信标组大连工业大学

1、关于技术报告和研究使用的说明本人完全了解第十一届“飞思”杯大学生智能汽车邀请赛关保留、著作权归参赛者本人，比赛组使用技术报告和研究的规定，即：参赛委会和飞思半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛的设计方案、技术报告以及参赛模型车的、图像资料，并将相关内容编纂收录在集中。参赛队员签名： 带队教师签名： 期： 日目录第一章 引言. - 1 -1.1 背景介绍 . - 1 -1.2 比赛任务 . - 2 -第二章2.12.22.32.42.5车模整体硬件设计. - 3 -模块（K60）. - 3 -电源模块 . - 4 -显示模块 . - 6 -红外避障模块 . - 6 -舵机模块 . - 7 -

2、2.6 赛道模块 . - 8 -2.6.1 摄像头时序 . - 9 -2.6.2 DMA 简要介绍. - 10 -2.6.3 图像. - 10 -2.72.8电机及电机驱动模块. - 11 -编码器模块 . - 12 -2.9 其他模块. - 13 -第三章 车模机械设计 . - 15 -3.13.23.33.43.53.6第四章4.1车模整体结构. - 15 -固定车模底盘 . - 15 -编码器安装 . - 16 -加固电机引线 . - 17 -车模电池位置改装 . - 18 -摄像头支架的固定 . - 18 -智能车设计方案 . - 19 -电机速度PID . - 19 -4.1.1 P

3、ID 闭环算法. - 20 -4.1.2 反向制动算法. - 21 -4.24.34.34.4路径舵机. - 22 -. - 22 -车模差速. - 22 -主销内倾角 . - 22 -4.4.1 车轮外倾角 . - 23 -4.4.2 前轮前束 . - 23 -主板电路图 . - 25 -主板原理图 . - 25 -主板实物图 . - 25 -开发与调试 . - 27 -第五章5.15.2第六章I6.1 开发软件. - 27 -6.2 摄像头调试. - 27 -6.3 硬件电路制作 . - 28 -第七章 智能车参数. - 29 -第八章 总 结. - 31 -参考文献. - 32 -附录A

4、大白部分程序代码III第一章 引言第一章引言1.1 背景介绍为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学，受教育部高等教育司委托(教2005201 号文，附件 1)，由教育部校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办大学生智能汽车竞赛。该竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的实际、求真务实的学风和团队协作的人文

5、精神，为优秀件。和潜能，倡导理论的脱颖而出创造条该竞赛由竞赛处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的为背景，涵盖自动、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。该竞赛规则透明，评价标准客观，坚持公开、公平、公正的原则，力求向健康、普及、持续的方向发展。该竞赛以飞思半导体公司为协办方，得到了教育部相关、飞思卡近 300 所尔公司与各高校师生的高度评价，已发展成30 个省市

6、高校广泛参与的大学生智能汽车竞赛。2008 年起被教育部批准列入教学质量与教学工程资助项目技人文竞赛之一（教200730 号文）。大学生智能汽车竞赛原则上由有自动化专业的校（包括港、澳地区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情况，分别设立光电组、摄像头组、电磁组、创意组等多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则选报- 1 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告不同组别的参赛队伍。主办、学生主体、大学生智能汽车竞赛组织运行模式贯彻“倡导、参与”的 16 字方针，充分调动各方面参与的积极性。1.2 比赛任务在本次比赛中，本组使用大

7、赛统一提供的竞赛 C 车模，采用飞思卡尔 32 位微器 LQ_MK60DN512 作为单元，构思方案及系统设计，包括传感器信号处理、算法及执行、动力电机驱动、舵机、红外测距避障等，最终实现一套能够识别路线的智能车系统。对智能车硬件、软件、安装和调试过程进行详细说明并带有程序等的附录。- 2 -第二章 车模整体硬件设计第二章车模整体硬件设计智能车是在车模结构的框架上，搭上硬件结构，通过 K60 单片机的处理能力，将传感器到的信息处理分析后得出运算结果，指挥电机和舵机做出适应赛道及优化策略响应的一套系统。由以下几个模块：图 2 车模整体模块图2.1模块（K60）本智能车系统采用freescale

