基于飛思卡爾k60芯片控制下的智能汽車 皇甫

1、學(xué) 號_ 1109111015 畢 業(yè) 設(shè) 計 課程名稱 基于飛思卡爾k60芯片控制下的智能汽車學(xué)生姓名 皇甫 趁心 院 部 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 11自動化 指導(dǎo)教師 臧 大 進 2015年5月摘要智能汽車技術(shù)是一種在無人干預(yù)的情況下自動跟蹤預(yù)定軌跡，最終實現(xiàn)自動駕駛的高新技術(shù)。智能車輛系統(tǒng)的基本功能是，利用各類傳感器感知環(huán)境信息，做出控制決策，使得車輛按照期望路線行駛或到達期望目標(biāo)點。智能汽車的設(shè)計涉及計算機科學(xué)、傳感器檢測、多元信息融合、信息通訊、人工智能與模式識別以及自動控制等多個領(lǐng)域的交叉技術(shù)。從第五屆的電磁組開始到第九屆比賽，電磁小車已經(jīng)在智能車的賽道上奔馳了5年，從第六屆取消了

2、前瞻長度的限制，電磁車速度開始有了質(zhì)的飛躍，第七屆改成直立狀態(tài)行走后，雖然對速度有一定的影響，但也以其獨特魅力和新的技術(shù)挑戰(zhàn)讓參賽者向往不已，第八屆改回四輪行進方式并采用了A車模，小車的速度再次出現(xiàn)大幅提升，第九屆電磁組小車依然從采用四輪行進，不過組委會為電磁組添加了直角道，增加了電磁組的難度。本文中，我們小組通過對小車設(shè)計制作整體思路、電路、算法、調(diào)試、車輛四輪定位等的介紹，詳盡地闡述了我們的創(chuàng)意和思路，具體表現(xiàn)為軟件的升級改進，硬件電路的刪減改進以及車輛機械參數(shù)的調(diào)配，特別是對算法的改進，我們花了不少的心血，從之前的對算法的似懂非懂，到后來對程序的大打刪改，我們不知道出現(xiàn)過多少錯誤，也不知

3、道遇到多少挫折，最終寫出了一套屬于我們自己適合我們自己小車的程序算法。從參賽前的校內(nèi)選拔到比賽的結(jié)束，我們程方如意對遇到了很多的困難和挫折，從剛開始的浮夸到后來的急躁再到最終我們心愛的小車成功的跑起來，我們查閱了很多的相關(guān)資料，涉獵控制、模式識別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學(xué)科，通過這次比賽，我們對我們的專業(yè)知識有了更深的認(rèn)識，學(xué)到了我們從書上學(xué)習(xí)不到的知識，我們學(xué)會了團結(jié)，學(xué)會了注意細節(jié)，只有團結(jié)，抓住每一個細節(jié)，才能把事情做成功！在這次比賽中我們受到了許多人的幫助，其中最要感謝的是我們的指導(dǎo)老師臧大進老師，感謝您在整個比賽中對我們的指導(dǎo)和幫助，其次還有幫助我們的學(xué)長，以及

4、各位同仁、網(wǎng)友，沒有你們我們也走不到今天，再次也一一感謝！最后我要特別感謝我的兩位隊友，是他們把我?guī)狭孙w思卡爾智能汽車這條道路，并一路支持和幫助我一起解決各類問題，正是我們?nèi)齻€團結(jié)一致，精誠合作才有了我們最后的成功！謝謝你們。目錄目 錄摘要- 1 -第一章 方案設(shè)計- 4 -1.1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計- 4 -1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計圖- 7 -第二章 智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化- 8 -2.1智能車車體機械建模- 8 -2.2智能車前輪定位的調(diào)整- 9 -2.2.1前輪前束- 9 -2.2.2主銷后傾角- 11 -2.2.3主銷內(nèi)傾角- 11 -2.2.4車輪外傾角- 11 -2.3智能車轉(zhuǎn)向機

5、構(gòu)調(diào)整優(yōu)化- 12 -2.4智能車后輪減速齒輪機構(gòu)調(diào)整- 13 -2.5 編碼器的安裝- 14 -2.6 智能車重心位置的調(diào)整- 14 -2.7其它機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整- 14 -第三章 電路設(shè)計說明- 16 -3.1 主控板和驅(qū)動板的硬件設(shè)計- 16 -3.1.1 電源管理模塊- 16 -3.1.2 電機驅(qū)動模塊- 18 -3.1.3 數(shù)模信號轉(zhuǎn)換- 19 -3.1.4 單片機及其他電路部分設(shè)計- 19 -3.2 智能車傳感器模塊設(shè)計- 22 -3.2.1電感傳感器的原理- 22 -3.2.2磁傳感器信號處理電路- 22 -3.2.3傳感器的布局原理及改進- 25 -第四章 智能車控制軟件設(shè)計說明

6、- 28 -4.1底層初始化- 28 -4.2傳感器采集處理算法- 29 -4.3尋線行駛算法實現(xiàn)- 30 -4.3.1定位算法- 30 -4.3.2基于位置式PID的方向控制- 32 -4.3.3基于增量式PID的速度控制- 34 -4.3彎道策略分析- 34 -4.4彎道策略制定- 36 -第五章 開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程說明- 39 -5.1 開發(fā)工具- 39 -5.2 調(diào)試過程- 39 -5.2.1 上位機系統(tǒng)- 39 -5.2.2 控制算法的參數(shù)整定- 41 -5.3 整車機械方面的調(diào)整- 42 -第六章 模型車的主要技術(shù)參數(shù)說明- 43 -結(jié)論- 44 -參考文獻- 45 -

