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自治智能车在模拟车辆列队中的设计
摘要
自治智能车是基于考虑车辆和道路在内的车辆编队的物理仿真的基础。本文在车辆道路综合的情况下,分析了车辆编队系统的架构,并提出了自制智能车控制系统的构造和结构。在分析了自治智能车的功能要求之后,本文设计了自治智能车关键的硬件和软件。它把芯片作为控制器,以及用摄像头和超声波传感器作为行车导航。同时,它应用直流电机实现智能车的驱动和转向,以及采用Zigbee技术来设计无线通信模块。我们提出的关于识别导航线和运动控制的关键算法,这其中包括路径提取和控制算法。试验表明自治智能车有一个良好的稳定性能,满足了车辆编队系统的功能要求,这款车将提供测试平台和车辆编队系统的进一步研究的技术基础。

近年来,随着横向和纵向的智能车辆控制技术等智能交通技术的发展,车辆列队研究已成为在智能交通领域的热点,它融合了一些技术,这其中包括车辆间相互通信,公路通信技术,智能控制技术等。在车辆道路综合的基础上的车辆队列控制系统可以通过提高单个车辆的智能化水平,提高与交通环境交互信息的能力,以及增加车辆密度来提高道路通行能力。与此同时,它减少了控制对象,简化了交通控制复杂性,增加了运输可控性,有效地缓解了交通堵塞,并最终提高了行车安全性。此外,它可以在一定程度上减少车辆阻力和车辆油耗。
图1显示了基于车辆道路行驶的车辆队列架构系统,这表明智能车辆控制,车路信息交互技术,车辆队列和控制方式和其他关键技术是系统的重要组成部分。然而,目前汽车队列的结构,行为特征和智能化行程控制算法尚未完善。因此,有必要研究一些基础东西,这包括车辆队列,车辆队列模型,及车辆小队控制方法的行为特征,这些研究需要在建设有硬件循环仿真的车辆队列系统中进行。
交通运输类监控层
道路汽车调度层
车辆队列控制层
信息进程
执行
传感器
汽车1汽车2汽车n
道路和环境
图1基于车辆道路的车辆队列系统的体系结构
为实现对队列行驶车辆的模拟,智能控制和交换信息是必要的。该系统需要智能控制,信息交互、自治的稳定性。图2是的自治智能车系统的结构。自治智能车采用单片机作为控制器,并使用摄像头、导航传感器和超声波传感器,基于Zigbee技术的无线通信模块。
本文将首先分析基于自治智能车功能要求的整体设计方案,然后介绍了横向和纵向的控制和导航的硬件实现方式和如何处理的关键问题,并讨论如何通过优化控制算法和软件来提高汽车的稳定性和智能化水平,随后根据实际过程的测量自治智能汽车的性能介绍它的自治的策略。
单片机
距离测量传感器
速度测量传感器
纵向信息
无线传输
和接受模块
摄像头
横向信息
角度传感器
行驶
电机
转向
电机
横向控制
纵向控制
道路
图2自治智能小车控制系统
2. 自治智能模拟车整体设计
自治智能车包括四个部分:检测系统,电力系统,通信系统,控制和决策系统。
检测系统是最重要的,其主要工作是导航。我们选择CMOS摄像机作为检测传感器,它可以检测出车道,引导车辆在路上顺利的行驶。考虑到单一的CMOS图像传感器不能理想的检测车的距离,超车距离和其他运动参数,我们选择了超声波传感器。
电力系统主要控制电机的转向角度和直流电机的速度。该控制过程如下:首先,检测系统收集路径信息,然后驱动器系统使直流电动机产生适当的转速,转向电机根据控制和决策系统的分析和判断给出一个正确的转向角,所以自治智能汽车可以跑得快而且平稳。为了通过车队仿真控制得到更实际的行为特征,自治智能车在该系统中采用后轮驱动和前轮转向的结构。
在车辆与车辆之间和车辆与道路之间的无线通信网络中,。多节点的网络需要大的网络容量和自组织无线通信技术,相较于其他无线通讯技术,Zigbee有更高的数据传输速率和执行时的更稳定。它的网络能够支持上千个节点,是在小范围内监测和控制的最好选择。
控制和决策系统以飞思卡尔16位单片机- MC9S12XDP512作为其主要控制芯片,它的40M的主频能够满足实时检测和信息处理的需要。此外,它可以提供丰富的I/ O端口,精确的时钟输入捕捉和时钟资源。XDP512连接所有的子模块,收集周围的车辆信息,并处理数据,根据控制算法输出控制信号。
HCSX12控制核心
Zigbee 模块
PC检测和控制
车辆之间通信
车辆道路通信
CMOS传感器
超声波传感器
前轮横向控制器
后轮纵向控制
图3系统框架

硬件设计对自治智能车的运行效果有直接的影响,根据自治智能车总体的分析,硬件应该含有以下模块:(1)导航模块,这其中包括数字CMOS摄像头和超声波无障碍检测传