8、公司32 位Kinetis (ARM CortexM4)控制器 K60 为主控和转向舵机进行有效，对的信号进行分析和处理，再根据信号对直流电机，以及 OLED 显示、编码器反馈改变电机转速以及红外测距蔽障模块的共同作用，实现信标导引，完成定向运动。- 3 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 2.1AK60 实物图图 2.1BK60 内部原理图K60 单片机CPU 属于增强型32 位CPU，主频200MHz，片内512K Flash ROM；片内 64K RAM，3 个异步串口模块；3 个 IIC 模块； 8 通道 12 位模拟数字转换(ADC)；4 通道直接存取模块；4 个 32 位支持

9、 DMA 的输入捕获/输出比较定时器；4 通道通用定时器，可以配置成输入捕获，输出比较，脉冲宽度调制，脉冲编码器，脉冲计数器。8 通道/4 通道，8 位/16 位脉冲调制模块。2 个 16 位周期中断定时器。丰富，功能强大。2.2 电源模块- 4 -第二章 车模整体硬件设计为电路各个模块提供稳定电源，包括.3.3V、5V、7.2V 电压，保证各模块正常工作。图 2.2A 各模块供电电路图 2.2B 各模块供电电路与开关LM2941 正电压稳压器具有的能力的输出电流源 1A 与 0.5V 的典型压差电压，最大 1V 的在整个温度范围内。此外，静态电流降低电路已被列入这减小了接地引脚的电流在输入电

10、压和输出电压之间的差是大约超过 3V。LM2941 和所有受规管电路受到保护，电池反向安装或双电池跳跃。路瞬态，如负载突降时，输入电压可以瞬间超过规定的最大工作电压，稳压器将自动关闭以保护内部电路和负载。输出电压可调 5V 至 20V。- 5 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告LM2940 输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压 5V；输出电流 1A； 输出电流 1A 时，最小输入输出电压差小于 0.8V；最大输入电压 26V；工作温度-40+125；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反保护电路。2.3 显示模块OLED 显示模块，可实时显示小车所在赛场位置坐标（X 与

11、 Y），电池电压以及小车速度。直接将 OLED 插在 K60上即可。图 2.3 OLED 显示电路与实物2.4 红外避障模块GP2Y0A02 红外避障传感器由位置敏感探测器红外发射二极管和信号处理电路组成。对环境光线适应能力强，不易受环境温度和操作时间影响，采用三角测量的方法输出电压对应检测距离，发射管发射一定频率的红外线，当检测方向遇到出信号给物时，红外线反射回来被接收管接收，经过电路处理信号接口输电路，电路对其信号处理与分析，以实现测距与蔽障功能，防止小车撞到信标灯。- 6 -第二章车模整体硬件设计图 2.4 红外避障电路经红外避障模块，向 K60 提供模拟信号经单片机 ADC 通道，获得

12、 16位数字信号，经单片机进行处理，进而舵机与电机。2.5 舵机模块舵机的灵活转向则依赖于机械系统中各个零部件间协调运行。为提高智能车的整体协调性能，一定要把握好“车身简捷、底盘低稳、转向灵活、协调匹配”的设计与安装原则。舵机的输出转角通过连杆传动前轮转向，其转角精度直接影响到智能车模能否准确按赛道路线行驶，由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，为了减小舵机响应时间，我们利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷。我们通过运用 Solidwo

13、rks 软件建模进行了一系列的运动，通过，最后确定了采用合适的舵机力臂，使舵机转弯灵活，轻盈，同时又能保证不对舵机损坏。- 7 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告智能小车共采用两个 S3010 舵机，舵机 1小车前轮转向，以实现转向，根据摄像头向。舵机 2的信号经单片机处理，确定信标位置，单片机继续舵机转摄像头左右摆动，以实现左切或者右切，避免小车碰撞信标灯。图 2.5 舵机电路2.6 赛道模块模块采用捕食者摄像头，LANDZO 捕食者-S 摄像头（数字版）是一款彩色 CMOS 型图像集成，提供高性能的单一小体积封装。该器件分辨率可以达到 652*582 传输速率可以达到 60 帧；内置

