大学生飞思卡尔智能车大赛获奖队技术报告.docVIP

第一章 引言 1.1 大赛情况介绍 第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛沿袭了第一届的举办模式，由飞思卡尔半导体有限公司提供赞助，教育部自动化专业指导委员会主办、清华大学承办，总决赛将于2007年8月24-27日在上海交通大学举行。作为教育部主办的全国大学生五大竞赛之一，本届智能车大赛在规模和参赛队伍数量上比上届都有了大幅的提高。本次大赛基本规则为使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128[1]作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统架构设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车的工程制作及调试，于指定日期与地点参加比赛。同时要求车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和400mm长，高度无限制，赛道要求宽度不小于600mm，跑道表面为白色，中轴有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm。 本技术报告所介绍的就是本队(华东理工大学1队)为参赛而准备的智能赛车方案。文中，我们将系统地介绍本赛车系统的相关参数和性能，分别从软件设计、硬件结构、机械调整、控制策略等方面对赛车方案进行详细地阐述。 1.2 赛车设计方案综述 通过我们对第一届智能车大赛结果以及资料的分析，发现虽然采用光电传感器构成“线型检测阵列”的方案[2]简单易行，但是作为赛车道路检测传感器，其检测精度低、前瞻距离短、耗电量大的缺点很明显。通过分析比较，我们发现在赛车图像采集模块中，采用摄像头方案与光电传感器方案相比，检测前瞻距离大、范围宽、检测道路参数多，优势明显。因此此次设计中我们选择摄像头作为寻线传感器[3]，充分利用摄像头的优点，实现赛道的路径识别和车体运行控制。 1.3 本文结构 本技术报告正文部分共分为六个部分，其中第一章为引言，简单介绍比赛背景、本队采用设计方案综述以及本技术报告的结构。第二章将介绍我队对赛 车机械结构的安装和调整，使其结构更适应在赛道上的行驶。第三章介绍赛车系统硬件的设计，包括对赛车硬件上电源管理模块、赛车转向模块、电机驱动模块、图像采样模块、车速检测模块、辅助调试模块的详细介绍以及这些模块和控制处理芯片MC9S12DG128构成系统结构关系。第四章介绍了赛车控制算法的设计，包括舵机控制策略和速度控制方法。第五章详细介绍了赛车系统开发和调试，包括调试工具、开发软件和各种调试方法以及调试赛车的赛道介绍等。最后第六章阐述了本队比赛的总结包括赛车的主要技术参数和设计方案的一些结论，同时概括了我们参加本次比赛的心得体会。 第二章 赛车机械结构安装和调整2.1 赛车机械部分调整 本次大赛采用的赛车车模采用了统一的G768仿真车模。赛车的转向和驱动模块分别采取了竞赛组委会提供的舵机和电机，在控制上采用的是前轮转向，后轮驱动方案。车模底盘的大致结构图如图2.1所示。通过测量得出车模底盘的参数为： 长： 275 mm 宽： 162 mm 图2.1 车模底盘结构图 2.1.1 前轮定位 我们知道，在赛车在行驶过程中，为了使其行驶稳定，转向后能自动回正，减少轮胎和转向零件的磨损等，需要在转向轮、转向节和前轴之间形成一定的相对安装位置，在赛车系统中，前轮转向，因此我们要进行前轮定位。前轮定位的主要参数包括：主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前束。在车模中，四个参数都可以进行调整。 1) 主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。 2) 主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。 3) 前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右。?4) 前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。?2.1.2 重心位置确定 通过赛车结构调试实验，我们发现赛车重心位置对车模的行驶性能有很大的影响，重心位置的改变会影响汽车的动力性、制动性、操作稳定性等重要特性。根据赛车的整体性能，我们知道赛车控制上采用的是前轮