文档介绍：第六届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛技术报告
学 校: 杭州电子科技大学信息工程学院队伍名称: 杭电信工 1 队
参赛队员: 梁利锋何少华陈巍带队教师: 尹克 曾毓
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:梁利锋
何少华陈巍
带队教师签名: 尹克曾毓日 期:
目录
关于技术报告和研究论文使用授权的说明 II
摘要 IV
第一章引言 1
第二章机械结构部分 2
舵机的固定与安装 2
前轮的调整 3
差速的调整 4
整车重心的调整(静止状态) 4
半米的前瞻机械系统 5
第三章传感器的选择和布局 6
传感器的选择 6
电磁感应线圈在磁场中的特性 7
传感器布局 9
第四章硬件电路模块 11
控制器模块 12
路径识别模块 13
电源模块 15
测速模块 16
电机驱动模块 16
起跑线检测模块 17
LCD液晶显示与键盘模块 18
单片机控制模块 18
第五章智能车软件设计 20
控制总流程 20
导线位置提取 20
系统控制算法 21
第六章开发与调试 23
第七章智能车技术参数说明 24
第八章鸣谢 25
第九章总结 I
附录A 电路原理图 II
附录B 核心算法子程序 VI
摘要
本智能小车以飞思卡尔 16 位微控制 MC9S12XS128 作为唯一的核心控制单元, 采用电感线圈和干簧管获取道路信息,通过设计简单的 PID 速度控制器和简单的 PID 方向控制器实时调整小车的速度与转角。
本报告分为七个章节:第一章为引言介绍;第二章介绍了本智能车的机械设计;第三章具体介绍了智能车传感器选择与布局设计;第四章具体介绍了智能车硬件电路设计;第五章介绍了智能车的软件设计;第六章为智能车开发与调试环境;第七、九章为智能车技术参数说明及总结。
第一章引言
电磁组是上届新增的组别,和摄像头组和光电组不同的是,电磁组的前瞻较近,因此,组委会在这届取消了对前瞻的限制。我们就此增加了前瞻距离,使得小车能提前检测到前面的赛道信息,从而使舵机的灵敏度提高,并且也对小车直道入弯减速提供了保障,减少了侧滑和侧翻。
在增加小车前瞻的基础上,我们利用了电磁组可以利用模拟信息进行直接控制的优势,减少了电感线圈的数量,并对电感线圈进行了较为合理的排布,使小车能够利用较少的传感器数量进行精准快速的控制,同时也在硬件维护和软件设计上提供了便捷。
电磁车存在着诸多方面的不足,比如在机械方面,就要比其他两个组别笨重不少。为此,我们需要特别关注整车的重量均衡问题,以减少行车过程中的甩尾和侧翻现象。
在机械和软硬件上的改进,我们最终使小车在速度和稳定性上有了双重的突破。
第二章机械结构部分
图 智能车整体图
舵机的固定与安装
在舵机的安装过程中,我们发现,将舵机的摆臂增长可以提高舵机的响应速度。因为舵机的摆臂越长,当车轮转过相同的角度时,舵机转过的角度越小,即时间越短。我们把它竖着安装,并增长了摆臂,如图 所示,而且两条拉杆的长度也在合理的范围内做了相应的调整。虽然加大力臂会加快舵机的转向,但是力臂的长度和力矩是成反比的,会导致舵机有一个空转的角度,所以要在多次的实验中选择合适的力臂。
图 舵机安装图
第二章机械结构部分
前轮的调整
调试中发现,前轮的初始状态对车子转弯有很大的影响。总的来说,决定前轮的初始状态有以下几个参数:主销内倾、主销后倾、前轮外倾、前轮前束。
主销内倾角指前轮的主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。内倾角可以使车轮保持直线行驶,这个角度和它的轮子回正能力是成反比的,也就是说角度越大,回正能力越强,但是轮子转向阻力增大,由于这个限制,通常这个角度不会大于 8 度,一般 3°左右就够了。当转向轮在外力作用下发生偏转时, 由于主销内倾的原因,车轮连同整个汽车的前部将被抬起一定高度;当外力消失后,车轮就会在重力作用下恢复到原来的中间位置。为了避免前轮胎的磨损,我们这里将主销内倾角设置为 3 度左右。
主销后倾角指主销轴线与车体纵向平面的夹角,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