7、 43 -第一章 方案設(shè)計第一章 方案設(shè)計本章主要簡要地介紹智能車系統(tǒng)總體設(shè)計思路，在后面的章節(jié)中將整個系統(tǒng)分為機械結(jié)構(gòu)、控制模塊、控制算法等三部分對智能車控制系統(tǒng)進行深入的介紹分析。1.1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計根據(jù)第九屆飛思卡爾組委會公布的競賽規(guī)則及相關(guān)規(guī)定，智能車系統(tǒng)采用大賽組委會統(tǒng)一提供的C型車模，控制器我們則選擇了組委會允許下的32位微控制器k60作為核心控制器，在IAR開發(fā)環(huán)境中進行軟件開發(fā)。賽車的位置信號由車體前方固定在前瞻上的六路電磁傳感器采集，經(jīng)內(nèi)部AD進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，加以處理后輸入到控制核心，作為處理智能車運動控制的核心信息。通過歐普龍（500線）編碼器（兩個）測速模塊來檢測車速

8、，并采用K60 的輸入捕捉功能進行脈沖計數(shù)計算速度及差速控制；電機轉(zhuǎn)速控制采用 PID 控制，通過 PWM 控制驅(qū)動電路調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，完成智能車速度的閉環(huán)控制。圖1.1.1 電磁車整體布局我們使用紅樹偉業(yè)的 BLK-MD-BC04-B藍牙模塊與上位機通訊，發(fā)送小車運行的各項參數(shù)，從而對小車進行調(diào)試。圖1.1.2藍牙模塊產(chǎn)品特征：1、電源電壓3.3V，未配對時電流約2-10mA，配對后約20mA，絕對禁止接反電源！2、接口電平3.3V，可以直接連接各種單片機（51，AVR，PIC，ARM，MSP430等），5V單片機也可直接連接，無需MAX232也不能經(jīng)過MAX232！3、led引腳指示藍牙連

9、接狀態(tài)，輸出脈沖表示沒有藍牙連接，輸出高表示藍牙已連接并打開了端口狀態(tài)指示LED：PIO（1）用于指示藍牙模塊所處狀態(tài)，LED燈閃爍方式與藍牙模塊狀態(tài)對應(yīng)見下表： 4、模塊與電腦接，接MAX3232芯片后接到電腦的串口  5、空曠地有效距離15米左右，但不對此距離的連接質(zhì)量做保證  6、配對以后當(dāng)全雙工串口使用，無需了解任何藍牙協(xié)議，但僅支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗的通信格式，這也是最常用的通信格式，不支持其他格式。  7、在未建立藍牙連接時支持通過AT指令設(shè)置波特率、名稱、配對密碼，設(shè)置的參數(shù)掉電保存。藍牙連接以

10、后自動切換到透傳模式  8、體積小巧（2.7cm*1.3cm），工廠貼片生產(chǎn)，保證貼片質(zhì)量。  9、該鏈接為從機，從機能與各種帶藍牙功能的電腦、藍牙主機、大部分帶藍牙的手機、PDA、PSP等智能終端配對，從機之間不能配對主從模式設(shè)置：硬件設(shè)置：主模式：1、將PI0(4)軟/硬件主從設(shè)置口：置低(或懸空)為硬件設(shè)置主從模式        2、將PIO(5)硬件主從設(shè)置口：置3.3V高電平從模式：1、將PI0(4)軟/硬件主從設(shè)置口：置低(或懸空)為硬件設(shè)置主從模式        2、將P

11、IO(5)硬件主從設(shè)置口：置地(或懸空)軟件設(shè)置：主模式：1、將PI0(4)軟/硬件主從設(shè)置口：置3.3V高電平        2、打開超級終端或其他串口調(diào)試工具設(shè)置波特率9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗位，無流控制。        3、串口發(fā)送字符“AT+ ROLE1 rn”，成功返回“+ROLE=1rn OKrn”，其中rn為回車換行 從模式：1、將PI0(4)軟/硬件主從設(shè)置口：置3.3V高電平        2、打開超級終端或其他串口調(diào)試工具設(shè)置波特

12、率9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗位，無流控制。        3、串口發(fā)送字符“AT+ ROLE0 rn”，成功返回“+ROLE=0rn OKrn”，其中rn為回車換行為簡便實用，我們采用了硬件設(shè)置方案。1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計圖K60微控制器歐普龍編碼器直流電機電機驅(qū)動模塊舵機轉(zhuǎn)向控制藍牙莫款六路電感傳感器上位機干簧管鍵盤，撥檔開關(guān)運放模塊圖1.2系統(tǒng)總體方框圖根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計，賽車共包括七大模塊：四輪定位、K60主控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、速度檢測模塊、藍牙調(diào)試模塊。各模塊的作用如下：四輪定位，從機械方面提高智能車的性能

13、指標(biāo)不容忽視。K60主控模塊，作為整個智能車的“大腦”，將采集10mh電感傳感器放大信號、歐普龍編碼器脈沖信號等，根據(jù)所編寫控制算法做出控制決策，驅(qū)動直流電機和伺服電機運行從而完成對智能車的控制。電感傳感器模塊，是智能車的“眼睛”，可以通過一定的前瞻性，提前感知前方的賽道信息，為智能車的“大腦”做出決策提供必要的依據(jù)和充足的反應(yīng)時間。電源模塊，為整個電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源。電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動直流電機和伺服電機完成智能車的加減速控制和轉(zhuǎn)向控制。速度檢測模塊，檢測反饋智能車后輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制。藍牙調(diào)試模塊主要用于智能車系統(tǒng)的功能調(diào)試、賽車狀態(tài)監(jiān)控等方面。 第二章 智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化

14、第二章 智能車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能車系統(tǒng)任何的控制都是在一定的機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此在設(shè)計整個軟件架構(gòu)和算法之前一定要對整個車模的機械結(jié)構(gòu)有一個感性的認(rèn)識，然后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。從而再針對具體的設(shè)計方案來調(diào)整賽車的機械結(jié)構(gòu)，并在實際的調(diào)試過程中不斷的改進和提高。本章將主要介紹智能車車模的機械結(jié)構(gòu)和調(diào)整方案。 2.1智能車車體機械建模此次比賽選用的賽車車模采用A型車模。賽車機械結(jié)構(gòu)只使用競賽提供車模的底盤部分及轉(zhuǎn)向和驅(qū)動部分。控制采用前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動方案。我們對機械結(jié)構(gòu)的要求是：簡單而高效。我們在不斷的嘗試后確定了以下的設(shè)計方案：圖2.1 智能車器件布局圖2.2智能車前輪定位的調(diào)整現(xiàn)代

