基于飞思卡尔单片机的智能车设计
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2.3.3
前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右[2]。
2.4
舵机响应速度是整车过弯速度的一个瓶颈。为了加快车轮转向速度，我们设计并安装了舵机转向机构。在并非改变舵机本身结构的条件下，将舵机竖立起来，加大两端的力臂，并使其力臂相等。通过实际测试，力臂的增大的确大大提高了模型车的转弯时的转向。
1.2
我国于2006年8月举办第一届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，此次比赛吸引了来自全国59所著名学校的112支代表队的参与，大赛分预赛和决赛两个阶段。每年一届，已成功举办四届，此项比赛吸引了来自全国的100多所著名学校的200多支代表队参与，由于参赛队较多，大赛分为分赛区比赛和全国总决赛。全国共分东北赛区、华北赛区、华东赛区、华南赛区及西南赛区五个分赛区。分赛区的前几名优胜者参加全国的总决赛。本届比赛在前几届比赛的基础上增加了赛道的难度，增加了弯道和蛇形道在整个赛道中的比重，在决赛中还增加了不同角度的坡道，这对参赛选手及智能模型车系统提出了更高的要求。通过比赛促进了高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
根据第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛的技术要求，赛车以检测通以20KHZ、100mA的导线的电磁场为基础，通过单片机采集到的磁感应电压信号，实现对赛车的转向控制，进而识别赛道达到路径寻迹的目的。本设计针对控制要求对智能车模型的机械结构进行设计和调整，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。在硬件方面，系统由控制核心(MCU)模块、电源管理模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、速度检测模块以及LCD显示模块等组成动程序等相关程序。
本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，对智能车控制系统进行了深入的讨论，以作者参与制作的智能模型车为例简要介绍了智能模型车的设计制作全过程,主要涉及到机械、电子、传感器技术、驱动控制技术、自动控制、人工智能等多个领域的研究及技术融合。本系统虽然只是一个模型，但具有充份的科学性、实用性和先进性，对真实智能车控制系统所遇到的问题，都有所研究。
The design of the original smart car system, based on the hardware circuit has been improved to improve the prospective path detection and interference. The results show that the smart car in terms of speed, stability and reliability have reached a good state.
2.3.2
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。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，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用小。
舵机升高之后，直线行驶状态下的车轮定位参数尤其是前束值会发生变化，这时需要稍微调整两根转向拉杆的长度，将前束值调整至合理的范围内。摆臂加长后，舵机空程会明显，但是差别不大，通过程序微调舵机最大转角能够休整，所以可以忽略。
Key words: Intelligentcarcontrol;The electromagnetic sensor;Software Design;Pathrecognition
0
智能运输系统作为未来交通发展趋势之一，为解决城市交通拥挤和堵塞问题提供了有效途径。从八十年代以来，美国、日本、欧洲等发达国家和地区竞相投入巨额资金和大量人力，开始大规模的进行交通运输智能化的研究，取得了许多重要成果。而作为智能车高速系统（Intelligent Vehicle Highway Systems，简称IVHS）的重要一部份，智能车在世界各国的研究也随着计算机技术、网络技术、通讯技术的飞速发展而不断深入。
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4个项目决定，所使用的车模中，车轮和主销是平行的，调成了0度左右，适当的正前束可以提高连续转向的反应能力。主销内倾角给了一个适当的值，会更有利于过弯。
2.3.1
主销内倾是指主销装在前轴，略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
According to the eighth "Freescale" Cup National Undergraduate Smart Car Competition technical requirements, in order to detect the car pass by 20KHZ, 100mA wire EMF-based microcontroller collected through magnetic induction voltage signal, steering control of the car, thus identify the track reaches the path tracing purposes. The design requirements for the control of the smart car model design and the mechanical structure adjustment, while the smart car running analyze the causes of skidding, and the quality and smart car adjustments to optimize the center of gravity position. In terms of hardware, the system controlled by the core (MCU) modules, power management module, the path identification module, the motor drive module, servo control module, the speed detection module and LCD display modules and other components. On the software side, the main compiled main program, speed detection procedures, motors and servo drivers and other related procedures.
