【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2022 年在韓國(guó)首次舉辦， 我 國(guó) 于 2022 年 8 月 舉 辦 第 一屆 “飛 思 卡 爾 ”杯 全 國(guó) 智 能 車(chē) 競(jìng) 賽 ， 當(dāng) 時(shí) 吸 引 了 來(lái) 自 全 國(guó) 50 所 高 校 的 112 支 代 表 隊(duì) 的參 與 。 在 2022 年 的 第 二 屆 智 能 車(chē) 競(jìng) 賽 中 ， 來(lái) 自 全 國(guó) 26 個(gè) 省 (自 治 區(qū) )、 直 轄 市 的 130余 所 院 校 的 242 支 隊(duì) 伍 分 為 5 個(gè) 賽 區(qū) 進(jìn) 行 角 逐 ， 比 賽 場(chǎng) 面 空 前 激 烈我 國(guó) 大 學(xué) 生 設(shè) 計(jì) 的 智 能 車(chē) 如 下 圖安徽大學(xué)江淮學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3圖 1：智能車(chē)模型 在智能車(chē)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常面臨如下幾個(gè)問(wèn)題：第一，制作出各種形式的賽道來(lái)測(cè)試賽車(chē)的性能，但是在實(shí)際中，很難為智能車(chē)的測(cè)試設(shè)計(jì)各種各樣的比賽賽道，在經(jīng)濟(jì)上和效率上也是不能被接受的；第二，控制算法的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證也需要一定時(shí)間，在比賽設(shè)計(jì)的有限時(shí)間里，要選擇出合適的控制算法，并且試驗(yàn)它的有效性，也是一個(gè)比較艱巨的任務(wù)，如何快速驗(yàn)證我們所設(shè)計(jì)的控制算法，縮短開(kāi)發(fā)周期，在有限的時(shí)間里盡可能開(kāi)發(fā)出最好最優(yōu)的控制算法，對(duì)我們提出了挑戰(zhàn)；第三，分析車(chē)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)而分析車(chē)的控制方法是分析和優(yōu)化控制算法的一個(gè)有效途徑，實(shí)際上車(chē)的運(yùn)行是一個(gè)快速的過(guò)程，是轉(zhuǎn)瞬即逝的，很難把車(chē)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程復(fù)現(xiàn)出來(lái)的，這樣就缺失了有效的分析方法。這些問(wèn)題都是能夠順利完成比賽的不可避免的障礙。全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽是教育部為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，在己舉辦的全國(guó)數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等 4 大專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽的基礎(chǔ)上而設(shè)立的第五項(xiàng)大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽。該競(jìng)賽與已舉辦的教育部 4 大專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽不同，是以迅猛發(fā)展的汽車(chē)電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，這對(duì)進(jìn)一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)本科生獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)碩士生從事科學(xué)、技術(shù)研究能力，培養(yǎng)博士生知識(shí)、技術(shù)創(chuàng)新能力具有重要意義。1. 2 本課題研究的內(nèi)容基于以上的問(wèn)題，為了能夠快速的驗(yàn)證智能車(chē)的設(shè)計(jì)方案，縮短其開(kāi)發(fā)周期，要求在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出為團(tuán)隊(duì)提供可離線(xiàn)/在線(xiàn)智能車(chē)仿真及理論實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文首先利用了虛擬儀器軟件 LabVIEW 為智能車(chē)比賽開(kāi)發(fā)了一個(gè)比賽仿真以及理論實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以此實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)部分的功能：1） 賽道與賽車(chē)環(huán)境建模對(duì)比。2） 賽車(chē)設(shè)計(jì)。3） 控制算法的仿真驗(yàn)證。4） 后期分析，以及不足與改進(jìn)。最后對(duì)賽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)間最優(yōu)問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出三種轉(zhuǎn)彎策略，通過(guò)仿真比較給出了縮短比賽時(shí)間，提高比賽成績(jī)的較好的轉(zhuǎn)彎策略。安徽大學(xué)江淮學(xué)院學(xué)士學(xué)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(nèi)容。第二章，智能車(chē)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(chē)虛擬儀器仿真平臺(tái)基本模塊的設(shè)計(jì)。包括賽道功能模塊、賽車(chē)功能模塊、仿真程序模塊的設(shè)計(jì)第四章，仿真過(guò)程第二章 智能車(chē)仿真系統(tǒng)的介紹 2. 1 開(kāi)發(fā)工具虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬儀器(Virtual Instrumentation)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)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(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)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(shí)際上是一個(gè)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(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó) NI 公司的 LabVIEW。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)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(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器(National Instrument)公司研制開(kāi)發(fā)的，類(lèi)似于 C 和 BASIC 開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW 與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是: 其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框安徽大學(xué)江淮學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5圖的形式。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用圖標(biāo)就可以代替應(yīng)用系統(tǒng)的硬件部分，這樣就可以省去了很多購(gòu)買(mǎi)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(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它結(jié)合了圖形化編程方式的高性能和靈活性以及專(zhuān)為測(cè)試、測(cè)量與自動(dòng)化控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的高端性能和配置，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開(kāi)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(yǔ)言，又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)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(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)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(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 VI 的概念用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用程序被稱(chēng)作 VI (Virtual Instrument 的英文簡(jiǎn)寫(xiě)，即虛擬儀器)，它的表現(xiàn)形式和功能類(lèi)似于實(shí)際的儀器，也很容易改變?cè)O(shè)置和功能。VI 是由圖標(biāo)、連線(xiàn)以及框圖構(gòu)成的應(yīng)用程序，有 Front Panel(前面板)、Block Diagram(后面板)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon Connector)三部分構(gòu)成。前面板是應(yīng)用程序的界面，是人機(jī)交互的窗口，主要由 Controls(控制量) 和Indicators(顯示量 )構(gòu)成。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，用戶(hù)通過(guò)控制量(例如用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)的文本框以及一些按鈕、開(kāi)關(guān)燈)輸入數(shù)據(jù)和控制程序的運(yùn)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(yùn)行的結(jié)果。如果將 VI 程序比作一臺(tái)儀器的話(huà)，那么，控制量就是儀器的數(shù)據(jù)輸入端口和控制開(kāi)關(guān)，用于給程序提供輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，而顯示量則是儀器的顯示窗口，用于顯示經(jīng)過(guò)程序分析、處理后的結(jié)果，如圖 所示，顯然,并非簡(jiǎn)單地畫(huà)兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之配套的流程圖。安徽大學(xué)江淮學(xué)院學(xué)士學(xué)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(duì) 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(xiàn)端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線(xiàn)等。圖 3 是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)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(kāi)關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線(xiàn)端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過(guò)連線(xiàn)將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個(gè) WhileLoop 循環(huán)，由開(kāi)關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。如果將 VI 與標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用 VI 可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)安徽大學(xué)江淮學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7幾。圖 3: 隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的流程圖 子 VI 與子程序和其他編程語(yǔ)言一樣，在 LabVIEW 中也存在子程序的概念，在 LabVIEW 中的子程序被稱(chēng)作子 VI。在程序中使用子 VI 有以下優(yōu)點(diǎn)： VI(即一個(gè)圖標(biāo))，可以使程序的結(jié)構(gòu)變得更加清晰、明了。2．將整個(gè)程序劃分為若干模塊，每個(gè)模塊用一個(gè)或者幾個(gè)子 VI 實(shí)現(xiàn)，易于