15、汽車在正常行駛過程中，為了使汽車直線行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動回正，減少輪胎和轉(zhuǎn)向系零件的磨損等，在轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸之間須形成一定的相對安裝位置，叫車輪定位，其主要的參數(shù)有：主銷后傾、主銷內(nèi)傾、車輪外傾和前束。智能車競賽模型車的四項參數(shù)都可以調(diào)整，但是由于模型車加工和制造精度的問題，在通用的規(guī)律中還存在著一些偶然性。2.2.1前輪前束為什么要有前束？1.首先，為了使司機握的方向盤能夠自動保持在中央，不亂轉(zhuǎn)，減輕司機的疲勞，就要使主軸后傾。這就如同自行車的前叉子后傾一樣，可以使雙手輕松。2.但是，主軸后傾之后，前輪會有高速的小擺動，使車身不穩(wěn)。為了克服前輪的小擺動，就要失主銷外傾，速度

16、越慢，道路越不平，則需要主銷外傾的角度越大，如四輪拖拉機。由于兩個前輪外傾的方向相反，互相抵消了前輪的小擺動，車身更加平穩(wěn)了。3.但是，隨之而來的是：由于主銷外傾，前輪也是外傾的，這樣前輪就有一個向外拐的趨勢，也就是左側(cè)的前輪向左拐，右側(cè)的前輪向右拐，前輪又被安裝在車上，拐不了，因此造成輪胎的嚴(yán)重磨損。前束就是為了解決這個磨損問題的，將兩側(cè)的輪子向內(nèi)側(cè)撇一個角度，正好抵消主銷外傾造成的輪胎跑偏，使輪胎可以沿直線前進，這樣就沒有干磨的現(xiàn)象了，從而達到了降低輪胎磨損的目的。 這就是前束的來歷，它最初是從減輕司機的勞動強度入手的，一環(huán)一環(huán)演變而來的。主軸后傾-主銷外傾-前束，一環(huán)扣一環(huán)。 當(dāng)車輛使用

17、很長時間后，用戶發(fā)現(xiàn)方向轉(zhuǎn)向沉重、發(fā)抖、跑偏、不正、不歸位或者輪胎單邊磨損，波狀磨損，塊狀磨損，偏磨等不正常磨損，以及用戶駕駛時，車感漂浮、顛簸、搖擺等現(xiàn)象出現(xiàn)時，就應(yīng)該考慮檢查一下車輪定位值，看看是否偏差太多，及時進行修理。 前輪定位包括主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束四個內(nèi)容。后輪定位包括車輪外傾角和逐個后輪前束。這樣前輪定位和后輪定位總起來說叫車輪定位，也就是常說的四輪定位。車輪定位的作用是使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛和轉(zhuǎn)向輕便，并減少汽車在行駛中輪胎和轉(zhuǎn)向機件的磨損。 主銷后傾角： 從側(cè)面看車輪，轉(zhuǎn)向主銷(車輪轉(zhuǎn)向時的旋轉(zhuǎn)中心)向后傾倒，稱為主銷后傾角。設(shè)置主銷后傾角后，主銷中

18、心線的接地點與車輪中心的地面投影點之間產(chǎn)生距離(稱作主銷縱傾移距，與自行車的前輪叉梁向后傾斜的原理相同)，使車輪的接地點位于轉(zhuǎn)向主銷延長線的后端，車輪就靠行駛中的滾動阻力被向后拉，使車輪的方向自然朝向行駛方向。設(shè)定很大的主銷后傾角可提高直線行駛性能，同時主銷縱傾移距也增大。主銷縱傾移距過大，會使轉(zhuǎn)向盤沉重，而且由于路面干擾而加劇車輪的前后顛簸。 主銷內(nèi)傾角： 從車前后方向看輪胎時，主銷軸向車身內(nèi)側(cè)傾斜，該角度稱為主銷內(nèi)傾角。當(dāng)車輪以主銷為中心回轉(zhuǎn)時，車輪的最低點將陷入路面以下，但實際上車輪下邊緣不可能陷入路面以下，而是將轉(zhuǎn)向車輪連同整個汽車前部向上抬起一個相應(yīng)的高度，這樣汽車本身的重力有使轉(zhuǎn)向

19、車輪回復(fù)到原來中間位置的效應(yīng)，因而方向盤復(fù)位容易。 此外，主銷內(nèi)傾角還使得主銷軸線與路面交點到車輪中心平面與地面交線的距離減小，從而減小轉(zhuǎn)向時駕駛員加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時也可減少從轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。但主銷內(nèi)傾角也不宜過大，否則加速了輪胎的磨損。 前輪外傾： 從前后方向看車輪時，輪胎并非垂直安裝，而是稍微傾倒呈現(xiàn)“八”字形張開，稱為負外傾，而朝反方向張開時稱正外傾。使用斜線輪胎的鼎盛時期，由于使輪胎傾斜觸地便于方向盤的操作，所以外傾角設(shè)得比較大?，F(xiàn)在汽車一般將外傾角設(shè)定得很小，接近垂直。汽車裝用扁平子午線輪胎不斷普及，由于子午線輪胎的特性(輪胎花紋剛性大，外胎面寬)，若

20、設(shè)定大外傾角會使輪胎磨偏，降低輪胎摩擦力。還由于助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的不斷使用，也使外傾角不斷縮小。盡管如此，設(shè)定少許的外傾角可對車軸上的車輪軸承施加適當(dāng)?shù)臋M推力。 前輪前束： 腳尖向內(nèi)，所謂“內(nèi)八字腳”的意思，指的是左右前輪分別向內(nèi)。采用這種結(jié)構(gòu)目的是修正上述前輪外傾角引起的車輪向外側(cè)轉(zhuǎn)動。如前所述，由于有外傾，方向盤操作變得容易。另一方面，由于車輪傾斜，左右前輪分別向外側(cè)轉(zhuǎn)動，為了修正這個問題，如果左右兩輪帶有向內(nèi)的角度，則正負為零，左右兩輪可保持直線行進，減少輪胎磨損。 所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪

21、胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當(dāng)，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象會減少。像內(nèi)八字那樣前端小后端大的稱為“前束”，反之則稱為“后束”或“負前束”。在模型車中，前輪前束是通過調(diào)整伺服電機帶動的左右橫拉桿實現(xiàn)的。主銷在垂直方向的位置確定后，改變左右橫拉桿的長度即可以改變前輪前束的大小。在實際的調(diào)整過程中，我們發(fā)現(xiàn)較小的前束，約束02mm可以減小轉(zhuǎn)向阻力，使模型車轉(zhuǎn)向更為輕便，但實際效果不是十分明顯。雖然模型車的主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角和前束等均可以調(diào)整，但是由于車模加工和制造精度的問題，在通用的規(guī)律中還存在著不少的偶然性，一切是實際調(diào)整的

22、效果為準(zhǔn)。2.2.2主銷后傾角主銷后傾角是指在縱向平面內(nèi)主銷軸線與地面垂直線之間的夾角。它在車輛轉(zhuǎn)彎時會產(chǎn)生與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反的回正力矩，使車輪自動恢復(fù)到原來的中間位置上。所以，主銷后傾角越大，車速越高，前輪自動回正的能力就越強，但是過大的回正力矩會使車輛轉(zhuǎn)向沉重。通常主銷后傾角值設(shè)定在1°到3°。模型車通過增減黃色墊片的數(shù)量來改變主銷后傾角的，由于競賽所用的轉(zhuǎn)向舵機力矩不大，過大的主銷后傾角會使轉(zhuǎn)向變得沉重，轉(zhuǎn)彎反應(yīng)遲滯，所以設(shè)置為0°，以便增加其轉(zhuǎn)向的靈活性。2.2.3主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角是指在橫向平面內(nèi)主銷軸線與地面垂直線之間的夾角，它的作用也是使前輪自動回

23、正。角度越大前輪自動回正的作用就越強，但轉(zhuǎn)向時也就越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱。通常汽車的主銷內(nèi)傾角不大于8°。 對于模型車，通過調(diào)整前橋的螺桿的長度可以改變主銷內(nèi)傾角的大小，由于過大的內(nèi)傾角也會增大轉(zhuǎn)向阻力，增加輪胎磨損，所以在調(diào)整時可以近似調(diào)整為0°3°左右，不宜太大。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉(zhuǎn)向自動回正，保持直線行駛的功能。不同之處是主銷內(nèi)傾的回正與車速無關(guān)，主銷后傾的回正與車速有關(guān)，因此高速時主銷后傾的回正作用大，低速時主銷內(nèi)傾的回正作用大。 2.2.4車輪外傾角前輪外傾角是指通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與

24、地面垂線之間的夾角，對汽車的轉(zhuǎn)向性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。在汽車的橫向平面內(nèi)，輪胎呈“八”字型時稱為“負外傾”，而呈現(xiàn)“V”字形張開時稱為正外傾。如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側(cè)，導(dǎo)致車輪聯(lián)接件損壞。所以事先將車輪校偏一個正外傾角度，一般這個角度約在1°左右，以減少承載軸承負荷，增加零件使用壽命，提高汽車的安全性能。 模型車提供了專門的外傾角調(diào)整配件，近似調(diào)節(jié)其外傾角。由于競賽中模型主要用于競速，所以要求盡量減輕重量，其底盤和前橋上承受的載荷不大，所以外傾角調(diào)整為0°即可，并且要與前輪前束匹配。2.3智能

25、車轉(zhuǎn)向機構(gòu)調(diào)整優(yōu)化理想的轉(zhuǎn)向模型，是指在輪胎不打滑時，忽略左右兩側(cè)輪胎由于受力不均產(chǎn)生的變形，忽略輪胎受重力影響下的變形時車輛的的轉(zhuǎn)向建模。在這種理想的模型下，車體的轉(zhuǎn)向半徑可以計算得到。圖2.2 智能車轉(zhuǎn)向示意圖如圖2.2，假設(shè)智能車系統(tǒng)為理想的轉(zhuǎn)向模型，且其重心位于其幾何中心。車輪滿足轉(zhuǎn)向原理，左右輪的軸線與后輪軸線這三條直線必然交于一點。轉(zhuǎn)向機構(gòu)在車輛運行過程中有著非常重要的作用。合適的前橋和轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以保證在車輛直線行駛過程中不會跑偏，能保證車輛行駛的方向穩(wěn)定性；而在車輛轉(zhuǎn)向時，合適的轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以使車輛自行回到直線行駛狀態(tài)，具有好的回正性。正是由于這些原因，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計成為智能車設(shè)

26、計中機械結(jié)構(gòu)部分的重點，直接關(guān)系到賽車能否順利地完成比賽。在實際操作中，我們通過理論計算的方案進行優(yōu)化，然后做出實際結(jié)構(gòu)以驗證理論數(shù)據(jù)，并在實際調(diào)試過程中不斷改進。在模型車制做過程中，賽車的轉(zhuǎn)向是通過舵機帶動左右橫拉桿來實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向舵機的轉(zhuǎn)動速度和功率是一定，要想加快轉(zhuǎn)向機構(gòu)響應(yīng)的速度，唯一的辦法就是優(yōu)化舵機的安裝位置和其力矩延長桿的長度。由于功率是速度與力矩乘積的函數(shù)，過分追求速度，必然要損失力矩，力矩太小也會造成轉(zhuǎn)向遲鈍，因此設(shè)計時就要綜合考慮轉(zhuǎn)向機構(gòu)響應(yīng)速度與舵機力矩之間的關(guān)系，通過優(yōu)化得到一個最佳的轉(zhuǎn)向效果。經(jīng)過最后的實際的參數(shù)設(shè)計計算，最后得出一套可以穩(wěn)定、高效工作的參數(shù)及機構(gòu)。如圖

