hào)處理、電機(jī)控制、舵機(jī)控制單元。MK60N512ZVLQ10是K60系列MCU。其他部分還包括電源濾波電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、串行通訊接口、JLink接口、AD接口和SDHC接口。另外，前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，電池電壓壓降較大，為提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，必須使用低壓降電源穩(wěn)壓芯片，選用了LM2940。為配合攝像頭5V的正常供電，12V升壓需要有較大的容量，我們考慮使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。其穩(wěn)壓性能優(yōu)越。PCLK信號(hào)作為DMA的觸發(fā)信號(hào)，但因?yàn)槠漕l率過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致采圖過(guò)快，使得圖像數(shù)組不得不非常大。~6V，可以采用本系統(tǒng)中的電源供電；在正常供電情況下，最高輸入時(shí)鐘可以到達(dá)103M，對(duì)于對(duì)PCLK信號(hào)分頻完全夠用。數(shù)字?jǐn)z像頭不需要進(jìn)行場(chǎng)行分離，無(wú)需使用外部AD對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化；但是直接從數(shù)字?jǐn)z像頭輸出的信號(hào)，在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有串?dāng)_。該驅(qū)動(dòng)器主要由以下部分組成： PWM號(hào)輸入接口、IR2104控制電路、電源電路、功率 MOSFET 管柵極驅(qū)動(dòng)電路、橋式功率驅(qū)動(dòng)電路等。圖37 舵機(jī)接口與供電原理圖主板上還包括撥碼開(kāi)關(guān)電路，和一些外設(shè)的接口，如圖38所示。在單片機(jī)采集圖像信號(hào)后需要對(duì)其進(jìn)行處理以提取主要的賽道信息，同時(shí)，由于十字、起點(diǎn)線的存在，光線、賽道遠(yuǎn)處圖像不清楚的干擾，圖像效果會(huì)大打折扣。在賽道邊線提取上我們將賽道分為兩大類，一類是普通的彎道，直道，上下坡等，還有一類就是十字和虛線小S。圖45 連續(xù)彎處理后圖像 圖46 彎道處理后圖像特殊賽道提取算法的基本思想如下：(1)特殊賽道只是小S或十字，因此在能延伸到較遠(yuǎn)處。原始邊沿提取算法的程序流程如圖47所示。有的隊(duì)伍加上了斜率，我們測(cè)試發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處斜率較為不穩(wěn)定，最后還是放棄了斜率算法，使用較為穩(wěn)定的偏差算法。在直道上由于速度較快，要選取遠(yuǎn)處的偏差，防止來(lái)不及轉(zhuǎn)向，當(dāng)在彎道內(nèi)，由于視野有限，應(yīng)該盡量使用能采集到的最遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)段，這樣能在連續(xù)彎的切換上較為流暢，在回環(huán)彎道上較為穩(wěn)定。由于在彎道內(nèi)前瞻量有限，在提速的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍，此時(shí)就停止調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向參數(shù)。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器，原理框圖如圖410所示。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。位置式PID控制算法的缺點(diǎn)是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)過(guò)去e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)工作量大；而且因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，還可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。 (3) (4)式中 ； ；公式(4)稱為增量式PID控制算法，可以看出由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了KP、TI、TD，只要使用前后三次測(cè)量值的偏差，即可由公式(4)求出控制增量。(3) 算式中不需要累加。(1) 不完全微分PID將微分環(huán)節(jié)引入智能車的方向和速度控制，明顯地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)于誤差干擾突變也特別敏感，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的不良影響。分析公式(7)可知，引入不完全微分以后，微分輸出在第一個(gè)采樣周期內(nèi)被減少了，此后又按照一定比例衰減。這樣，在設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)，輸出量并不會(huì)改變，而被控量的變化相對(duì)是比較緩和的，這就很好地避免了設(shè)定值的頻繁變化給系統(tǒng)造成的振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。運(yùn)用PID控制的關(guān)鍵是調(diào)整KP、KI、KD三個(gè)參數(shù)，即參數(shù)整定。此外，我們先后實(shí)驗(yàn)了幾種動(dòng)態(tài)改變PID參數(shù)的控制方法。