当前位置:首页 > 智能小车全国一等奖 北京科技大学摄像头组一队技术报告
引 言
随着科学技术的不断发展进步,智能控制的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。智能车技术依托于智能控制,前景广阔且发展迅速。目前,掌握着汽车工业关键技术的发达国家已经开发了许多智能车的实验平台和商品化的车辆辅助驾驶系统。有研究认为智能汽车作为一种全新的汽车概念和汽车产品, 在不久的将来会成为汽车生产和汽车市场的主流产品。
面向大学生的智能汽车竞赛最早始于韩国,在国内,全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛从2006年开始已经举办了八届,得到了各级领导及各高校师生的高度评价。大赛为智能车领域培养了大量后备人才,为大学生提供了一个充分展示想象力和创造力的舞台,吸引着越来越多来自不同专业的大学生参与其中。
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛包括光电组、摄像头组和电磁组,其中数摄像头组的智能车速度最快,备受关注。
本技术报告主要包括机械系统、硬件系统、软件系统等,详尽地阐述了我们的设计方案,具体表现在硬件电路的创新设计以及控制算法的独特想法。智能车的制作过程包含着我们的辛勤努力,这份报告凝聚了我们智慧,是我们团队共同努力的成果。
在准备比赛的过程中,我们小组成员涉猎控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科,几个月来的经历,培养了我们电路设计、软件编程、系统调试等方面的能力,锻炼了我们知识融合、实践动手的能力,对今后的学习工作都有着重大的实际意义。
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第一章 系统总体设计
1.1系统概述
智能车系统的总体工作模式为:CMOS图像传感器拍摄赛道图像,输出PAL制式信号,经过信号处理模块进行硬件二值化,采用LM1881进行视频同步分离,二值化图像信号、奇偶场信号、行同步信号输入到MK60N512VMD100微控制器,进行进一步处理获得主要的赛道信息;通过光电编码器来检测车速,并采用MK60N512VMD100的输入捕捉功能进行脉冲计算获得速度和路程;转向舵机采用PD控制;驱动电机采用 PID控制,通过PWM控制驱动电路调整电机的功率;而车速的目标值由默认值、运行安全方案和基于图像处理的优化策略进行综合控制。
根据智能车系统的基本要求,我们设计了系统结构图,如图1.1所示。在满足比赛要求的情况下,力求系统简单高效,因而在设计过程中尽量简化硬件结构,减少因硬件而出现的问题。
摄像头CMOS 模拟图像信号 LM1881 行同步信号 奇偶场信号 图像处理模块 二值化后图像 光电编码器 速度信息 IIC/SPI/SCI MK60N512VMD100 上位机 电机驱动模块 舵机转向模块 图1.1 系统结构图
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第一章 系统总体设计
1.2整车布局
今年模型车的整车布局本着轻量化设计,如图2.1.具有以下特点: (1)架高舵机并直立安装,以提高舵机响应速度; (2)主板低位放置,降低赛车重心;
(3)采用强度高、质量轻的材料制作摄像头支架; (4)摄像头后置于模型车的中间部分,减少赛车前方盲区。
图1.2 整车布局图
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第二章 机械系统设计及实现
摄像头组今年采用B车模,前轮驱动后轮转向,因此我们分析后轮转向模型,结合B车模的特点,将我们车的机械部分设计如下:
2.1车模转向模型分析
摄像头组今年采用B车模,前轮驱动后轮转向,所以首先我们分析下后轮转向与前路转向的区别。下图为小车后轮转向的示意图:
图2.1 后轮转向模型
图中为理想状态下的车模向左转弯,其中α、β为转向轮的打角,γ为质心处侧偏角,转向半径为ρ。理想的转向模型(阿克曼转向模型),是指在轮胎不打滑时,忽略左右两侧轮胎由于受力不均产生的变形,忽略轮胎受重力影响下的变形时车辆的转向建模。车轮满足转向原理,左右轮的轴线与前轮轴线这三条直线必然交于一点。在这种理想的模型下,车体的转向半径ρ可以计算得到。
从图中可以看出在质心处小车在转弯时有向外侧侧偏角,如果将质心速度分解平行于车身和垂直于车身的两个分量后,会发现垂直车身的速度分量指向车身外侧,这表明小车在转弯时有向外侧移动的趋势。
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