27、2.3，我們最終設(shè)計的這套轉(zhuǎn)向拉桿，我們綜合考慮了速度與扭矩間的關(guān)系，并根據(jù)模型車底盤的具體結(jié)構(gòu)，簡化了安裝方式，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。圖2.3 轉(zhuǎn)向拉桿圖2.4智能車后輪減速齒輪機構(gòu)調(diào)整模型車后輪采用RS-380SH 雙電機驅(qū)動，電機軸與后輪軸之間的傳動比為 18：76（電機軸齒輪齒數(shù)為18，后軸傳動齒數(shù)為76）。齒輪傳動機構(gòu)對車模的驅(qū)動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當(dāng)，會大大增加電機驅(qū)動后輪的負載，會嚴(yán)重影響最終成績。調(diào)整的原則是：兩傳動齒輪軸盡量保持平行, 齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，造成不必要的麻煩，過緊又會增加傳動阻力，影響速度及增大功耗；傳動部分要輕松、順暢，

28、不能有遲滯或周期性振動的現(xiàn)象。判斷齒輪傳動是否良好的依據(jù)是，聽一下電機帶動后輪空轉(zhuǎn)時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載變大。調(diào)整好的齒輪傳動噪音很小，并且不會有明顯碰撞類的雜音，后輪減速齒輪機構(gòu)就基本上調(diào)整好了，動力傳遞十分流暢。2.5 編碼器的安裝為了提高精度，本車使用了日本歐普龍公司生產(chǎn)的歐普龍500線編碼器。使用紅樹偉業(yè)公司生產(chǎn)的編碼器支架很好的固定了兩個編碼器。 圖2.4 編碼器安裝2.6 智能車重心位置的調(diào)整為了達到較遠前瞻，必須把電感架到較遠的位置，會引起車重心特別靠前，后輪正

29、壓力不足導(dǎo)致甩尾。為了使重心后移，我們嘗試了很多傳感器支架的搭建方式，使得保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下盡量減輕重量。同時，我們把舵機和電池均往后移，達到了預(yù)期的效果。2.7其它機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整另外，在模型車的機械結(jié)構(gòu)方面還有很多可以改進的地方，比如說車輪、懸架、底盤、車身高度等。模型車在高速的條件下（2.3m/s3.5m/s），由于快速變化的加減速過程，使得模型車的輪胎與輪輞之間很容易發(fā)生相對位移，可能導(dǎo)致在加速時會損失部分驅(qū)動力。在實驗中調(diào)試表明，賽車在高速下每跑完一圈，輪胎與輪輞之間通常會產(chǎn)生幾個厘米的相對位移，嚴(yán)重影響了賽車的加速過程。為了解決這個問題，我們在實際調(diào)試過程中對車輪進行了粘胎處理，可

30、以有效地防止由于輪胎與輪輞錯位而引起的驅(qū)動力損失的情況。此外，我們還對車身高度，以及底盤的形狀和質(zhì)量等，都進行了相應(yīng)的改進和調(diào)整，均取得了不錯效果。第三章 電路設(shè)計說明第三章 電路設(shè)計說明3.1 主控板和驅(qū)動板的硬件設(shè)計3.1.1 電源管理模塊為滿足需要，本車模上存在4種供電電壓：1）智能車使用鎳鎘充電電池，充滿時電壓在7.28.2V。直接用于電機供電。2）歐普龍編碼器及藍牙（也可3.3V）使用5V供電，5V電源選用型穩(wěn)壓芯片LM2940CT-5.0直插封裝芯片，。3）使用3.3V為單片機以及運算放大器供電，采用線性穩(wěn)壓芯片AMS1117-3.3芯片，輸入端接5V的LM2940CT-5.0芯片

31、輸出端。4）電機驅(qū)動模塊使用直流12V，使用一款5-12V 升壓電源模塊。5）舵機驅(qū)動我們則創(chuàng)造性的采用了二極管直接降壓的手段，效果很好。該部分電路如圖3.1所示。圖3.1 .1電源管理模塊原理圖3.1.2第一次電路板3.1.3第二次電路板3.1.4成型焊接電路板（參賽）3.1.2 電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動電路為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由四支 N 溝道功率 MOSFET 管組成，額定工作電流可以輕易達到 100A 以上，大大提高了電動機的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。該驅(qū)動器主要由以下部分組成： PWM信號輸入接口、邏輯換向電路、死區(qū)控制電路、電源電路、上橋臂功率 MOSF

32、ET 管柵極驅(qū)動電壓泵升電路、功率 MOSFET 管柵極驅(qū)動電路、橋式功率驅(qū)動電路、緩沖保護電路等。 該部分原理圖如圖3.2所示。圖3.2 電機驅(qū)動模塊原理圖3.1.3 數(shù)模信號轉(zhuǎn)換K60的內(nèi)部有各種精度的AD接口，而且使用方便，所以我們則直接使用k60內(nèi)部AD，從而也簡化了部分電路。我們使用了六路傳感器，從而引出三個LMV358雙運放六個AD接口。其接線方法如圖3.3所示。圖3.3接線圖3.1.4 單片機及其他電路部分設(shè)計核心控制單元：K60（主頻128MHz，F(xiàn)lashRom512KB，具備SPI，SCI，IIC等常用接口），根據(jù)需要引出適量的管腳。如圖3.4所示。圖3.4 單片機測速：在

33、電機側(cè)方通過編碼器支架固定歐普龍編碼器，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時帶動編碼器轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生矩形波，再由單片機輸入捕捉周期記錄脈沖數(shù)據(jù)此獲取速度信息。用歐普龍編碼器（500線）測速要比光電編碼盤精度高很多。測速模塊供給主板的信號要經(jīng)過整波，使用上拉電阻提高其峰值電壓，再使用三態(tài)門將波形整為矩形波（具體使用相見歐普龍編碼器使用說明）。測試模塊實物如圖3.5所示。圖3.5.2碼盤圖3.5.2 測速模塊人機交互：撥檔開關(guān)用于輸入?yún)?shù)，設(shè)定車速，策略調(diào)整，用藍牙模塊小車狀態(tài)便于調(diào)試。該部分整體電路如圖3.6所示。圖3.6 撥碼開關(guān)3.2 智能車傳感器模塊設(shè)計根據(jù)飛思卡爾組委會的出臺的相關(guān)規(guī)定，我們查閱相關(guān)資料看，向前

