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1、 题 目 网联智能小车试验平台设计与控制算法研究机械工程 院（系） 机械工程 专业学 号 02013430 学生姓名 蔡道清 指导教师 王金湘 起止日期 2017 年 2 月 22 日至 2017 年 6 月 2 日设计地点 机械楼 摘 要本文主要讲述了在遵循相似定理基础上自主设计网联智能小车试验平台，并且对试验平台的驱动电机、转向舵机和部分传感器进行标定，为小车控制算法的研究做准备。增量型 PID 闭环控制小车试验平台进行三个试验：基于图像视觉的车道保持与入弯试验、基于超声波传感器的自主避障试验和十字路口两辆小车通信避让试验。前两个试验主要是对小车智能化的控制研究，第三个主要是对小车网联化的
2、控制研究，通过对小车的运动控制以及小车在试验中的表现间接地研究对实际大车的运动控制。以低成本的小车试验平台替代实际大车做试验，得到能够和大车相匹配的试验数据，为实际大车的网联化，智能化提供参考价值。关键词：网联智能，车道保持，自主避障，小车通信AbstractThis paper mainly introduces the process of designing the experimental platform of connected smart car on the basis of similarity theorem, and calibrate the drive motor,
3、steering servo and some sensors to prepare the research of the car control algorithms.The experimental platform is controlled by incremental PID closed-loop control algorithms for three experiments. The three experiments include the keeping lanes and entering the corner experiment based on digital i
4、mage processing, the automatic obstruction experiment based on ultrasonic sensors and cooperative collision avoidance at crossroads. The autonomous control of the actual cart can be studied by studying the smart car.Replacing the actual cart with the smart car to do the experiments, we can obtain th
5、e data matching the actual car. This paper can provide reference value for the actual car in this way.KEY WORDS: connected smart cars, lanes keeping, automatic obstruction, cooperative collision avoidance目 录第一章 绪论 .61.1 课题研究背景 .61.2 课题研究内容 .61.3 课题研究意义 .7第二章 网联智能小车试验平台的搭建 .72.1 网联智能小车的转向与驱动方案的确定 .72
6、.2 网联智能小车控制器、电机、舵机及传感器的选型 .82.2.1 网联智能小车控制器的选择 .82.2.2 小车驱动电机、转向舵机的选型 .92.2.3 小车传感器的选型 .112.3 网联智能小车试验平台机械结构设计 .152.3.1 小车底盘的设计 .152.3.2 小车前车轮的固定 .162.3.3 小车后车轮的固定 .172.3.4 转向机构的设计 .182.3.5 车载采购件的布局与安装 .192.3.6 小结 .192.4 网联智能小车试验平台实测参数 .202.5 小结 .20第三章 直流电机、舵机及超声波传感器的标定 .203.1 直流电机的标定 .203.2 舵机的标定 .
7、223.3 传感器的标定 .243.4 小结 .25第四章 网联智能小车的控制算法 .254.1 经典 PID 控制算法介绍 .254.1.1PID 控制方程 .254.1.2PID 控制算法的离散化 .264.2 直流驱动电机的 PID 控制 .274.3 转向舵机的 PID 控制 .284.4 智能小车感知与控制 .284.4.1 环境感知 .294.4.2 自身状态感知 .304.4.3 小车控制算法 .304.5 具体试验控制策略 .314.5.1 直道保持与入弯试验 .314.5.2 智能小车自动避障试验 .334.5.3 十字路口会车避让试验 .35第五章 网联智能小车试验过程与结
8、果 .365.1 直道保持与入弯试验 .365.1.1 试验状况描述 .365.1.2 试验小结 .375.2 智能小车自动避障试验 .375.2.1 试验状况描述 .375.2.2 试验小结 .375.3 十字路口会车避让试验 .385.3.1 试验状况描述 .385.3.2 试验小结 .38第一章 绪论1.1 课题研究背景汽车，对于现在的人们来说，再也不是买不起的奢侈品。汽车，成了普通的代步工具，已经走入人们的生活。生活水平的提高，汽车占有量大幅度增加，据统计，截止2016 年末，我国民用汽车保有量已经达到 19440 万辆，根据德国一家调查机构作出的预测，未来 7 年内，我国汽车保有量将增长 20%左右。大量的汽车在道路上行驶，方便人们出行的同时，也带来了更高的交通事故率。而中国的交通事故发生率在世界各国中居高不下。这其中原因很多，有驾驶员主观因素，比如疲劳驾驶，驾车时注意力不集中等，也有客观因素，比如路面结冰，恶劣的天气等。而为了降低交通事故发生率，自动驾驶的概念应运而生。试想，如果汽车能够自动驾驶，能够根据路况采取正确的动作，解放驾驶员的同时，也能保证驾驶的安全性。其实，自从第一辆汽车被造出来后，自动驾驶这种设想便已经被提出来了。而随着科技的进步