14、10 位双通道 A/D 转换器,输出 8 位图像数据；具有自动增益和自动白平衡等多种调节功能；,能进行、对比度、饱和度、校正其时序产生电路可产生行同步、场同步、混合同步等多种同 步信号和像素时钟等多种时序信号；支持连续和隔行两种扫描方式，VGA 与 QVGA 两种图像格式；多种数据格式如 Bayer RGB、RGB565、YCrCb 4:2:2 和 CCIR656，能够满足一般图像系统的要求；3.3V 电源供电,工作时功耗150mW,待机电流 65uA；- 8 -第二章 车模整体硬件设计可应用于数码相机、电脑摄像头、可视、第三代机、智能型安全系统、汽车、玩具，以及工业、医疗等多种用。摄像头的主

15、要工作原理是：将摄像头的像素点从上到下，从左到右逐个输出，虽然部分可以配置输出顺序，但是对于智能车来说，正常输出即可，有些摄像头将一帧图像分成奇偶两场。2.6.1摄像头时序图 2.6.1 摄像头时序图首先需要明确的是 HREF 和 HSYNC 均为行中断信号，它们共用一个管脚， 由寄存器配置使用选择什么信号输出。然而，它们的时序还存在着一定的区别，HREF 在上升沿就会马上输出图像数据，而 HSYNC 则需要等待一段时间再输出，如果行中断里需要处理事情再开始，则显然用 HREF 的上升沿是很容易来不及第一个像素。PCLK 是整个摄像头指令的时序，在上升沿时 MCU 会图像，下降沿时摄像头输出图

16、像。- 9 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告行消隐区：如果不按照时序来，便会到值为 0 的消隐区，即黑色。行与行之间，场与场之间，都是存在消隐区的。里面存放的均为无效数据。场中断信号 VSYNC 来了，便可以开始每帧的数据，可以在选择上升沿或者下降沿触发中断。场中断和行中断的时序关系必须处理好，否则将出现异常。2.6.2 DMA 简要介绍DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU对于其他的工作来说就无法

17、使用。工作原理：DMA 传输将数据从一个地址空间到另外一个地址空间。当CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能系统算法和网络是很重要的。在实现 DMA 传输时，是由 DMA器直接掌管总线，因此，存在着一个总线权转移问题。即 DMA 传输前，CPU 要把总线权交给 DMA器，而在结束 DMA 传输后，DMA器应立即把总线权再交回给 CPU。一个完整的 DMA 传输过程必须经过 DMA 请求、DMA 响应、DMA 传输、

18、DMA 结束 4 个步骤。2.6.3 图像图像的。的方案是不使用行中断信号，直接 DMA 模块计数来完成一场结束首先，需要图像时，开场中断；场中断来了，初始化 DMA 传输，并启动 DMA 传输；每个 PCLK 上升沿来了都触发 DMA 传输，把摄像头输出的值读取到内存数组里。当触发 n 次（n=图像像素数目）后就停止 DMA 传输；DMA停止传输时触发中断，中断里关闭场中断，图像完毕。- 10 -第二章 车模整体硬件设计电路主板画出两个摄像头的电路，经调式得出，还是一个摄像头更加简单处理，时间大致相同。故采用单一摄像头。图 2.6 图像电路2.7 电机及电机驱动模块电机驱动对模型车上的电机进

19、行驱动，的速度。算法上采用增量式 PID电机。我们采用 BTN7971N作为电机驱动。驱动板特点：1、，有效保护单片机；双 BTN7971 大电流(68A)H 桥驱动； 2、与单片机 5V3、板子上有 5V 电源指示； 4、电机驱动输出端电压指示； 5、可以焊接散热片； 6、电池供电驱动电源；7、连接 742445V 电源。- 11 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 2.7 电机驱动电路2.8编码器模块速度是闭环系统中必不可少的环节。为了使得车模能够平稳地沿着赛道运行，车速要与舵机配合，以保证车模在各种道路上性能稳定。所以要实时检测当前车模速度，并根据车模在赛道上所处的情况来调整速度。