34、輩請教，最終選擇了10mH的工字電感作為我們道路識別的電磁傳感器，這種電感得到感應(yīng)電動勢曲線是較為規(guī)整的正弦波，頻率和賽道電源頻率一致，為20kHz，幅值較其他型號的大，且隨導(dǎo)線距離變化，規(guī)律為近大遠小。3.2.1電感傳感器的原理根據(jù)電磁學(xué)里的相關(guān)原理，我們知道在導(dǎo)線中通入變化的電流（如按正弦規(guī)律變化的電流），則導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生變化的磁場，且磁場與電流的變化規(guī)律具有一致性。如果在此磁場中置一由線圈組成的電感，則該電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且該感應(yīng)電動勢的大小和通過線圈回路的磁通量的變化率成正比。由于在導(dǎo)線周圍不同位置，磁感應(yīng)強度的大小和方向不同，所以不同位置上的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也應(yīng)該是不同。據(jù)

35、此，則可以確定電感的大致位置。3.2.2磁傳感器信號處理電路確定使用電感作為檢測導(dǎo)線的傳感器，但是其感應(yīng)信號較微弱，且混有雜波，所以要進行信號處理。要進行以下三個步驟才能得到較為理想的信號：信號的濾波，信號的放大，信號的檢波。1）信號的濾波比賽選擇20kHz的交變磁場作為路徑導(dǎo)航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場的干擾，因此信號放大需要進行選頻放大，使得20kHz 的信號能夠有效的放大，并且去除其它干擾信號的影響。使用 LC并聯(lián)諧振電路來實現(xiàn)選頻電路（帶通電路），如圖2.9所示。圖3.7 LC并聯(lián)電路其中，E是感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動勢，L是感應(yīng)線圈的電感值，R0是電感的內(nèi)阻，C 是并聯(lián)諧振

36、電容。電路諧振頻率為： （2.1）已知感應(yīng)電動勢的頻率=20kHz，感應(yīng)線圈電感為L=10mH，可以計算出諧振電容的容量為C=6.33×10-9 F 。通常在市場上可以購買到的標(biāo)稱電容與上述容值最為接近的電容為 6.8nF，所以在實際電路中選用 6.8nF的電容作為諧振電容。2）信號的放大由第一步處理后的電壓波形已經(jīng)是較為規(guī)整的20kHz正弦波，但是幅值較小，隨著距離衰減很快，不利于電壓采樣，所以要進行放大，官方給出的如下參考方案即用三極管進行放大，但是用三極管放大有一個不可避免的缺點就是溫漂較大，而且在實際應(yīng)用中靜電現(xiàn)象嚴(yán)重。圖3.8 共射三極管放大電路因此我們放棄三極管放大的方案

37、，而是采用集成運放進行信號的放大處理，集成運放較三極管優(yōu)勢是準(zhǔn)確受溫度影響很小，可靠性高。集成運放放大電路有同相比例運算電路和反相比例運算電路，我們在實際中使用反相比例運算電路。由于運放使用單電源供電，因此在同相端加vcc/2的基準(zhǔn)電位，基準(zhǔn)電位由電阻分壓得到。3）信號的檢波測量放大后的感應(yīng)電動勢的幅值E可以有多種方法。 最簡單的方法就是使用二極管檢波電路將交變的電壓信號檢波形成直流信號，然后再通過單片機的AD采集獲得正比于感應(yīng)電壓幅值的數(shù)值。我們采用的為競賽組委會給出的第一種方案即使用兩個二極管進行倍壓檢波。倍壓檢波電路可以獲得正比于交流電壓信號峰峰值的直流信號。為了能夠獲得更大的動態(tài)范圍，

38、 倍壓檢波電路中的二極管推薦使用肖特基二極管或者鍺二極管。由于這類二極管的開啟電壓一般在0.10.3V左右，小于普通的硅二極管（0.7V），可以增加輸出信號的動態(tài)范圍和增加整體電路的靈敏度。這里選用常見的的肖特基二極管1N5817。最終方案確定如下圖3.10最終方案3.2.3傳感器的布局原理及改進對于直導(dǎo)線，當(dāng)裝有小車的中軸線對稱的兩個線圈的小車沿其直線行駛，即兩個線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對稱時，則兩個線圈中感應(yīng)出來的電動勢大小應(yīng)相同、且方向亦相同。若小車偏離直導(dǎo)線，即兩個線圈關(guān)于導(dǎo)線不對稱時，則通過兩個線圈的磁通量是不一樣的。這時，距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動勢應(yīng)大于距離導(dǎo)線較遠的那個線圈中的

39、。根據(jù)這兩個不對稱的信號的差值，即可調(diào)整小車的方向，引導(dǎo)其沿直線行駛。 對于弧形導(dǎo)線，即路徑的轉(zhuǎn)彎處，由于弧線兩側(cè)的磁力線密度不同，則當(dāng)載有線圈的小車行駛至此處時，兩邊的線圈感應(yīng)出的電動勢是不同的。具體的就是，弧線內(nèi)側(cè)線圈的感應(yīng)電動勢大于弧線外側(cè)線圈的，據(jù)此信號可以引導(dǎo)小車拐彎。 另外，當(dāng)小車駛離導(dǎo)線偏遠致使兩個線圈處于導(dǎo)線的一側(cè)時，兩個線圈中感應(yīng)電動勢也是不平衡的。距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動勢大于距離導(dǎo)線較遠的線圈。由此，可以引導(dǎo)小車重新回到導(dǎo)線上。 由于磁感線的閉合性和方向性，通過兩線圈的磁通量的變化方向具有一致性，即產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，所以由以上分析，比較兩個線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)

