【正文】 會(huì)有遲滯或者過轉(zhuǎn)動(dòng)情況發(fā)生。差速器的特 性是：阻力越大的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側(cè)，驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速越高 ? 以此次使用的后輪差速器為例，在過彎時(shí)，因外側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較小，輪速便較高；而內(nèi)側(cè)前輪輪胎所遇的阻力較大，輪速便較低。 當(dāng)車輛在正常的過彎行進(jìn)中 (假設(shè)：無轉(zhuǎn)向不足亦無轉(zhuǎn)向過度 )，此時(shí) 4 個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速 (輪速 )皆不相同，依序?yàn)椋和鈧?cè)前輪＞外側(cè)后輪＞內(nèi)側(cè)前輪＞內(nèi)側(cè)后輪。調(diào)整好的齒輪傳動(dòng)噪音小，并且不會(huì)有碰撞類的雜音。傳動(dòng)部分要輕松、順暢，容易轉(zhuǎn)動(dòng)，不能有卡住或遲滯現(xiàn)象 . 判斷齒輪傳動(dòng)是否調(diào)整好的一個(gè)依據(jù)是 ,聽一下電機(jī)帶動(dòng)后輪空轉(zhuǎn)時(shí)的聲音。齒輪傳動(dòng)部分安裝位置的不恰當(dāng)，會(huì)大大增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的負(fù)載，從而影響到最終成績(jī)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 通過理論分析并結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)，我們將汽車模型的重心調(diào)整在前后軸之間五分之二左右的位置，并使其靠近前軸，這時(shí)智能車的行駛比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向也比較靈活，行駛路線平滑。 模型車的控制方面，如果重心靠近后軸，對(duì)模型車的動(dòng) 力性能有益，后輪抓地力增加，增大轉(zhuǎn)向靈敏度，但會(huì)減少轉(zhuǎn)向；如果重心靠近前軸，則對(duì)模型車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性有益，會(huì)增加轉(zhuǎn)向，但會(huì)降低轉(zhuǎn)向靈敏度，并且降低了后輪的抓地力。 圖 前輪前束 重心位置 汽車重心的位置通常用重心距前軸中心線的水平距離和重心距水平路面的高度來表示。在安裝車輪是，為消除車輪外傾帶來的這種不良后果，可以使汽車兩前輪的中心面不平行，并使兩輪前邊緣距離小于后邊緣距離，距離之差稱為“車輪前束”。 前輪前束 當(dāng)車輪有了外傾角后，在滾動(dòng)是就類似于圓錐滾動(dòng)，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) :由于智能車主要用于競(jìng)速，在設(shè)計(jì)中必然要求盡可能減輕重量，所以底盤承重不大，而且前輪外傾角只有兩檔可調(diào)， 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 故設(shè)定為 0176。而現(xiàn)代汽車高速化、急轉(zhuǎn)向等工況要求前輪外傾角減小甚至為負(fù)值。一般前輪外傾角為 1176。前輪外傾角一方面可以在汽車重載時(shí)減小或者消除主 銷與襯套、輪與軸承等處的裝配間隙，使車輪接近垂直路面滾動(dòng)而滑動(dòng)，同時(shí)減小轉(zhuǎn)向阻力，使汽車轉(zhuǎn)向輕便 。 的主銷內(nèi)傾角對(duì)于智能車對(duì)期望軌跡跟蹤的穩(wěn)定性、行駛路線的平滑性以及汽車的控制能力都比較有利，在實(shí)際調(diào)試的過程中也選擇了這樣的主銷內(nèi)傾角 。 圖 主銷內(nèi)傾角與前輪外傾角 模型車通過調(diào)整前輪定 位螺桿長(zhǎng)度來改變主銷內(nèi)傾角，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí) 6176。但是主銷內(nèi)傾角不宜過大，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷偏轉(zhuǎn)的過程中，輪胎與路面間將產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，從而增加輪胎與路面之間的摩擦阻力。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于主銷內(nèi)傾的原因，車輪連同整個(gè)汽車的前部將被抬起一定高度，當(dāng)外力消失后，車輪就會(huì)在重力作用下恢復(fù)到原來的正 中 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 位置。 