20、车速检测可用光电码盘、编码器、透射式光电检测和传感器检测等。在实际运用中我们对这几种方式进行了比较发现编码器的精确度更高，因此最后我们采用了编码器对电极进速。编码器采用品牌 NIDEC NEMICON 公- 12 -第二章 车模整体硬件设计司的ROTARY ENCODER，原用于数控机床，绝对稳定可靠。PTE8 与 PTA19 引脚获取脉冲数，从来计算速度。图 2.7电机驱动电路2.9 其他模块电压检测电路是通过一路 ADC两个电阻的分压值，这路模拟量的AD 值，经 ADC 转换，变为数字量。再换算得出实际电压。换算公式：Vp = 3.85*(3300*Var4)/(18)-1)公式 1排阻作

21、为上拉电阻，通过改变四个拨码开关来改变速度，按动四个按键改变路径。从而实现以最为稳定并且时间最短的路径完成比赛。- 13 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 2.9电压检测与按键拨码开关组合电路- 14 -第三章 车模机械设计第三章 车模机械设计3.1 车模整体结构四轮车模双向运行。车模使用 C。车模运行方向双向运行。智能车的整体参数，包括车体重心（重心偏后）、高度、传感器排布方式等，都对整个智能车系统的稳定运行起着的调节，有助于小车更快更稳定的运行。的作用。因此，对智能车机械系统小车的布局以精简、可靠、稳定为前提,通过对小车的布局，尽量保证小车左右平衡，以及寻找一个合适的重心，保证小车

22、既能稳定快速前进，又能在转弯时流畅。图 3.1 车模整体图3.2 固定车模底盘- 15 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告原有车模为了减轻后轮振动对于车体的影响，后轮的支架与底盘之间采用了活动连接方式。但是，为了保证车模直立车体稳定性，需要将原有车模地盘与后轮支架固定在一起。我们的方法是用两板子主板与电机驱动板，并且都紧紧的固定住，以实现小车前后的固定，是小车更加稳定。图 3.2 连接车体的板子3.3 编码器安装选用可以 3.3V 工作电压的光电编码器进行速度的测量。根据光电编码器的形状，我们选购了一个支架，速度传感器用螺钉通过支架固定在后轮支架上， 这样固定好之后，就有了较高的稳定性。然

23、后调节编码器齿轮，使其与差速齿轮紧密咬合，增大测速的精确性，但是咬合过紧也增大了摩擦，减小了对电机做功的利用率，影响小车的快速行驶，因此减小摩擦同时增强齿轮间的咬合是我们主要考虑的因素。- 16 -第三章车模机械设计图 3.3 编码器的固定3.4 加固电机引线C 车模的后轮电机引线管脚非常单薄，多次晃动之后极易从根部折断，造成电机无法使用。我们的方案是直接使用热熔胶对于电机引线管脚进行封装固定，以起到保护电机引线的作用。图 3.4 电机线根部热熔胶- 17 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告3.5 车模电池位置改装质量最大的部件是电池，所以，将电池位置放低，重心降到最低。故将电池直接固定在

24、地盘上，并用电池扎带将其固定防止其在运动过程中摇晃。3.6 摄像头支架的固定车模的摄像头由一根碳素杆固定，由于在小车运动过程中可能摇晃，故采用三角形支架固定摄像头支架，已达到最稳定的结构。图 3.6 摄像头的三角形支架- 18 -第四章智能车设计方案第四章智能车设计方案4.1电机速度 PID模拟 PID 算法如图 4.1 所示。图 4.1 模拟 PID 原理图车体速度是大惯性的被控对象。算法输出的量只能对电机输出力进行。而有一定负载时电机的输出力无论对车轮的转速还是车体的形式速度都是不成正比的，刚开始启动的时候速度是零，而电机的输出可能很大；车在匀速行驶的时候速度很快，而电机的输出可能并不是很

