第二届飞思卡尔智能车竞赛北方赛区技术交流教学文稿

智能车竞赛技术交流

(北方赛区)东北大学

王明顺

一、智能车大赛背景

比赛以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，旨在培养大学生对知识的把握和创新能力，以及从事科学研究的能力。在韩国，汉阳大学发起该赛事，从2000年起，韩国已成功举办了六届。教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201号文)高等学校自动化专业教学指导分委员会主办全国大学生智能车竞赛。2007-1-292东北大学王明顺

为了更好的推动汽车电子技术的发展，加强大学生的科技创新能力，该比赛于2006年在我国首次展开。

2006年8月21日第一届“飞思卡尔”杯全国智能车邀请赛在清华大学综合体育馆成功举行，包括清华大学、上海交通大学、西安交通大学等在内的全国各地及港澳地区的57所高校112支代表队参加了此次比赛。该比赛的公开、公平与公正的比赛规则，以及该比赛是基于迅猛发展的汽车电子的创意性比赛，激发了大学生参加该比赛的热情。2007-1-293东北大学王明顺韩国2004年赛道韩国2004年智能车运行展示2006年清华比赛现场2006年全国智能车邀请赛部分视频比赛赛道及视频欣赏2007-1-294东北大学王明顺

由上图可以看出，车体部分由电机、舵机与测速等部分组成。电机性能的好坏与与电机的驱动部分密切相关，大赛组委会提供了一种电机驱动芯片MC33886，另外还有多种电机驱动芯片可使用，如L298。通过改变PWM的占空比可控制电机的转速。下面将简单介绍电机的特性与两种电机驱动芯片的电气性能。2007-1-296东北大学王明顺电机RS-380SH特性电机特性2007-1-297东北大学王明顺RS-380SH-4045特性曲线2007-1-298东北大学王明顺MC33886芯片

工作电压：5-40V；�导通电阻：120毫欧姆；�输入信号：TTL/CMOS；�PWM频率：<10KHz；�短路保护、欠压保护、过温保护等。2007-1-299东北大学王明顺MC33886芯片的典型应用2007-1-2910东北大学王明顺电机驱动芯片L298的特点

操作电压可到46V；�总的直流电流可以到达4A；�低饱和电压；�过温保护；�逻辑“0”的输入电压可达到1.5V。2007-1-2911东北大学王明顺

舵机在智能车的转向控制中起着重要作用，它决定了智能车行驶时的方向性。下面将从以下几方面来介绍：

舵机功能舵机结构舵机的基本参数舵机控制方法智能车的舵机简介2007-1-2912东北大学王明顺舵机结构

舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k，直流电机、控制电路板等；工作原理：控制信号控制电路板电机转动齿轮组减速舵盘转动位置反馈电位计控制电路板反馈；

控制量舵盘角度2007-1-2913东北大学王明顺尺寸：39.4*37.8*27.8重量：56g工作速度:0.11sec/60º(4.8V)0.08sec/60º(6.0V)堵转力矩:6.1kg.cm(4.8V)7.7kg.cm(6.0V)工作角度：±45度舵机的基本参数（HS-925）2007-1-2914东北大学王明顺舵机控制方法2007-1-2915东北大学王明顺舵机特性曲线2007-1-2916东北大学王明顺

软件计数方式；定时器中断方式；

PWM硬件产生方式。S12DG128PWM控制器

8路PWM输出端口；独立的8路8bitPWM输出，或者4路16bitPWM输出；

A,B,SA,SB时钟源。舵机控制信号产生方式2007-1-2917东北大学王明顺脉宽范围对应舵机旋转角度，一方面舵机的极限位置；另一方面考虑到车模转向的极限。可以通过测试得到大约40度左右的旋转角度；PWM周期可选择50-200Hz控制说明舵机的响应时间对于控制非常重要，一方面可以通过修改PWM周期获得。另一方面也可以通过机械方式，利用舵机的输出转距余量，将角度进行放大，加快舵机响应速度；关于舵机控制信号的说明关于舵机控制的改进说明采用不同的电压等级机械结构上变化2007-1-2919东北大学王明顺关于智能车的转速测量

转速测量在电机速度控制中起着重要作用。通常的转速测量方式有以下几种，可以依据实际情况进行灵活选用。编码器信号稳定，但价格与测量精度要求成正比。测速电机利用单片机AD口进行采集信号，但测量精度不高。自制编码器价格便宜，易于安装备调试，能够保证测量精度要求，但使用的计算机机时较多。2007-1-2920东北大学王明顺关于智能车的电源设计

一般来讲，舵机、传感器和MCU需要稳压控制。采用基本的稳压芯片,如7805采用开关型稳压集成电路,如LM2576/2575采用低压差线性电源器件,如TPS73XX2007-1-2921东北大学王明顺智能车引导线识别的好坏取决于检测元件与算法。检测元件红外传感器图像传感器其他三、路径检测2007-1-2922东北大学王明顺被动式主动式数字式

模拟式关于红外传感器作为路径识别的检测元件的详细论述，可以参考清华大学黄开胜老师的《智能光电传感器布局对路径识别的影响研究》，借此大家可以借鉴一下韩国汽车大赛路径检测的经验。红外传感器用于路径检测线阵列线阵列图像传感器类似于模拟式红外传感器。它只扫描前方一行的数据信息，但是环境影响小。面阵列前方路径感知的情况决定了智能车的控制性能。视频图像传感器的主要特性就是尽可能早的感知前方路径信息，使得控制器能够预动作。图像传感器用于路径检测2007-1-2924东北大学王明顺图像传感器的接口类型

USB接口（微机用）全电视信号输出（安全监控用）2007-1-2925东北大学王明顺传感元件的安装

选择了传感元件以后，需要通过反复试验来决定传感元件的几何位置，从而选择一组适合于智能车性能最佳的安装参数。红外传感器：安装个数、布局与向前伸出的长度对动力学性能的影响。图像传感器：摄像头的安装高度、视角与对智能车动力学性能的影响。2007-1-2926东北大学王明顺四、控制方案简介

针对智能车这个具体的研究对象，常见的控制方案有以下几种：2007-1-2927东北大学王明顺A.速度V恒定的随动控制方案2007-1-2928东北大学王明顺

辨识原理：通过记忆一定次数的历史路径信息，来对前方的路径信息进行预测。如设定某时刻内为同种路径信息，那么在将来的一定时间内也可认为路径形式与历史路径同，从而形成一种试探性的前行。B.辨识随动控制方案(V可变)2007-1-2929东北大学王明顺C.记忆控制方案

记忆控制方案的实现是通过反复查表来实现的，具体实现如下：编码值3编码值特征值1212344数据值2007-1-2930东北大学王明顺编码值速度值编码值转角值编码值控制部分速度转角v1a1a2v2…….…….12123

…….123…….…….V1V2V3a1a2a32007-1-2931编码值控制部分转速（cm/s）转角幅度0－a140050%a1－a242050%a2－a313070%a3－a411030%--------------------------2007-1-2932东北大学王明顺D.切换控制的控制方案

根据CCD图像传感器是别的路径结果，定制了不同路径情况下的控制器，根据路径决策的结果进行不同控制器之间的切换。以下是其决策框图：2007-1-2933东北大学王明顺切换控制的控制框图2007-1-2934

采用切换控制的控制方法，使得智能车能够实时对路径识别结果进行决策，体现了