中文题目：基于飞思卡尔单片机的智能车设计
外文题目：FREESCALE MCU-BASED DESIGN OF INTELLIGENT VEHICLE
毕业设计（论文）共71页（其中：外文文献及译文5页）图纸共1张
完成日期2013年6月答辩日期2013年6月
摘要
本设计主要讨论了基于Freescale公司的MC9S12XS128芯片制作的自主巡线智能车的设计方案和原理。本文将从机械结构设计，硬件电路设计和软件算法设计等几个方面全面介绍智能车的制作及调试过程。
2.2
传感器采用的是2个磁场检测电感一字均匀分布的布局安装，如图2-2所示。传感器伸出车体一定的距离以获得相应的前瞻性[1]。
图2-2传感器的安装
Fig.2-2 Sensor installation
2.3
调试中发现，在赛车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。
1
1.1
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会将提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短且技术报告评分较高的参赛队为获胜者。2000年智能汽车竞赛首先由韩国汉阳大学承办开展起来，每年全韩国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，至今己成功举办了9届，得到了众多高校和大学生欢迎，也逐渐得到了企业界的极大关注。韩国现代公司自2004年开始免费捐赠了一辆轿车作为赛事的特等奖项。德国宝马公司也提供了不菲的资助，邀请3名获奖学生到德国宝马公司研究所访问，2005年SUNMOON大学的参赛者获得了这一殊荣。美国国防部已经成功举办了五届智能汽车大赛，美国国防部希望智能汽车最终能够用于军事，以使士兵更加安全。汽车制造商认为，人工智能系统将能帮助人们驾驶，最终完全承担驾驶任务；研究者希望他们的技术将有助于减少交通事故。
1.3
1）查阅相关文献，根据比赛规则要求，设计制定智能模型车系统方案；
2）选择及设计关键器件，并进行相应的标定实验及功能模块设计；
3）智能模型车系统的整体硬件设计及研究；
4）智能模型车系统的整体软件设计及研究；
5）开发智能模型车系统开发平台；
6）智能模型车系统的调试与优化。
2
智能车的设计涵盖了控制、模式识别、电子、机械等多个学科的知识，但是总的来说归纳为硬件和软件两个方面。对于智能车系统来说拥有稳定而结构合理的硬件是智能车在比赛中取得好成绩的基础。车体结构是硬件中一个很重要的方面，从控制的角度来说，这部分既是系统的执行机构又是被控对象。车模底盘参数优化和前轮参数优化等调整可以保证车体在机械结构方面具有良好的性能，使其拥有较强的执行能力，其重要性丝毫不亚于良好的控制决策，而保证被控对象的轻便与灵活同样有利于提高控制效果。机械结构部分工作主要包含传感器的安装、前轮注销倾向的调节、舵机的安装、主控板的连接与固定，干簧管的安装、驱动模块的安装、编码器的安装以及后轮差速的调整等。
前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右[2]。
2.4
舵机响应速度是整车过弯速度的一个瓶颈。为了加快车轮转向速度，我们设计并安装了舵机转向机构。在并非改变舵机本身结构的条件下，将舵机竖立起来，加大两端的力臂，并使其力臂相等。通过实际测试，力臂的增大的确大大提高了模型车的转弯时的转向。
1.2
我国于2006年8月举办第一届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，此次比赛吸引了来自全国59所著名学校的112支代表队的参与，大赛分预赛和决赛两个阶段。每年一届，已成功举办四届，此项比赛吸引了来自全国的100多所著名学校的200多支代表队参与，由于参赛队较多，大赛分为分赛区比赛和全国总决赛。全国共分东北赛区、华北赛区、华东赛区、华南赛区及西南赛区五个分赛区。分赛区的前几名优胜者参加全国的总决赛。本届比赛在前几届比赛的基础上增加了赛道的难度，增加了弯道和蛇形道在整个赛道中的比重，在决赛中还增加了不同角度的坡道，这对参赛选手及智能模型车系统提出了更高的要求。通过比赛促进了高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。
根据第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛的技术要求，赛车以检测通以20KHZ、100mA的导线的电磁场为基础，通过单片机采集到的磁感应电压信号，实现对赛车的转向控制，进而识别赛道达到路径寻迹的目的。本设计针对控制要求对智能车模型的机械结构进行设计和调整，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。在硬件方面，系统由控制核心(MCU)模块、电源管理模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、速度检测模块以及LCD显示模块等组成动程序等相关程序。
本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，对智能车控制系统进行了深入的讨论，以作者参与制作的智能模型车为例简要介绍了智能模型车的设计制作全过程,主要涉及到机械、电子、传感器技术、驱动控制技术、自动控制、人工智能等多个领域的研究及技术融合。本系统虽然只是一个模型，但具有充份的科学性、实用性和先进性，对真实智能车控制系统所遇到的问题，都有所研究。
The design of the original smart car system, based on the hardware circuit has been improved to improve the prospective path detection and interference. The results show that the smart car in terms of speed, stability and reliability have reached a good state.