25、大。而且电池电量、 车体重量都会对车速造成影响。 因此只有用闭环才能对车速进行良好的。在车轮对地面不打滑的情况下车体的速度和后轮的转动速度是成正比的。因此我们可以直接用光电码盘对后轮的转速进行1。对于这样一个大惯性系统，我们选用 PID 和鲁棒相结合的办法进行速度控制。回路的设定值由经验值确定。考虑到速度通道的时间滞后比较小，因此采用 PID方案，并在进行加时，引入了“” 7。U(k+1)=U(K)+P1*e(k)+P2*(e(k)e(k-1)+ P3 *(e(k)e(k-1)(e(k-1)e(k - 2);公式 2- 19 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告其中第一项；第二比例项；第三微

26、分项。考虑到被控对象 （ 车体速度）本身是一个大的环节，公式中可以将第一项省略，即采用 PD。E 为误差。同时设定误差门限，在误差比较大的时候采用大输出控制电机，将误差在最短时间内减小到所要求的范围，这就是鲁棒的思想。电机策略，其实就是对模型车速度的策略，它是继路径识别之后非常重要的策略，直接关系到整个模型车比赛的性能。速度最好的状态，在最短的时间完成比赛路程。得当，小车才能以4.1.1 PID 闭环算法据路径识别的情况，如果当前路径，则需要；若是弯道，则需要降速，而且根据不同的弯道速度也是有所区别。系统利用测速模块反馈的当前速度值，通过增量式 PID 算法进行调节，从而行快速反应。直流电机对

27、当前路径进增量式 PID 的算式为：公式 3在增量式 PID 处理的过程中， 有一个步骤需要注意， 即在算完u(k)后，需要把它赋值给电机对应的 PWM 通道信号 ，这时要该u(k)的值，如果它小于 0， 则把 PWM 信号赋值为 0， 如果它大于 PWM 信号的最大值， 即大于 PWM 整个周期所对应的数值时，要把 PWM 信号赋值为该最大值。然后，再存储本次u (k)，和上次u (k) 。error=speed_v-infrared_value7;公式 4 pwmtemp=PWMDTY23+PID_P*(error-last_error)+PID_I*(error)+PID_D*(erro

28、r+pr e_error-2*last_error);公式 5- 20 -第四章 智能车设计方案由上述代码中， speed_v 表示标准速度(期望速度)， infrared_value7 表示 ATD1 转换的经公式 4 计算出的即时速度值，通过计算它们的差值 error，再利用增量 PID算法计算出 pwmtemp，再对 pwmtemp 进行处理，最后 PID 程序处理的结果是给出一个 PWM 信号， 而这个信号就是驱动电机的， 当 error 大， 即标准速度和即时速度相差的比较多时，pwmtemp 的绝对值相对比较大， 则给电机的 PWM 信号相对较大，这样电机转速相对较快；反之，电机转

29、速则相对较慢。由此可以看出，PID 算法主要的功能是，在闭环系统中，利用即时速度的反馈，使得即时速度逼近标准速度的时间尽量变短，这样小车就可以根据路径识别得出的速度标准值，及时调整的速度，以适应各种路况。例如，小车正在直道上行进，而且直道的时速应该是各种赛道中最快的，的路径识别算法察觉到前方出现弧度大的弯道后，系统会根据事先调试的结果， 给出大弧度弯道的速度标准值， 然后 PID 算法根据速度标准值 speed_v 和即时速度反馈值 infrared_value7 对电机的输入信号 PWM 进行及时调整，反映到实际中，就是小车及时并顺利通过弯道。在增量式 PID 处理的过程中，有一个步骤需要注

30、意，即在算完u(k)后，需要把它赋值给电机对应的 PWM 通道信号，这时要该u (k)的值，如果它小于 0，则把 PWM 信号赋值为 0，如果它大于 PWM信号的最大值，即大于 PWM 整个周期所对应的数值时，要把 PWM 信号赋值为该最大值。4.1.2 反向制动算法使在较短的时间完成比赛，速度自然越高越好，显然速度太高弯道是过不去的，如果以弯道的极限速度匀速跑，又浪费了直道的时间。所以最佳的策略是直道以较高的速度跑，到弯道时再尽快将速度降下来。在入弯时如果只靠赛道的摩擦阻力效果显然是不够理想的。为此我们引入反向制动算法。由于 BTN7971集成的 H 桥驱动电路本身就具有反向制动功能，所以不