主銷內(nèi)傾角 主銷在汽車的橫向平面內(nèi)向內(nèi)側(cè)傾斜一個(gè) β角，即主銷軸線與地面垂直線在汽車橫向斷面內(nèi)的夾角，成為“主銷內(nèi)傾角”，如圖 所示。 左右。 (3)主銷后傾角不對(duì)稱造成跑偏 :左、右兩輪之主銷后傾角不相等時(shí)，車模出現(xiàn)跑偏，跑偏方向朝向主銷后傾角較小的一側(cè) 。 (2)主銷后傾角太大造成轉(zhuǎn)向不靈活 :主銷后傾角 γ 大于 6176。 的情況下，當(dāng)車模在較高速度行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向后車模缺乏自動(dòng)回正能力，舵機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向控制過于靈活。 圖 主銷后傾角 實(shí)驗(yàn) 中發(fā)現(xiàn)，在其他情況相同的條件下，主銷后傾角對(duì)車體的影響主要有以下三個(gè)方面 : (l)主銷后傾角太小造成不穩(wěn)定 :主銷后傾角 γ 接近 0176。后傾 角 γ 越大，車速越高，車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)恢復(fù)能力越強(qiáng)。主銷在汽車的縱向平面內(nèi)由一個(gè)向后的傾角 γ，即主銷軸線與地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，成為“主銷后傾角”，如圖 所示。 Matiz 車模前輪的四項(xiàng)定位參數(shù)均可調(diào) [5]。這樣就可以在舵機(jī)輸出較小的 轉(zhuǎn)角下，取得最大的前輪轉(zhuǎn)角，提高了舵機(jī)的響應(yīng)的靈敏度 。通過控制策略分析可知，舵機(jī)的響應(yīng)速度直接影 響模型車通過轉(zhuǎn)彎通道時(shí)的最高速度，提高舵機(jī)的響應(yīng)速度是提高模型車平均速度的一個(gè)關(guān)鍵。車?；境叽鐓?shù)如表 。 所以，在整車的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面 ，我們對(duì) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、前輪 定位 、 重心位置、 車模 底盤 、后輪差速及齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了改進(jìn)。 圖 HIR383C 發(fā)射管 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 圖 單排 HIR333C 紅外光電管實(shí)物圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 第 3 章 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整 車體結(jié)構(gòu)是硬件中一個(gè)很重要的方面，從控制的角度來說，這部分既是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又是被控對(duì)象。 并且把接收電阻增大到 50KΩ，放大接收到的光電信號(hào)。發(fā)射管選擇臺(tái)灣億光生產(chǎn)的大功率紅外管 HIR383（如圖 ） , 在應(yīng)用時(shí)串聯(lián)一個(gè) 50Ω 的限流電阻，發(fā)射電流增大到 100mA。 因此，在決定控制策略時(shí)，必須要考慮這種情況，但反過來說，我們也可以利用這種情況的發(fā)生來完成一些特定的判斷 (比如某彎道角度的確定等 )。將中間兩傳感器進(jìn)行前置的主要目的在于能夠早一步了解到車前方 是否為直道，從而可以進(jìn)行加速。本文選用兩兩并列就是為了能明確區(qū)分出具體區(qū)域，如果不這樣排列，則當(dāng)出現(xiàn)迷失時(shí)，將無法判斷黑道在左邊還是右邊。本文仿真試驗(yàn)采用的是間 隔大于 25mm 且兩兩并列的布局方式，這樣在跑車時(shí)可以產(chǎn)生 13 種不同的情況。 一字型與八字型布局研究 （ 1）一字型布局 一字型布局是傳感器最常用的布局形式，即各個(gè)傳感器都在一條直線上，從而保證縱向的一致性，使其控制策略主要集中在橫向上。所以，理論上探出距離是越大越好，但是如果距離過大，智能車可能會(huì)發(fā)生重心偏移，造成行駛不穩(wěn)、振動(dòng)等一系列問題。它主要影響智能車的預(yù)測(cè)性能。 7mm 內(nèi)），因此它不易造成迷失。經(jīng)過分析后可知，這是由于傳感器間隔大造成車的橫向控制范圍較大（ 40mm 的車控制在 177。此外，如果間隔過大，還會(huì)出現(xiàn)另一種情況，即在間隔之間出現(xiàn)空白對(duì)于防飛車能力，可以用最大限制速度來衡量。道路中間黑色導(dǎo)引線的寬度為 25mm，因此如果要求傳感器間不出現(xiàn)同時(shí)感應(yīng)現(xiàn)象（即每次采集只出現(xiàn)一個(gè)傳感器值為 1），那么傳感器間隔就必須大于 25mm。 