40、電動勢大小即可判斷小車相對于導(dǎo)線的位置，進而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。采用雙水平線圈檢測方案，在邊緣情況下，其單調(diào)性發(fā)生變化，這樣存在一個定位不清的區(qū)域（如圖3.11箭頭所指）。同一個差值，會對應(yīng)多個位置，不利于定位。另外，受單個線圈感應(yīng)電動勢的最大距離限制，兩個線圈的檢測廣度很有限。圖3.11 雙線圈差值法有定位不清區(qū)域現(xiàn)提出一種優(yōu)化方案：5個垂直放置的電感按“一”字排布，每個電感相距約為5cm（見圖3.12），這樣覆蓋賽道范圍約為25cm。三個“一”字排布的電感可以大大提高檢測密度和廣度，向前有兩個電感，最可以提高前瞻，改善小車入彎狀態(tài)和路徑，兩個45°的電感，可以改善入彎

41、和出彎的姿態(tài)。圖3.12工字電感布局第四章 智能車控制軟件設(shè)計說明第四章 智能車控制軟件設(shè)計說明控制程序是比賽過程中的重點，一輛小車的能否跑起來主要看硬件是否穩(wěn)定，一輛小車的跑的快慢，成績好壞則很大程度上決定于控制算法?？刂瞥绦蚴侨说乃枷朐谲嚹ｓw現(xiàn)，程序要體系化，模塊化，穩(wěn)定化，目標(biāo)是將硬件電路和機械性能發(fā)揮到最大，讓車模用最快的速度完成比賽。4.1底層初始化編寫初始化函數(shù)void All_Init(void)void All_Init(void) uart_init (UART0,9600); pit_init_ms(PIT0,1); pit_init_ms(PIT1,9); adc_ini

42、t(ADC1,SE4a);/電感1輸入，硬件接口E0 adc_init(ADC1,SE5a);/電感2輸入，硬件接口E1 adc_init(ADC1,SE6a);/電感3輸入，硬件接口E2 adc_init(ADC1,SE7a);/電感4輸入，硬件接口E3 adc_init(ADC0,SE17);/電感1輸入，硬件接口PTE24 adc_init(ADC0,SE18);/電感2輸入，硬件接口PTE25 gpio_init (PORTD, 8, GPI,1); gpio_init (PORTD, 9, GPI,1); gpio_init (PORTD, 10, GPI,1); /exti_ini

43、t(PORTB, 3, falling_up); gpio_init (PORTD, 11, GPI,0); gpio_init (PORTD, 12, GPI,0); gpio_init (PORTD, 13, GPI,0); gpio_init (PORTD, 14, GPI,0); gpio_init (PORTD, 15, GPI,0); exti_init(PORTB,3,falling_up); FTM_PWM_init(FTM0,CH4,50, 0);/舵機控制PWM波輸出，硬件接口C2 FTM_PWM_init(FTM1,CH0,15000, 0); /電機PWM波控制輸出，硬

44、件接口C3 FTM_PWM_init(FTM1,CH1,15000, 0);/FTM_PRECISON為10000u FTM_PWM_init(FTM2,CH0,15000, 0); /電機PWM波控制輸出，硬件接口A1 FTM_PWM_init(FTM2,CH1,15000, 0); DMA_count_Init(DMA_CH0, PTA19, 65535, DMA_rising); /DMA_count_Init(DMA_CH1, PTC5, 65535, DMA_rising); /lptmr_counter_init(LPT0_ALT1,65535,2, LPT_Rising);/LP

45、T 測速硬件接口c5 PTA19 4.2傳感器采集處理算法編寫采集濾波函數(shù)void Get_Average(void) ，其功能是AD口多次采集某個通道（對應(yīng)某個電感）的電壓值，然后求其平均值，從而達到濾波的作用，然后說返回給函數(shù)。多次采集求平均值的原因是由于系統(tǒng)中存在噪聲或干擾，進行算法濾波抑制和防止干擾是必要的措施。在這里選擇“加權(quán)遞推平均濾波法”。定義一個循環(huán)隊列，把連續(xù)取N個采樣值入隊，假設(shè)隊列的長度為N，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，隊滿后對首數(shù)據(jù)出隊原隊首位置成為隊尾并入隊（即始終保持隊列中的N個數(shù)據(jù)為最新）。越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均運算，就可

46、獲得新的濾波結(jié)果。特點是給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越差。優(yōu)點是適合采樣周期較短的系統(tǒng)，改變權(quán)重即可調(diào)整靈敏度。該濾波器采集某一通道數(shù)據(jù)N次，然后進行濾波計算，流程圖如圖4.1所示：新采集6個通道數(shù)據(jù)各一次更新隊列，數(shù)據(jù)入隊繼續(xù)采集將形成的隊列進行加權(quán)計算平均值，越早的數(shù)據(jù)權(quán)重越小，越新的數(shù)據(jù)權(quán)重越大得出新的平均值圖4.1 加權(quán)遞推平均濾波流程圖4.3尋線行駛算法實現(xiàn)4.3.1定位算法圖3.12所示傳感器的尋線原理：某一時刻，采五個“一”字排布的電感的感應(yīng)電動勢，找出一個感應(yīng)電動勢最大的電感（計為M），導(dǎo)線必然會離這個電感最近。然后讀出該電感相鄰左右兩個電感的值（分別計

47、為L和R）。會有以下三種情況：當(dāng)L值大于R值，說明導(dǎo)線在L和M之間；當(dāng)L值小于R值，說明導(dǎo)線在R和M之間；當(dāng)L值約等于R值，說明導(dǎo)線在M正上。對于特殊情況，如M在最左或最后，缺相鄰的L或R，可直接將導(dǎo)線位置定位于M，且由M值大小得出遠離程度。該情況說明傳感器偏離賽道很嚴(yán)重。以上這種通過找感應(yīng)電動勢最大的電感M和相鄰電感L和R在確定電感和導(dǎo)線的相對位置的方法，是一種初步的定位方法。這里再次深化討論，先設(shè)立一個閾值T，分兩種情況：當(dāng)|L值R值|T，即L值約等于R值，說明導(dǎo)線在M正上，得出確切位置；當(dāng)|L值R值|T，說明導(dǎo)線在M和L或者M和R之間。圖4.3 標(biāo)定算法計算的偏移擬合曲線 此定位算法，在

