基于光電傳感和路徑記憶的車輛導航系統(tǒng)的設計
摘 要： 本文按照第一屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車邀請賽的技術要求,研制了基于雙排排列、模擬式光電傳感器、具有前瞻性能的無人車輛導航系統(tǒng),提出了基于路徑記憶的轉向和驅動控制算法,總結了智能車設計制作的經(jīng)驗。
關鍵詞： 無人車;導航;光電傳感;路徑記憶
引言
為響應教育部關于加強大學生創(chuàng)新意識、合作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的號召,清華大學汽車工程系積極組隊參加了第一屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車邀請賽。從2005年12月開始著手進行準備,歷時8個月,研制了6代基于光電傳感器的路徑識別方案,開發(fā)了智能車仿真研究平臺,提出了基于路徑記憶算法的轉向及驅動控制策略,在電源管理、噪聲抑制、驅動優(yōu)化等方面也都進行了研究工作,通過大量的仿真試驗、道路試驗和基礎性能測試,開發(fā)了基于光電傳感和路徑記憶的智能車導航系統(tǒng),為整車系統(tǒng)的優(yōu)良性能奠定了堅實基礎。本文將從該智能車總體方案、路徑識別方案選擇、轉向和驅動控制及路徑記憶算法等方面進行介紹。
智能車總體方案
智能車系統(tǒng)以飛思卡爾公司的MC68S912DP256為核心,由電源模塊、傳感器模塊、直流電機驅動模塊、轉向電機控制模塊、控制參數(shù)選擇模塊、單片機模塊等組成,如圖1所示。智能車系統(tǒng)工作電壓由+1.6V、+5V、7.2V三個系統(tǒng)混合組成,其中7.2V用于給驅動電機和轉向舵機供電,5V給車速傳感器、MCU以及光電傳感器接收管供電,1.6V給發(fā)光管供電。為了在線控制參數(shù)的調整方便,還設置了一個控制參數(shù)選擇模塊,可以通過幾個按鍵的設置,調用不同的程序或控制參數(shù),以適應不同場地條件的要求。
圖1 智能車總體結構
智能車的工作模式是：光電傳感器探測賽道信息,轉速傳感器檢測當前車速,電池電壓監(jiān)測電路檢測電池電壓,并將這些信息輸入單片機進行處理。通過控制算法對賽車發(fā)出控制命令,通過轉向舵機和驅動電機對賽車的運動軌跡和速度進行實時控制。
想要取得智能車比賽的好成績,模型車底盤參數(shù)優(yōu)化和硬件設備的可靠性是非常重要的。其中,前輪定位參數(shù)優(yōu)化、轉向舵機力臂增大和底盤重心位置調整對于車模的機械性能有著較大的影響。底盤參數(shù)的優(yōu)化參見[1],本文不贅述。
路徑識別方案選擇與電路設計
路徑識別方案是首先需要確定的,主要有以下幾個問題。
*光電識別還是攝像頭識別;
*傳感器如何排列？間隔多大、形狀如何、單排還是雙排;
*傳感器可向前探測的遠度;
*傳感器信號采用數(shù)字式還是模擬式;
*電路上如何實現(xiàn)。
由于光電識別方案簡單可靠,因此本文采用了光電識別方案。
數(shù)字式光電識別與模擬式光電識別
比賽組委會要求傳感器個數(shù)最多為16個,除掉1個轉速傳感器,可用于探測路
