第八届飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告-工大电磁一队

电磁 飞思卡尔

本文以第八届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车设计、制作的技术信息。该比赛采用大赛组委会统一提供的1：10仿真车模，以Freescale 半导体公司生产的32位单片机MPC5604为核心控制器，采用Codewarrior IDE2.9 作为开发环境，自主构思控制策略和算法结构，硬件上采用bts7970用两路PWM 波控制电机正反转，传感器采用普通工字电感构成谐振回路，通过感应赛道导线上方的磁场，控制规定车模在50cm宽的赛道上稳定行驶。硬件上通过对汽车动力学理论的学习来优化智能车的机械结构，软件上通过对PID控制，来提高智能车的速度和鲁棒性。

关键词：智能车 单片机 电磁导航 PID 控制器

1.1 比赛背景智能车是一种高新技术密集型的新型汽车，它涵盖的范围广泛包括模式识别、传感器技术、自动化控制实现、电力电子技术、计算机技术等多个领域。在国际上已经形成智能汽车研究、设计、开发、竞赛的热潮。在我国，教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队合作精神的培养，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办了每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。全国大学生智能汽车竞赛是在竞赛组委会提供的统一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8 位、16 位微控制器作为核心控制模块，通过设计道路识别传感器和电机驱动电路、编写相应软件及装配模型车，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线（路线赛前未知）行进，以完成时间最短者为优胜。智能车竞赛目前已经发展有摄像头与光电组和电磁组三个组别比赛，赛车速度与比赛质量也越来越高，竞争更是日趋激烈。

1.2 总体方案介绍本智能控制系统可以由传感器、信息处理、控制算法、执行机构、速度反馈五个部分组成。其中，以单片机为核心，配有传感器、测速电路，执行机构以及它们的驱动电路构成了控制系统的硬件；信息处理与控制算法由运行在单片机中的控制软件完成。在检测方面，系统是以电感传感器检测赛道中间的通有 100mA，20KHz 电流的铜线作为识别路径的手段的，其重点之一就是通过电感传感器来提高获取路径信息的准确度和速度，从而提高智能车的速度及可靠性。在控制方面，系统重点研究大赛指定型号舵机和电机的控制方案及算法。舵机的控制目标：脉宽与转角呈线性变化，能够以较快的速度控制舵机，延迟控制在 10ms 内，误差控制尽可能的小。电机的控制目标：能根据路况进行快速地加速和减速，使电机尽可能快地接近目标速度，能够获得很好的期望速度，以较快的速度跑完整个赛道。

此外，机械结构的调整是保证智能车系统能够稳定可靠运行的前提。因此，机械结构的调校是至关重要的，尤其是前轮的调校。机械结构调整的原则是：减少质量，降低重心，加固安装，使车体的转向惯量尽量最小。

第二章 机械结构部份的设计及调整智能车的核心是控制策略和算法，但是，机械结构也是限制赛车速度的巨大瓶颈，如果一辆赛车的程序架构很好，但是机械部分做的不好的话，其速度也会被大大的限制。

2.1 整车布局（1）车模底盘降低，主板低放，以降低重心。（2）舵机竖直放置，方便控制。（3）用轻便坚固的碳纤杆作为前端传感器的支撑材料。（4）电感安装在最前方，碳纤杆的长度大概是 45cm，为了能够提前检测到，以至车体能够及时反映。（5）电池后移，从而使智能车重心能够尽量位于车体中间偏后，这样才能保证智能车在高速行进时的稳定性，减少甩尾现象