在提高車速至高速()時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)車身在直道上特別是長(zhǎng)直道上時(shí)，車身左右震蕩比較嚴(yán)重，究其原因，硬件上，我們認(rèn)為首先是輪軸本身的松動(dòng)并且轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)左右轉(zhuǎn)向性能可能存在不對(duì)稱性，設(shè)計(jì)有待改進(jìn)，軟件上，則是自身編寫(xiě)的PID舵機(jī)控制還不夠精細(xì)，動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力不夠。對(duì)于速度控制，我們采用了增量式PID控制算法，基本思想是直道加速，彎道減速。對(duì)于速度決策，我們要解決兩個(gè)問(wèn)題： (1)提前預(yù)判加速度點(diǎn)和減速點(diǎn)； (2)在彎道中尋找直道。 圖411 車身標(biāo)定線我們假設(shè)車身標(biāo)定線內(nèi)，為汽車駕駛者的視野范圍，對(duì)視野范圍內(nèi)的賽道信息進(jìn)行積分，所得到的積分值越大，則速度決策量越大。圖像校正的目的在于還原了遠(yuǎn)處數(shù)據(jù)的真實(shí)權(quán)重。 圖412 動(dòng)態(tài)積分區(qū)域(a)圖412 動(dòng)態(tài)積分區(qū)域(b)二、以速度與轉(zhuǎn)角耦合度為出發(fā)點(diǎn)的速度決策算法經(jīng)過(guò)浙江賽區(qū)的比賽之后，我們發(fā)現(xiàn)之前的速度決策并沒(méi)有顧及到大半徑的弧內(nèi)的加速，而只是簡(jiǎn)單地在原先的速度決策量的基礎(chǔ)上根據(jù)左右線終止行進(jìn)行了二段變速，但是隨之帶來(lái)的副作用就是在連續(xù)彎內(nèi)的過(guò)度加速，導(dǎo)致小車的不穩(wěn)定，于是我們開(kāi)始尋找一個(gè)更好的決策量。因此我們做了進(jìn)一步的改進(jìn)，根據(jù)入彎時(shí)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)的線性度動(dòng)態(tài)改變二次曲線中最高點(diǎn)(直道的最高速度)和最低點(diǎn)(彎道的最低速度)的大小，結(jié)果表明，控制效果更好。二、計(jì)算曲線上相鄰點(diǎn)之間的累計(jì)差值。因此，我們最終對(duì)賽道進(jìn)行了簡(jiǎn)單的區(qū)分并且削弱了控制層與路徑識(shí)別的聯(lián)系。用戶不需要任何硬件支持就可以模擬各種ARM內(nèi)核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運(yùn)行環(huán)境。雖然直接將攝像頭通過(guò)視頻接口連接到電視可觀察到攝像頭所采的圖像，但對(duì)于圖像分析不夠方便，且無(wú)法實(shí)時(shí)精確地反饋出一些特定信息。由日本松下、東芝及美國(guó)SanDisk公司于1999年8月共同開(kāi)發(fā)研制，其大小猶如一張郵票，重量只有2克，卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。但SD模式可以支持高速讀寫(xiě)，優(yōu)于SPI模式很多，由于飛思卡爾系列單片機(jī)擁有SDHC模塊支持SD卡的SD模式，所以我們使用了SD卡的SDHC模式。(2) 支持的總線頻率最高可達(dá)52MHz。(5) 支持內(nèi)部和外部DMA等等。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，我們嘗試了不同的舵機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，前輪束角和主銷傾角的調(diào)整以及在其他細(xì)節(jié)方面的優(yōu)化。在這一年多的備戰(zhàn)過(guò)程中，場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)方面都得到了學(xué)校和學(xué)院的大力支持，在此特別感謝一直支持和關(guān)注智能車比賽的學(xué)校和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及各位指導(dǎo)老師，同時(shí)也感謝比賽組委會(huì)能組織這樣一項(xiàng)有意義的比賽。volatile u8 VSYN = 1。extern float straight，right1，turn，k，Lastk。extern int BlackPointCounter。extern float TURN_WAN_Highest_K，TURN_WAN_Lowest_K，TURN_RUWAN_Highest_K，TURN_RUWAN_Lowest_K。extern u16 Speed_Decision_Value。u32 SpeedGet=0。extern float tempStraight。 for(i=0。i120。i++) SDpic[i]=sp_center[i120]。 straight_temp=straight。 } SDpic[183]=(u8)(straight_temp/10)。 if(kk0)kk=kk。 SDpic[188]=(u8)(LeftEnd)。 SDpic[192]=(u8)(right_len)。 if(sp_len_max==0)sp_len_max=255。 SDpic[197]=(u8)(Straight_sign)。 void main(){ u8 i。 WDOG_STCTRLH amp。 EnableInterrupts。 //uart_putchar (UART1，0x01)。 //uart_putchar (UART1，0x03)。 Speed_Decision()。 //uart_putchar (UART1，sp_len_max)。 //uart_putchar (UART1，0x04)。 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