第八屆飛思卡爾杯智能汽車競賽技術(shù)報告-工大電磁一隊

電磁 飛思卡爾

本文以第八屆全國大學(xué)生智能車競賽為背景，介紹了智能賽車設(shè)計、制作的技術(shù)信息。該比賽采用大賽組委會統(tǒng)一提供的1：10仿真車模，以Freescale 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位單片機(jī)MPC5604為核心控制器，采用Codewarrior IDE2.9 作為開發(fā)環(huán)境，自主構(gòu)思控制策略和算法結(jié)構(gòu)，硬件上采用bts7970用兩路PWM 波控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，傳感器采用普通工字電感構(gòu)成諧振回路，通過感應(yīng)賽道導(dǎo)線上方的磁場，控制規(guī)定車模在50cm寬的賽道上穩(wěn)定行駛。硬件上通過對汽車動力學(xué)理論的學(xué)習(xí)來優(yōu)化智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，軟件上通過對PID控制，來提高智能車的速度和魯棒性。

關(guān)鍵詞：智能車 單片機(jī) 電磁導(dǎo)航 PID 控制器

1.1 比賽背景智能車是一種高新技術(shù)密集型的新型汽車，它涵蓋的范圍廣泛包括模式識別、傳感器技術(shù)、自動化控制實現(xiàn)、電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等多個領(lǐng)域。在國際上已經(jīng)形成智能汽車研究、設(shè)計、開發(fā)、競賽的熱潮。在我國，教育部為了加強(qiáng)大學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)，委托教育部高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦了每年一度的全國大學(xué)生智能汽車競賽。全國大學(xué)生智能汽車競賽是在競賽組委會提供的統(tǒng)一汽車模型平臺上，使用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8 位、16 位微控制器作為核心控制模塊，通過設(shè)計道路識別傳感器和電機(jī)驅(qū)動電路、編寫相應(yīng)軟件及裝配模型車，制作一個能夠自主識別道路的模型汽車，按照規(guī)定路線（路線賽前未知）行進(jìn)，以完成時間最短者為優(yōu)勝。智能車競賽目前已經(jīng)發(fā)展有攝像頭與光電組和電磁組三個組別比賽，賽車速度與比賽質(zhì)量也越來越高，競爭更是日趨激烈。

1.2 總體方案介紹本智能控制系統(tǒng)可以由傳感器、信息處理、控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、速度反饋五個部分組成。其中，以單片機(jī)為核心，配有傳感器、測速電路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及它們的驅(qū)動電路構(gòu)成了控制系統(tǒng)的硬件；信息處理與控制算法由運(yùn)行在單片機(jī)中的控制軟件完成。在檢測方面，系統(tǒng)是以電感傳感器檢測賽道中間的通有 100mA，20KHz 電流的銅線作為識別路徑的手段的，其重點(diǎn)之一就是通過電感傳感器來提高獲取路徑信息的準(zhǔn)確度和速度，從而提高智能車的速度及可靠性。在控制方面，系統(tǒng)重點(diǎn)研究大賽指定型號舵機(jī)和電機(jī)的控制方案及算法。舵機(jī)的控制目標(biāo)：脈寬與轉(zhuǎn)角呈線性變化，能夠以較快的速度控制舵機(jī)，延遲控制在 10ms 內(nèi)，誤差控制盡可能的小。電機(jī)的控制目標(biāo)：能根據(jù)路況進(jìn)行快速地加速和減速，使電機(jī)盡可能快地接近目標(biāo)速度，能夠獲得很好的期望速度，以較快的速度跑完整個賽道。

此外，機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整是保證智能車系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行的前提。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)校是至關(guān)重要的，尤其是前輪的調(diào)校。機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整的原則是：減少質(zhì)量，降低重心，加固安裝，使車體的轉(zhuǎn)向慣量盡量最小。

第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)部份的設(shè)計及調(diào)整智能車的核心是控制策略和算法，但是，機(jī)械結(jié)構(gòu)也是限制賽車速度的巨大瓶頸，如果一輛賽車的程序架構(gòu)很好，但是機(jī)械部分做的不好的話，其速度也會被大大的限制。

2.1 整車布局（1）車模底盤降低，主板低放，以降低重心。（2）舵機(jī)豎直放置，方便控制。（3）用輕便堅固的碳纖桿作為前端傳感器的支撐材料。（4）電感安裝在最前方，碳纖桿的長度大概是 45cm，為了能夠提前檢測到，以至車體能夠及時反映。（5）電池后移，從而使智能車重心能夠盡量位于車體中間偏后，這樣才能保證智能車在高速行進(jìn)時的穩(wěn)定性，減少甩尾現(xiàn)象