圖 沿黑色標(biāo)志線分布 的陣列光電傳感器輸出 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 傳感器布局對(duì)路徑識(shí)別的影響 使用光電傳感器實(shí)現(xiàn)智能車的路徑識(shí)別 ,除了要求使用的發(fā)射 / 接收器件的波長(zhǎng)特性一致 ,發(fā)射 /接收傳感器組對(duì)時(shí) ,各方面性能盡量接近外 ,傳感器的安裝布局對(duì)尋跡效果也有非常大的影響 [4]。圖 2 為沿車道黑色標(biāo)志線分布的陣列光電傳感器的輸出。數(shù)字式紅外傳感器具有 與微處理器相對(duì)應(yīng)的接口 ,硬件電路簡(jiǎn)單 ,但存在采集路徑信息粗糙、丟失路徑信息的缺點(diǎn)。這樣 ,利用紅外光電傳感器檢測(cè)智能車行駛道路上的黑色標(biāo)志線 ,就可以實(shí)現(xiàn)智能車的自動(dòng)尋跡。在智能車系統(tǒng)中 ， 紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線具有一定的方向性 , 當(dāng)紅外線照射到白色地面時(shí)會(huì)有較大的反射 ， 如果距離 x 取值合適 ,紅外接收管接收到反射回的紅外線強(qiáng)度就較大 。設(shè)定輸出電壓達(dá)到某一閾值時(shí)作為目標(biāo) ,不同的目標(biāo)距離閾值電壓是 不同的。 同時(shí)，要保證發(fā)射管和接收管的波長(zhǎng)匹配。反射式光電傳感器的光源有多種 ,常見的有紅外發(fā)光二極管、普通發(fā)光二極管和激光二極管 ,前兩種光源容易受到外界光源的干擾 ,而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中 ,傳感器只接收很窄的頻率范圍信 號(hào) ,不容易被干擾 ,但價(jià)格較貴。經(jīng)過慎重分析選擇，最終選定了第二種識(shí)別方案，即采用反射式傳感器進(jìn)行路徑識(shí)別。它可以用來檢測(cè)地面明暗和顏色的變化，也可以 探測(cè)有無接近的物體 采用這種方法易于實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度較快，算法相對(duì)于 CCD 較簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性比較好，成本較低 。 2）使用反射式光電傳感器進(jìn)行路徑識(shí)別。具體識(shí)別過程還涉及圖像采集、圖像處理及識(shí)別等步驟。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 第 2 章 紅外傳感器的尋跡原理及布局對(duì)尋跡的影響 路徑識(shí)別系統(tǒng)相當(dāng)于智能車的眼睛，是整 車 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。其中，第一章為引言，主要介紹了智能車研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀；第二章為紅外傳感器尋跡原理及布局對(duì)尋跡的影響，主要介紹了路徑檢測(cè)傳感 器的原理及布局對(duì)尋跡的影響。智能車的驅(qū)動(dòng)采用直流電機(jī) ,并采用 PWM 實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速 ,為了使智能車快速、平穩(wěn)地行駛 ,系統(tǒng)必須把路徑識(shí)別、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制以及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制準(zhǔn)確地結(jié)合在一起。小車運(yùn)行過程由方向檢測(cè)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分控制 ,采用與白色地面顏色有較大差別的黑色線條作引導(dǎo)。同時(shí)，以韓國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽為藍(lán)本，我國(guó)也組織了自己國(guó)內(nèi)的大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽，并受到了眾多高校和大學(xué)生的歡迎。 上海市“智能汽車車內(nèi)自主導(dǎo)航系統(tǒng)”的一種樣車， 2020年 7月 19日通過市科委鑒定，它標(biāo)志著上海智能交通系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)質(zhì) 性實(shí)施階段?；跀U(kuò)充轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò) (ATN) 的道路理解技術(shù)和基于混合模糊邏輯的控制方法 ,實(shí)現(xiàn)了車道線自動(dòng)跟蹤的平均車速為 100km/ h ,最高車速達(dá)到 150km/ h 。