48、直道上的作用比較明顯，但在彎道不足以適用所有類型的彎道。所以，在此基礎(chǔ)上，引入在彎道計算偏移比較明顯的中間標(biāo)定差值法，即：在直道處進行中間電感M的標(biāo)定，取其標(biāo)定值與實時值作差。用此方法得到的在彎道處偏移的曲線如圖4.2所示：將以上五電感位移算法與中間電感標(biāo)定差值算法綜合計算，即可得到直道和彎道同樣靈敏的控制量。程序流程圖如4.3所示。新采集7個通道數(shù)據(jù)各一次排序得出最大值M，同時找出L值和R值，并判斷是否存在滿足要求的L和R YN判斷是否滿足|L值R值|>TNYx=Xm、圖4.3 傳感器定位五電感算法流程圖4.3.2基于位置式PID的方向控制PID控制是工程實際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制

49、方法。問世至今70多年來，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。單位反饋的PID控制原理框圖如圖4.4： ueYRController ControllerPlant圖4.4 單位反饋的PID控制原理框圖單位反饋e代表理想輸入與實際輸出的誤差，這個誤差信號被送到控制器，控制器算出誤差信號的積分值和微分值，并將它們與原誤差信號進行線性組合，得到輸出量u。 （4.2）其中，Kp、Ki 、Kd分別稱為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。u接著被送到了執(zhí)行機構(gòu)，這樣就獲得了新的輸出信號，這個新的輸出信號被再次送到感應(yīng)器以發(fā)現(xiàn)新的誤差信號，這個過程就這樣周而復(fù)始地進行。數(shù)字

50、控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過計算機PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進入計算機的連續(xù)-時間信號，必須經(jīng)過采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進入計算機的存貯器和寄存器，而在數(shù)字計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。用矩形數(shù)值積分代替上式中的積分項，對導(dǎo)數(shù)項用后向差分逼近，得到數(shù)字PID控制器的基本算式（位置算式）： （4.3）其中T是采樣時間，、為三個待調(diào)參數(shù)，在實際代碼實現(xiàn)算法時，處理成以下形式：loca_PreU = Kp * loca_error + Ki * loca_PreIntegral + Kd * loca_de

51、rror（4.4）根據(jù)以往資料和測試，將定位算法解算出的導(dǎo)線位置當(dāng)作反饋值(Feedback)，參考值(Ref)設(shè)為0，則有：loca_error = loca_Ref loca_Feedback （4.5）loca_derror = loca_error - loca_PreError 注： PreError為上次的error （4.6）loca_PreIntegral += loca_error （4.7）為了防止頻繁調(diào)節(jié)和意外輸出過大，設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)(-LOCA_DEADLINE, LOCA_DEADLINE)。loca_error在死區(qū)內(nèi)，不進行調(diào)節(jié)，維持上一狀態(tài)。設(shè)置調(diào)節(jié)范圍（-LOC

52、A_MAX，LOCA_MAX），假如loca_PreU算出結(jié)果越界，那么就賦給邊界值 LOCA_MAX。4.3.3基于增量式PID的速度控制對位置式加以變換，可以得到PID算法的另一種實現(xiàn)形式（增量式）： （4.8）在實際代碼實現(xiàn)時，處理成vl_PreU += （Kp * d_error + Ki * error + Kd*dd_error) （4.9）將測速模塊得到的單位時間脈沖數(shù)給vi_FeedBack，vi_Ref為設(shè)定速度。error = vi_Ref - vi_FeedBack （4.10）d_error = error - vi_PreError （4.11）dd_error =

53、d_error - _PreDerror （4.12）這里設(shè)計High，Middle，Low作為設(shè)定速度值（vi_Ref），分別對應(yīng)直道，彎道，最低速度（由傳感器狀態(tài)確定）。位于直道時，設(shè)定速度為最大。為提高穩(wěn)定性，也設(shè)置相應(yīng)的調(diào)節(jié)死區(qū)和調(diào)節(jié)范圍。4.3彎道策略分析在車輛進彎時，需要對三個參數(shù)進行設(shè)定：切彎路徑、轉(zhuǎn)向角度、入彎速度。其中，切彎路徑主要決定了車輛是選擇內(nèi)道過彎還是外道過彎。切內(nèi)道，路經(jīng)最短，但是如果地面附著系數(shù)過小會導(dǎo)致車輛出現(xiàn)側(cè)滑的不穩(wěn)定行駛狀態(tài)，原因是切內(nèi)道時，曲率半徑過小，同時速度又很快，所以模型車需要的向心力會很大，而賽道本身是平面結(jié)構(gòu)，向心力將全部由來自地面的摩擦力提供

54、，因此賽道表面的附著系數(shù)將對賽車的運行狀態(tài)有很大影響。切外道，路徑會略長，但是有更多的調(diào)整機會，同時曲率半徑的增加會使得模型車可以擁有更高的過彎速度。轉(zhuǎn)向角度決定了車輛過彎的穩(wěn)定性。合適的轉(zhuǎn)向角度會減少車輛在轉(zhuǎn)彎時的調(diào)整，不僅路徑可以保證最優(yōu)，運動狀態(tài)的穩(wěn)定也會帶來效率的提高，減少時間。在考慮轉(zhuǎn)向角度設(shè)置時需要注意以下幾個問題：對于檢測賽道偏移量的傳感器而言，在增量較小時的轉(zhuǎn)向靈敏度；檢測到較大彎道時的轉(zhuǎn)向靈敏度；對于類似S彎的變向連續(xù)彎道的處理。對于入彎速度的分析，應(yīng)該綜合考慮路徑和轉(zhuǎn)向角度的影響。簡單而言，我們會采取入彎減速，出彎加速的方案，這樣理論上可以減少過彎時耗費的時間。然而，在過去幾屆比賽中，通過觀察各參賽車對彎道的處理后，我們發(fā)現(xiàn)并不是所有人都選擇了相同的方案。正如前面說到的那樣，不聯(lián)系路徑和轉(zhuǎn)向角度，只是單純地分析過彎速度，會造成思路的局限甚至錯誤。例如，在不能及時判斷入