北方赛区智能车竞赛技术交流

1、智能车竞赛技术交流智能车竞赛技术交流(北方赛区北方赛区)东北大学东北大学 王明顺王明顺 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、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生对知识的把握和创新能力，以及从事科学研究的能力。能力。 在韩国，汉阳大学发起该赛事，从在韩国，汉阳大学发起该赛事，从20002000年起，韩年起，韩国已成功举办了六届。国已成功举办了

2、六届。 教育部高等教育司委托教育部高等教育司委托( (教高司函教高司函20052012005201号文号文) ) 高等学校自动化专业教学指导分委员会主办全国大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。学生智能车竞赛。2007-1-29东北大学 王明顺 3 为了更好的推动汽车电子技术的发展，加强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，该比赛于大学生的科技创新能力，该比赛于20062006年年在我国首次展开。在我国首次展开。 20062006年年8 8月月2121日第一届日第一届“飞思卡尔飞思卡尔”杯全国杯全国智能车邀请赛在清华大学综合体育馆成功举智能车邀请赛

3、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通大学等在内的全国各地及港澳地区的5757所所高校高校112112支代表队参加了此次比赛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，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。意性比赛，激发了大学生参加该比赛的热情。2007-1-29东北大学 王明顺 4韩国韩国20042004年赛道年赛道韩国韩国20042004年智能车运行展示年智能

4、车运行展示20062006年清华比赛现场年清华比赛现场20062006年全国智能车邀请赛部分视频年全国智能车邀请赛部分视频比赛赛道及视频欣赏2007-1-29东北大学 王明顺 5二、车体概况电机电机舵机舵机转速测量转速测量2007-1-29东北大学 王明顺 6 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。2007-1-29东北大学 王明顺 7电机电机RS-

5、380SH特性特性电机特性2007-1-29东北大学 王明顺 8RS-380SH-4045特性曲线2007-1-29东北大学 王明顺 9MC33886芯片p 工作电压：工作电压：5-40V5-40V；p导通电阻：导通电阻：120120毫欧姆；毫欧姆；p输入信号：输入信号：TTL/CMOSTTL/CMOS；pPWMPWM频率：频率： 10KHz 10KHz；p短路保护、欠压保护、过温保护等短路保护、欠压保护、过温保护等。2007-1-29东北大学 王明顺 10MC33886芯片的典型应用2007-1-29东北大学 王明顺 11电机驱动芯片L298的特点p 操作电压可到操作电压可到46V46V；p

6、总的直流电流可以到达总的直流电流可以到达4A4A；p低饱和电压；低饱和电压；p过温保护；过温保护；p逻辑逻辑“0”0”的输入电压可达到的输入电压可达到1.5V1.5V。2007-1-29东北大学 王明顺 12 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2007-1-29东北大学 王明顺 13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-

7、29东北大学 王明顺 14v尺寸：39.4*37.8*27.8v重量：56gv工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.08sec/60 (6.0V)v堵转力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)v工作角度：45度舵机的基本参数 （HS-925）2007-1-29东北大学 王明顺 15舵机控制方法2007-1-29东北大学 王明顺 16舵机特性曲线2007-1-29东北大学 王明顺 17 软件计数方式； 定时器中断方式； PWM硬件产生方式。S12DG128 PWM控制器 8路PWM输出端口； 独立的8路8bitPWM输出，或者4路 16bit PWM输出；

8、A,B,SA,SB时钟源。舵机控制信号产生方式脉宽范围 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2007-1-29东北大学 王明顺 19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2007-1-29东北大学 王明顺 20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

9、有以下几种，可以依据实际情况进行灵活选用。p编码器 信号稳定，但价格与测量精度要求成正比。p测速电机 利用单片机AD口进行采集信号，但测量精度不高。p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。2007-1-29东北大学 王明顺 21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TPS73XX2007-1-29东北大学 王明顺 22 智能车引导线识别的好坏取决于检智能车引导线识别的好坏取决于检测元件与算法。测元件与算法。 检测

10、元件检测元件u 红外传感器红外传感器u 图像传感器图像传感器u 其他其他三、路径检测q被动式q主动式v 数字式v 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2007-1-29东北大学 王明顺 24线阵列线阵列 线阵列图像传感器类似于模拟式红外传感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，但是环境器。它只扫描前方一行的数据信息，但是环境影响小。影响小。面阵列面阵列 前方路径感知的情况决定了智能车的控制前方路径感知的情况决

11、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早的感知前方路径信息，使得控制器能够预动作。作。图像传感器用于路径检测2007-1-29东北大学 王明顺 25图像传感器的接口类型u USB接口（微机用）u 全电视信号输出（安全监控用）2007-1-29东北大学 王明顺 26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。l 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。l 图像传感器：摄像头的安装高度、视角与对智能车动

12、力学性能的影响。2007-1-29东北大学 王明顺 27四、控制方案简介 针对智能车这个具体的研究对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：象，常见的控制方案有以下几种：2007-1-29东北大学 王明顺 28A. 速度V恒定的随动控制方案2007-1-29东北大学 王明顺 29 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)2007-1-29东北大学 王明顺 30C. 记忆控制方案 记忆控制方案记忆控制方案的实现

13、是通过反复查表来实的实现是通过反复查表来实现的，具体实现如下现的，具体实现如下：编码值编码值 3编码值编码值特征值特征值 1 2 1 2 3 4 4 数据值数据值2007-1-2931编码值编码值速度值速度值编码值编码值转角值转角值编码值编码值控制部分控制部分 速度速度 转角转角 v1 a1 a2 v2 . . 1 2 1 2 3 . 1 2 3 .V1V2V3a1a2a32007-1-29东北大学 王明顺 32编码值控制部分转速（cm/s）转角幅度0a1400 50%a1 a242050%a2 a313070%a3 a411030%-2007-1-29东北大学 王明顺 33D.切换控制的控制方案 根据根据CCDCCD图像传感器是别的路径结果，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。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：以下是其决策框图：2007-1-2934切换控制的控制框图切换控制的控制框图2007-1-29东北大学 王明顺 3