小型智能车自动驾驶系统设计与实现

论文摘要

本文在详细了解国内外车辆自动驾驶技术的基础上,设计了智能模型车自动驾驶系统的硬件电路和相关的调试手段,建立了开发平台,并在其上实现了快速巡线行驶的检测和控制算法。智能车控制系统设计中既有很多理论分析,也有很多实际的工程问题,本文针对其中几个与模型相关的,设计控制系统所必需分析的问题设计了实验。给出了车模的加减速模型、转向模型、图像逆投影变换模型等等。结合硬件设计,本文提出的一种新的图像采集方法可以大幅降低控制回路中的纯滞后,降低了对控制器的要求,提高了控制品质。在实验和分析的基础上,结合车速和转向模型设计了一个具有两层结构的控制器模型。设计了时间最优意义下的多模式车速控制器,同时定性地给出了转向系统的控制模型。本文设计的起跑线检测光电管阵列可以仅在通过起跑线的时候再去判断,无需在行驶过程中不停地检测起跑线,大幅减少了运算量。本文还给出了一种基本的赛道记忆算法,实践证明可以将赛道分段记录下来,在长直线段上通过进一步提高车速减少运行时间。另外,本文还将车辆主动安全系统中的跑偏检测方法成功地应用在模型车上,为赛车稳定地沿线行驶提供了更丰富的信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车辆自动驾驶研究现状
• 1.3 车辆主动安全系统中的跑偏检测问题
• 1.4 智能车竞赛
• 1.5 本文的主要研究工作
• 2 自动驾驶系统的开发平台
• 2.1 电路系统
• 2.1.1 电源
• 2.1.2 电机驱动和测速
• 2.1.3 图像采集和光电管探测
• 2.2 工具软件和无线传输协议
• 2.3 小结
• 3 系统建模和实验
• 3.1 车速模型测定
• 3.1.1 加、减速模型实验
• 3.2 转向模型及实验
• 3.2.1 机械参数调整
• 3.2.2 控制量与前轮转角标定实验
• 3.2.3 前轮角度与转弯半径关系
• 3.2.4 车路关系分析
• 3.2.5 象素坐标转换到物理坐标
• 3.3 车道跑偏检测方法
• 3.4 小结
• 4 检测、控制与程序流程
• 4.1 道路信息提取算法
• 4.1.1 引导线识别
• 4.1.2 提取长直赛道信息
• 4.1.3 提取弯道信息
• 4.2 方向控制器
• 4.2.1 方向控制系统分析
• 4.2.2 方向控制系统设计
• 4.3 速度控制器
• 4.3.1 速度控制系统分析
• 4.3.2 速度控制系统设计
• 4.4 行驶策略调度
• 5 控制效果、展望与参赛心得
• 6 结论
• 7 致谢
• 8 参考文献