内容发布更新时间 : 2024/11/14 14:27:32星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第八届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

、3.4液晶屏

液晶屏相对于数码来说具有显示内容直观，可显示图像和汉字的优点。在车身添加液晶屏模块可以使调试更加方便，因此本次车身上我们添加了液晶屏模块。由于模块是直接购买的成品。所以电路在这里不做介绍了。

3.5 小结

硬件电路是模型汽车系统的必备部分。只有稳定的硬件电路才能保证程序的正确控制。为此，我们在设计电路之时，考虑了很多问题，采用了模拟部分与数字部分隔离等措施。我们的硬件电路的设计思想是在保证正确检测信号的前提下，尽可能精简电路。

第四章 智能汽车控制软件设计

第四章 智能汽车控制软件设计

主程序流程图：

图4.1 程序流程图

4.1线性CCD传感器路径精确识别技术

在本届大赛中，光电组的规则发生了翻天覆地的变化，不仅由传统的四轮小车变成了两轮直立车 ，而且对于光电传感器也做出了新的要求，不允许使用传统的激光头传感器，而要求选择使用线性CCD以及LED作为新一代的光电车的传感器，但由于LED的前瞻距离十分有限，所以线性CCD自然成为了较好的方案选择。

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4.1.1路径识别状态分析

在使用CCD进行赛道识别，传统的传感器搜索跳变沿算法可取之处不是很大，不过不缺乏借鉴之处。

图 4.2 CCD传感器返回值波形图

对于我们的模型车，CCD在赛道上可能的状态有：在普通的赛道处、在起点处、在十字交叉线处、小S虚线处、路障处。由于传感器的改变以及规则的变更，使得今年对于赛道识别的工作量变得更加复杂，难度大大增加，情况也显得错综复杂，矛盾点层出不穷。

我们的小车仅采用一路CCD对赛道信息进行识别，一个CCD包含128个像素点，但这128个点并不是所有的点都能够被准确获取灰度值，我们选择采用左右各48个像素点来对赛道信息进行采集。这些像素点中每个点的灰度值理论上都有0到255这28种状态（实际上我们只能取到不到50的返回值），我们分别把左右各48个像素点记为left 16~63和right 64~111。

在直道时，两侧都会检测到赛道边沿，且大体处于中间位置，左右较对称；在小弯道时，两侧都会检测到赛道边沿，但会有小幅地左右摆动；在其它弯道时，会出现左右侧跳变沿出赛道的状况，这时主要依靠一侧CCD进行巡线；在十字的时候，回旋全白的时候，在传感器稳定的前提下，能出现全白的也只会在十字的时候出现，当然小S虚线位置也不排除会有全白的情况发生，虽说黑白线时左右对称的，但是黑白条的长度固定十公分，内侧长度远不及外侧长度，无可避免的会多次出现单侧全白的情况；终点

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线依靠CCD返回值具有驼峰形状的赛道信息返回值来测得。

4.1.2 线性CCD传感器路径识别算法

路径识别算法是我们使用的是由CCD中心向两侧搜索提取跳变沿的算法，通过提取到的两侧跳变沿相加除二来得到小车转向需要的转向值。具体算法介绍如下：

(1)通过CCD返回的像素值，利用17阈值来找到跳变沿，计算black_center；

(2)当传感器检测到黑线时相应的传感器返回中线值。

(3)对于直立车来说，在控制过程中，不仅要考虑双电机差速转向问题，还要考虑直立与速控问题，这三个重要的量都是在两个车轮上完成，复杂度极高，我们采用线性相加的方式将其拟合在一起，并对其上下限做出限制，当超出这个限制时，强制到限制的最大值处。

4.2弯道的处理

4.2.1弯道策略分析

其中，切弯路径主要决定了车辆是选择内道过弯还是外道过弯。切内道，路经最短，但是如果地面附着系数过小会导致车辆出现侧滑的不稳定行驶状态，原因是切内道时，曲率半径过小，同时速度又很快，所以模型车需要的向心力会很大，而赛道本身是平面结构，向心力将全部由地面的摩擦力提供，因此赛道表面的附着系数将对赛车的运行状态有很大影响。切外道，路径会略长，但是有更多的调整机会，同时曲率半径的增加会使得模型车可以拥有更高的过弯速度。

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4.3 对速度的闭环控制

图4.9 PID控制工作原理

PID控制策略其结构简单，稳定性好，可靠性高，并且易于实现。其缺点在于控制器的参数整定相当繁琐，需要很强的工程经验。相对于其他的控制方式，在成熟性和可操作性上都有着很大的优势。所以最后我们选择了PID的控制方式。

在小车跑动中，因为不需要考虑小车之前走过的路线，所以，我们舍弃了I控制，将小车舵机的PID控制简化成PD控制。本方案中通过双电机的差速控制采用位置式的PD控制，速度闭环控制采用了增量式PID控制。在本方案中，使用试凑法来确定控制器的比例、积分和微分参数。

试凑法是通过闭环试验，观察系统响应曲线，根据各控制参数对系统响应的大致影响，反复试凑参数，以达到满意的响应，最后确定PID控制参数。试凑不是盲目的，而是在控制理论指导下进行的。在控制理论中已获得如下定性知识：

比例调节（P）作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

积分调节（I）作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。