2.3.2
主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。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，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用小。
舵机升高之后，直线行驶状态下的车轮定位参数尤其是前束值会发生变化，这时需要稍微调整两根转向拉杆的长度，将前束值调整至合理的范围内。摆臂加长后，舵机空程会明显，但是差别不大，通过程序微调舵机最大转角能够休整，所以可以忽略。
Key words: Intelligentcarcontrol;The electromagnetic sensor;Software Design;Pathrecognition
0
智能运输系统作为未来交通发展趋势之一，为解决城市交通拥挤和堵塞问题提供了有效途径。从八十年代以来，美国、日本、欧洲等发达国家和地区竞相投入巨额资金和大量人力，开始大规模的进行交通运输智能化的研究，取得了许多重要成果。而作为智能车高速系统（Intelligent Vehicle Highway Systems，简称IVHS）的重要一部份，智能车在世界各国的研究也随着计算机技术、网络技术、通讯技术的飞速发展而不断深入。
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4个项目决定，所使用的车模中，车轮和主销是平行的，调成了0度左右，适当的正前束可以提高连续转向的反应能力。主销内倾角给了一个适当的值，会更有利于过弯。
2.3.1
主销内倾是指主销装在前轴，略向内倾斜的角度，它的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。
According to the eighth "Freescale" Cup National Undergraduate Smart Car Competition technical requirements, in order to detect the car pass by 20KHZ, 100mA wire EMF-based microcontroller collected through magnetic induction voltage signal, steering control of the car, thus identify the track reaches the path tracing purposes. The design requirements for the control of the smart car model design and the mechanical structure adjustment, while the smart car running analyze the causes of skidding, and the quality and smart car adjustments to optimize the center of gravity position. In terms of hardware, the system controlled by the core (MCU) modules, power management module, the path identification module, the motor drive module, servo control module, the speed detection module and LCD display modules and other components. On the software side, the main compiled main program, speed detection procedures, motors and servo drivers and other related procedures.
中文题目：基于飞思卡尔单片机的智能车设计
外文题目：FREESCALE MCU-BASED DESIGN OF INTELLIGENT VEHICLE
毕业设计（论文）共71页（其中：外文文献及译文5页）图纸共1张
完成日期2013年6月答辩日期2013年6月
摘要
本设计主要讨论了基于Freescale公司的MC9S12XS128芯片制作的自主巡线智能车的设计方案和原理。本文将从机械结构设计，硬件电路设计和软件算法设计等几个方面全面介绍智能车的制作及调试过程。
2.2
传感器采用的是2个磁场检测电感一字均匀分布的布局安装，如图2-2所示。传感器伸出车体一定的距离以获得相应的前瞻性[1]。
图2-2传感器的安装
Fig.2-2 Sensor installation
2.3
调试中发现，在赛车过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。
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1.1
韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会将提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短且技术报告评分较高的参赛队为获胜者。2000年智能汽车竞赛首先由韩国汉阳大学承办开展起来，每年全韩国大约有100余支大学生队伍报名并准予参赛，至今己成功举办了9届，得到了众多高校和大学生欢迎，也逐渐得到了企业界的极大关注。韩国现代公司自2004年开始免费捐赠了一辆轿车作为赛事的特等奖项。德国宝马公司也提供了不菲的资助，邀请3名获奖学生到德国宝马公司研究所访问，2005年SUNMOON大学的参赛者获得了这一殊荣。美国国防部已经成功举办了五届智能汽车大赛，美国国防部希望智能汽车最终能够用于军事，以使士兵更加安全。汽车制造商认为，人工智能系统将能帮助人们驾驶，最终完全承担驾驶任务；研究者希望他们的技术将有助于减少交通事故。
1.3
1）查阅相关文献，根据比赛规则要求，设计制定智能模型车系统方案；
2）选择及设计关键器件，并进行相应的标定实验及功能模块设计；
3）智能模型车系统的整体硬件设计及研究；
4）智能模型车系统的整体软件设计及研究；
5）开发智能模型车系统开发平台；
6）智能模型车系统的调试与优化。
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智能车的设计涵盖了控制、模式识别、电子、机械等多个学科的知识，但是总的来说归纳为硬件和软件两个方面。对于智能车系统来说拥有稳定而结构合理的硬件是智能车在比赛中取得好成绩的基础。车体结构是硬件中一个很重要的方面，从控制的角度来说，这部分既是系统的执行机构又是被控对象。车模底盘参数优化和前轮参数优化等调整可以保证车体在机械结构方面具有良好的性能，使其拥有较强的执行能力，其重要性丝毫不亚于良好的控制决策，而保证被控对象的轻便与灵活同样有利于提高控制效果。机械结构部分工作主要包含传感器的安装、前轮注销倾向的调节、舵机的安装、主控板的连接与固定，干簧管的安装、驱动模块的安装、编码器的安装以及后轮差速的调整等。
