【文章內容簡介】 2022 年在韓國首次舉辦， 我 國 于 2022 年 8 月 舉 辦 第 一屆 “飛 思 卡 爾 ”杯 全 國 智 能 車 競 賽 ， 當 時 吸 引 了 來 自 全 國 50 所 高 校 的 112 支 代 表 隊 的參 與 。 在 2022 年 的 第 二 屆 智 能 車 競 賽 中 ， 來 自 全 國 26 個 省 (自 治 區(qū) )、 直 轄 市 的 130余 所 院 校 的 242 支 隊 伍 分 為 5 個 賽 區(qū) 進 行 角 逐 ， 比 賽 場 面 空 前 激 烈我 國 大 學 生 設 計 的 智 能 車 如 下 圖安徽大學江淮學院學士學位論文3圖 1：智能車模型 在智能車的實際設計過程中，經(jīng)常面臨如下幾個問題：第一，制作出各種形式的賽道來測試賽車的性能，但是在實際中，很難為智能車的測試設計各種各樣的比賽賽道，在經(jīng)濟上和效率上也是不能被接受的；第二，控制算法的實現(xiàn)和驗證也需要一定時間，在比賽設計的有限時間里，要選擇出合適的控制算法，并且試驗它的有效性，也是一個比較艱巨的任務，如何快速驗證我們所設計的控制算法，縮短開發(fā)周期，在有限的時間里盡可能開發(fā)出最好最優(yōu)的控制算法，對我們提出了挑戰(zhàn)；第三，分析車的運行過程進而分析車的控制方法是分析和優(yōu)化控制算法的一個有效途徑，實際上車的運行是一個快速的過程，是轉瞬即逝的，很難把車的實際運行過程復現(xiàn)出來的，這樣就缺失了有效的分析方法。這些問題都是能夠順利完成比賽的不可避免的障礙。全國大學生智能汽車競賽是教育部為了加強大學生實踐、創(chuàng)新能力和團隊精神的培養(yǎng)，在己舉辦的全國數(shù)學建模、電子設計、機械設計、結構設計等 4 大專業(yè)競賽的基礎上而設立的第五項大學生設計競賽。該競賽與已舉辦的教育部 4 大專業(yè)競賽不同，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、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，這對進一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)本科生獲取知識、應用知識的能力及創(chuàng)新意識，培養(yǎng)碩士生從事科學、技術研究能力，培養(yǎng)博士生知識、技術創(chuàng)新能力具有重要意義。1. 2 本課題研究的內容基于以上的問題，為了能夠快速的驗證智能車的設計方案，縮短其開發(fā)周期，要求在短時間內開發(fā)出為團隊提供可離線/在線智能車仿真及理論實驗平臺。本文首先利用了虛擬儀器軟件 LabVIEW 為智能車比賽開發(fā)了一個比賽仿真以及理論實驗平臺，以此實現(xiàn)以下幾個部分的功能：1） 賽道與賽車環(huán)境建模對比。2） 賽車設計。3） 控制算法的仿真驗證。4） 后期分析，以及不足與改進。最后對賽車轉彎時間最優(yōu)問題進行了研究，提出三種轉彎策略，通過仿真比較給出了縮短比賽時間，提高比賽成績的較好的轉彎策略。安徽大學江淮學院學士學位論文4 論文章節(jié)安排第一章，引言部分。主要介紹了課題研究的背景、意義和內容。第二章，智能車仿真系統(tǒng)的介紹。這章介紹了虛擬儀器仿真工具—LabVIEW。第三章，智能車虛擬儀器仿真平臺基本模塊的設計。包括賽道功能模塊、賽車功能模塊、仿真程序模塊的設計第四章，仿真過程第二章 智能車仿真系統(tǒng)的介紹 2. 1 開發(fā)工具虛擬儀器簡介虛擬儀器(Virtual Instrumentation)是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，虛擬儀器的研究中涉及的基礎理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領域內，使用較為廣泛的計算機語言是美國 NI 公司的 LabVIEW。利用 LabVIEW，可產生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的 32 位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版本 [4]。 2. 2 LabVIEW 的介紹LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種圖形化的程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(National Instrument)公司研制開發(fā)的，類似于 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW 與其他計算機語言的顯著區(qū)別是: 其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言來編寫程序，產生的程序是框安徽大學江淮學院學士學位論文5圖的形式。在開發(fā)過程中，用圖標就可以代替應用系統(tǒng)的硬件部分，這樣就可以省去了很多購買硬件的資金，以節(jié)省大量的研發(fā)資金。LabVIEW 中盡可能的利用了工程師們所熟知的術語、圖標和概念，是一個工業(yè)標準的開發(fā)環(huán)境。它結合了圖形化編程方式的高性能和靈活性以及專為測試、測量與自動化控制應用設計的高端性能和配置，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應用提供必要的開發(fā)工具，這能幫助工程師們提高工作效率 [4]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。 VI 的概念用 LabVIEW 開發(fā)出的應用程序被稱作 VI (Virtual Instrument 的英文簡寫，即虛擬儀器)，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實際的儀器，也很容易改變設置和功能。VI 是由圖標、連線以及框圖構成的應用程序，有 Front Panel(前面板)、Block Diagram(后面板)以及圖標/連結器(Icon Connector)三部分構成。前面板是應用程序的界面，是人機交互的窗口，主要由 Controls(控制量) 和Indicators(顯示量 )構成。當程序運行時，用戶通過控制量(例如用戶輸入數(shù)據(jù)的文本框以及一些按鈕、開關燈)輸入數(shù)據(jù)和控制程序的運行，而顯示量(例如顯示波形的示波器控件燈)則主要用于顯示程序運行的結果。如果將 VI 程序比作一臺儀器的話，那么，控制量就是儀器的數(shù)據(jù)輸入端口和控制開關，用于給程序提供輸入數(shù)據(jù)和控制信號，而顯示量則是儀器的顯示窗口，用于顯示經(jīng)過程序分析、處理后的結果，如圖 所示，顯然,并非簡單地畫兩個控件就可以運行，在前面板后還有一個與之配套的流程圖。安徽大學江淮學院學士學位論文6圖 2：面板界面流程圖提供 VI 的圖形化源程序，在流程圖中對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。圖 3 是一個隨機信號發(fā)生器的流程圖，從中可以看到流程圖中包括了前面板上的開關和隨機數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結構。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設置了一個 WhileLoop 循環(huán)，由開關控制這一循環(huán)的結束。如果將 VI 與標準儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖卜的東西相當于儀器箱內的東西。在許多情況下，使用 VI 可以仿真標準儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與標準儀器相差無安徽大學江淮學院學士學位論文7幾。圖 3: 隨機信號發(fā)生器的流程圖 子 VI 與子程序和其他編程語言一樣，在 LabVIEW 中也存在子程序的概念，在 LabVIEW 中的子程序被稱作子 VI。在程序中使用子 VI 有以下優(yōu)點： VI(即一個圖標)，可以使程序的結構變得更加清晰、明了。2．將整個程序劃分為若干模塊，每個模塊用一個或者幾個子 VI 實現(xiàn)，易于