31、需再外加硬件电路，只要误差大于一定值反向制动就可以了，制动时，电机反向电动势对整个系统电路造成的冲击，从而引起单片机工作不稳定，电流过大导致电机过热、电机频繁换向导致电刷打火剧烈导致电机列问题都是需要考虑的。缩短等一系- 21 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告4.2路径要想以最短的时间完成比赛，我们需要找出相对较短的行驶路径， 即路径。例如当摄像头看到信标时，直线跑过去触发线圈，直接过去和严格循迹相比速度快，行驶距离短等等。路况对每个区域赋以不同的。4.3舵机对于车体的转向，我队通过 PD舵机的打角，实现弯道的过度，但是考虑到整个赛道的弯道曲率是有差异的，因此，我们选择用动态 PD 来舵

32、机的打角，同时，根据赛道中心线来确定动态 PD 的范围，利用多次测量和用拟合的方法，确定了舵机 PD 参数的函数关系，因此在过比较大的弯道的时候，车子也能有比较好的路径。4.3车模差速由于采用的是 C，当速度快的时候，转弯如果仅仅依靠舵机打角是不够的，这时，制约速度进一步上升的主要问题就是车的机械结构，我们在多次跑赛道的时候发现，当因此会在弯道冲出赛道。达到一定速度的时候，车模在弯道打角会迟缓，所以，我们注意到 C 车模是双电机驱动的结构，并且，没有自身的机械差速结构，所以我们采用了软件电机达到车速的目的。传统汽车使用机械差速器来完成差速，机械差速器的基本运动规律是：无论转弯或直行，两侧驱动车

33、轮的转速之和始终等于差速器壳转速的 2 倍。常用的对称式锥齿轮差速器，其内摩擦力矩很小，实际上可以认为无论左右驱动轮转速是否相等，两边扭矩总是平均分配，这样的分配比例对于车辆在良好路面上直行或转弯时，其运行状态都是满意的。在电动汽车中，由于使用两台电机直接驱动后轮，不用安装机械差速器，但是在转弯时着差速问题。因此如何解决电动汽车转弯时的差速问题，成为电动汽车发展的关键问题。目前较为流行的方案有两种：基于转速调节和转矩调节。基于比赛要求，我们选择了基于转速调节的方法。4.4主销内倾角- 22 -第四章 智能车设计方案主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角，它的作用也是使前轮自动

34、。角度越大前轮自动的作用就越强，但转向就越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动车的主销内倾角不大于 8。的作用就越弱。通常汽对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于过大的内倾角也会增大转向阻力，增加轮胎磨损，所以在调整时可以近似调整为 03左右，不宜太大。主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的与车速无关，主销后倾的与车速有关，因此高速时主销后倾的作用大，低速时主销内倾的作用大。4.4.1 车轮外倾角前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，对汽车的转向性能有直接影响，它的作用是提高前轮的

35、转向安和转向的轻便性。在汽车的横向平面内，轮胎呈“八”字型时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为正外倾。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正外倾角度，一般这个角度约在 1左右，以减少承载轴承负荷，增加零件使用，提高汽车的安能。模型车提供了专门的外倾角调整配件，近似调节其外倾角。由于竞赛中模型主要用于竞速，所以要求尽量减轻重量，其底盘和前桥上承受的载荷不大，所以外倾角调整为 0即可，并且要与前轮前束匹配。4.4.2 前轮前束所谓前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

36、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。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”或“负前束”。在实际的汽车中，一般前012mm。- 23 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告在模型车中，前轮前通过调整伺服电机带动的左右横拉杆实现的。主销在垂直方向的位置确定后，改变左右横拉杆的长度即可以改变前轮前束的大小。在实际的调整过程中，我们发现较小的前束，约束 02mm 可以减小转向阻力，使模型车转向更为轻便，但实际效果不是十分明显。虽然模型车的主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾

37、角和前束等均可以调整，但是由于车模和制造精度的问题，在通用的规律中还存在着不少的偶然性，一切是实际调整的效果为准。- 24 -第五章主板电路图第五章主板电路图5.1主板原理图图 5.1 主板原理图5.2主板实物图- 25 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 5.2 主板实物图- 26 -第六章 开发与调试第六章开发与调试6.1 开发软件我们小组使用的是 IAR,好的开发和调试工具以及测试环境能够加快开发速度，提高调试精度，减少工作量。本智能开发和调试中所使用开发环境为 IAR for ARM，并配合 JTAG。通过以上各软件工具配合使用，再加上良好的测试环境，使得小车开发和调试能够顺利而

38、快速地完成。调试界面如下图所示：图 6.1 软件界面6.2 摄像头调试摄像头调试过程采用卡，便于观察图像。- 27 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告图 6.2卡6.3 硬件电路制作硬件电路 PCB 采用Altium Designer 设计硬件电路8。图 6.3 硬件电路制作界面- 28 -第七章智能车参数第七章智能车参数表 8.1智能汽车参数- 29 -项目参数车模编号C车模长宽高（厘米）29.316.133.9车模质量（克）1145车模轴距/轮距（毫米）200/150车模平均电流（匀速行驶）(毫安)1500电路电容总量（微法）1100传感器种类及个数摄像头1 红外蔽障3 编码器2新增加

39、伺服电机个数1赛道信息检测空间精度（毫米）10赛道信息检测频率（次/秒）60主要集成电路种类/数量K601BTN79714LM29411第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告- 30 -LM2940374HC2442第八章 总 结第八章总 结开始准备制作小车到现在有了大半年的时间，参队由三名本科生和两位指导现在，小组三人分工协作在的指导下，从对小车的一无所知到写程序、调硬件，最后小车慢慢的跑起来了。在这份技术报告中，我们分模块的介绍了智能车机械硬件方面、软件方面以及电路的设计，最重要的是我们的策略及算法。在硬件上，我们查找资料，安装测试，经过多次测试选出了最为适合我们小车的安装方式。在软件设计和

40、算法方面，我们先分模块介绍智能车所用到的模块的初始化流程，再详细的介绍路径识别、转弯以及车辆行驶速度的算法。通过不断地调试与参数的修改，能够比较平稳的完成比赛赛道。一个稳定的系统必然要经历不断的调试与修改，我们小队成员都在不断努力，使模型车速度能够达到更高！经过接近半年的努力，我们相信，在即将到来的比赛中我们会取得也许我们的知识还不够丰富，思维还不够严谨，硬件技术还不够精，但是我们坚信，通过我们不断的学习和团队合作，一定会取得更高的成就，也认识到要做好一件事情，只有和是完全不够的，还要有持之以恒的毅力和不辞辛苦的精神，特别是软件部分的调试，没有冷静的头脑和缜密的思维，是不可能编写出结构严谨的程

41、序的。这一部智能车和这一份技术报告，凝结了我们小队每一位成员的汗水和智慧。我相信它们会成为我们珍贵的记忆。于此同时，在这里每个人都会所得，做有所获，懂得团队的重要性，学会合作分工，找到擅长的一面，弥补的不足。- 31 -第十一届大学生智能汽车邀请赛技术报告参考文献12.3.4.5.6John 7.采用模糊PID，单片机律的舵机系统设计J.航空兵器，2006,2(1):7-9.应用的开发方法，北京：，20042000，华成英模拟电子技术基础M北京. 高等教育，. 汽车急转侧滑的预防原理. 现代制造工程. 2006农业机械学报. 2006等. 汽车前算法研究.J. Craig 著.人学导论M.北械

42、工业，2005.科技大学电机工程系.单轮式倒单摆平衡 PIDD.台北：国立学位，2005. ALTIUM DESIGNER 从入门到精通M北89械工业，20112009 年.，编著，现代理论（第二版）高等教育1011121314151617等. 学做智能车 2004 年北京航空航天大学陶永华主编. 新型 PID及其应用机械工业2002 年.实时操作系统LCOS-(第 2 版)M. 北京2004.数字电子技术基础M.北京:高等教育.C 程序设计M.北京:,1998.,2005.,.数据结构基础M.大连：大连理工大学，1994.自动原理(第六版)M.科学,2014.2005春汽车理论M北械工业- 32 -附录附录 A大白部分程序代码#include common.h #include include.h #