清華大學(xué)汽車研究所是國(guó)內(nèi)最早成立的主要從事智能汽車及智能交通的研究單位之一，在汽車導(dǎo)航、主動(dòng)避撞、車載微機(jī)等方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究。每年韓國(guó)大約有 100余支隊(duì)伍參賽，該項(xiàng)賽事得到了眾多高校和大學(xué)生的歡迎，也逐漸得到了企業(yè)的關(guān)注 [2]。 2020年日本將開 始實(shí)施一個(gè)示范計(jì)劃，到 2020年將在日本全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施 SmartWay計(jì)劃。本田公司、尼桑公司和豐田公司也在各自先進(jìn)安全性車輛計(jì)劃中發(fā)展行車安全子系統(tǒng)，它們包括：車道定位系統(tǒng)、前車距離控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、障礙物報(bào)警系統(tǒng)、駕駛員打盹報(bào)警系統(tǒng)和夜間行人報(bào)警系統(tǒng)等。在整個(gè)試驗(yàn)中，系 統(tǒng)行使了 1600公里，其中 95%的部分是自動(dòng)駕駛的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)能使交通事故減少 20%。 歐洲開發(fā)基金資助進(jìn)行駕駛員監(jiān)測(cè)、道路環(huán)境的感知 、視覺增強(qiáng)、前車距控制以及傳感器融合方面的研究。這些無人駕駛的汽車完全由電腦控制，利用衛(wèi)星導(dǎo)航、攝像、雷達(dá)和激光，人工智能系統(tǒng)可判斷出汽車的位置和方向，隨后將指令傳輸?shù)截?fù)責(zé)駕駛車輛的系統(tǒng)，絲毫不受人的干涉，用傳感器策劃和選擇它們的路線。 2020年 11月，美國(guó)第三屆智能汽車大賽在加利福尼亞州維克托爾舉行。此外，美國(guó)還將智能汽車的研究用于軍事上，美國(guó)國(guó)防部采用無人車去執(zhí)行危險(xiǎn)地帶的巡邏任務(wù)，目前正在進(jìn)行第三代軍用智能汽車的研究，稱為 Demo Ⅲ，能滿足有路和無 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁 路條件下的車輛自動(dòng)駕駛。 1995年 6月， NabLab5進(jìn)行了橫穿美國(guó)的 NHAA（ No Hands Across America）， 從賓州的匹茨堡到加州的圣地亞哥，行程 4587km，其中自主駕駛部分占 %。同時(shí)，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)和加州大學(xué)以及其他一些研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行全自動(dòng)車輛的研制和改進(jìn)工作。 美國(guó)是世界上對(duì)智能汽車最為關(guān)注的國(guó)家。而研究 智能汽車所必需的理論與技術(shù)支持大部分已經(jīng)基本具備。 目前 ,智能車領(lǐng)域的研究已經(jīng)能夠在具有一定標(biāo)記的道路上為司機(jī)提供輔助駕駛系統(tǒng)甚至實(shí)現(xiàn)無人駕駛 ,這些智能車的設(shè)計(jì)通常依靠特定道路標(biāo)記完成識(shí)別 ,通過推理判斷模仿人工駕駛進(jìn)行操作 [1]。 智能車即輪式移動(dòng)機(jī)器人 ,是一種集環(huán)境感知、決策規(guī)劃、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合智能系統(tǒng) ,智能車集中地運(yùn)用了自動(dòng) 控制、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的知識(shí) 。 1953年，世界上第一臺(tái)無人駕駛牽引車誕生，這是一部采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤路徑的自動(dòng)導(dǎo)向車。介紹了光電傳感器的尋跡原理 ,討論了光電傳感器排列方法、布局 等對(duì)尋跡結(jié)果的影響 及速度和轉(zhuǎn)向控制 的PID算法的研究 和參數(shù)整定 。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁 畢業(yè) 設(shè)計(jì) （論文） 基于紅外傳 感器的自動(dòng)尋跡智能 小車設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁 基于紅外傳感器的 自動(dòng)尋跡智能 小車設(shè)計(jì) 摘 要 介紹了一種自動(dòng)尋跡智能車的設(shè)計(jì) ,研究了采用紅外反射式光電傳感器作為路 徑采集模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡的軟硬件設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)采用 Freescale 16 位單片機(jī) MC9S12DG128 為核心控制器 ,利用 12個(gè)