基于微处理器的智能车控制系统开发与研究

论文摘要

智能汽车是智能交通系统(ITS)中的关键环节,智能汽车自主驾驶技术在公路管理、交通运输等方面有着广阔的应用前景,受到广泛的重视。本文以“飞思卡尔”全国智能车竞赛为背景,讨论了智能车系统的设计,在对智能车模型的车体机械结构以及硬件电路进行设计的基础上,对智能车自主行驶的控制算法进行了研究。论文的主要工作如下:(1)文章针对控制要求对智能车模型的机械结构进行设计和调整。结合汽车理论与实验对智能车主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角、车轮前束等前轮定位参数进行了调整,同时对智能车运行中产生侧滑的原因进行分析,并对智能车的质量和重心位置进行优化调整,保证控制系统具备灵活而执行能力强的执行机构。(2)文章对智能车的硬件电路系统进行了设计与讨论。分别针对单片机最小系统、电源模块、道路识别模块、电机驱动模块和无线通讯模块等部分电路进行设计,保证每部分的稳定性与电路硬件系统整体的稳定性和可靠性。(3)在道路识别的研究中,文章针对道路标志线特征,采用数字图像处理方法,提出准确而快速的道路辨识方法,在此基础上对人—车—路闭环系统进行分析。(4)汽车动力学系统具有较强的非线性特性,用传统方式进行控制不仅求解时间较长、难度较高,而且很难求得最优解;采用经典PID算法对系统进行控制则无法克服智能车在不同路况下控制参数不匹配等问题,控制效果不理想。本文采用基于专家经验的模糊PID控制方法对系统进行控制,同时在大量实验的基础上结合专家经验讨论了PID参数的实时整定方法。实验证明,所建立的控制系统具有适应性强,实时性好,简洁高效的特点,以该系统为控制核心的智能车模型能够正确而快速地对预期轨道进行辨识和跟踪。该车模在第二届“飞思卡尔”杯全国智能车竞赛中获得全国一等奖。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 智能汽车研究的国内外近况
• 1.2 智能车竞赛的背景发展状况
• 2 汽车理论与智能车机械结构设计
• 2.1 前轮定位
• 2.1.1 主销后倾角
• 2.1.2 主销内倾角
• 2.1.3 前轮外倾角
• 2.1.4 前轮前束
• 2.2 重心位置的控制与影响侧滑的因素
• 2.3 传感器的安装
• 2.3.1 道路检测方式的选择
• 2.3.2 摄像头定位
• 2.4 本章小结
• 3 智能车系统硬件电路设计
• 3.1 单片机最小系统
• 3.1.1 时钟电路设计
• 3.1.2 复位电路设计
• 3.1.3 最小系统电源设计
• 3.1.4 最小系统设计
• 3.2 电源模块
• 3.2.1 5V稳压模块的设计
• 3.2.2 9V稳压电源
• 3.3 道路检测模块
• 3.3.1 全电视信号的分析
• 3.3.2 道路检测模块硬件电路
• 3.3.3 视频采集的驱动设计
• 3.4 舵机控制介绍
• 3.5 电机驱动模块
• 3.5.1 电机驱动模块硬件电路
• 3.5.2 电机控制策略
• 3.6 无线通讯模块
• 3.7 本章小结
• 4 赛道的识别
• 4.1 控制系统的分析
• 4.2 赛道标示线的识别
• 4.2.1 梯度检测在图像处理中的应用
• 4.2.2 标志线连续特征的利用
• 4.2.3 大斜率情况的处理方法
• 4.3 图像畸变的校正
• 4.4 本章小结
• 5 基于模糊PID的智能车控制系统
• 5.1 控制决策分析
• 5.2 系统早期的控制方法
• 5.2.1 基于PID的控制方法
• 5.2.2 预瞄跟随理论
• 5.3 模糊PID理论概述
• 5.4 智能车系统模糊PID控制器设计
• 5.4.1 清晰量的模糊化
• 5.4.2 模糊量的清晰化
• 5.4.3 控制规则
• 5.4.4 CPU12的模糊逻辑指令
• 5.5 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 获奖证书
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