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1、成都理工大学硕士学位论文野生动物园无人驾驶自动观光车应用设计姓名：王倩申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：李宏穆20090401摘 要 I 野生动物园无人驾驶自动观光车应用设计野生动物园无人驾驶自动观光车应用设计野生动物园无人驾驶自动观光车应用设计野生动物园无人驾驶自动观光车应用设计 作者简介：王倩，女， 1976 年 7 月出生，师从于成都理工大学李宏穆教授，2009 年 6 月毕业于成都理工大学测试计量技术及仪器专业，于 2009 年 6 月获硕士学位。 摘摘摘摘 要要要要 无人驾驶汽车作为现代高科技与汽车技术相结合的产物，是汽车工业今后发展的主流方向。它主要是利用车载传感
2、器、全球定位系统、激光扫描仪、雷达等监控技术感知周围环境信息、车辆位置和障碍物信息，传入车内计算机系统加以分析、辨识、判断，用以控制车辆改变行驶状态，从而使车辆能安全、准确地在道路上行驶。自上世纪七十年代国外就已经开始研发此类产品，目前已初步迈入实用化阶段，但现今的主要研究方向着重于高速公路环境与城市环境的无人驾驶汽车研发，对特殊环境下使用的无人驾驶汽车关注不够。 而本次设计的无人驾驶观光车是应用于野生动物园这一特殊单一环境的。由于野生动物园园区面积大，观光路线长，动物为区域自由放养，要求游人步行或骑车游览不太现实，一般都采用观光车搭载游人观光。考虑到野生动物园路况相对较好， 没有其它车辆与行
3、人的干扰， 行驶中车辆速度缓慢 （约为 7KM/h） ,无须多级变速，自动观光车也无需实现过多的功能，其无人驾驶技术要求并不高，造价相对低廉，有较高的开发应用价值。 由于园区道路的坡度起伏不大，一般不会出现路障，观光车几乎无须急停或频繁起动，也不需快速启动、瞬间加速、负载爬坡，因此也就没有较大的瞬时功率、快速的动态响应等要求。而永磁无刷直流电机功率密度大、效率高，加之体积小、惯性低、响应快，非常适用于电动汽车的驱动系统。而考虑到园区路面平坦，行使路线较短，车辆行驶速度均匀而缓慢，几乎为额定负载行驶，因此使用两个 600w 无刷直流电机以双前轮轴驱驱动方式驱动车轮，这样机械结构简单，重量轻，价格
4、低廉、易于维护。 此外自动观光车是一种自动寻迹汽车，坐满乘客后能沿一闭合环线自动循环行进，行进路线上设定 3-5 个停车观光点，自动观光车到点能自动停车。此外野生动物园作为一种半开放园区，或许会有动物偶然出现于道路上，所以自摘 要 II 动观光车还应具有遇障停车的功能。因此，采用目前最新的低功耗、速度高、片内硬件资源丰富的高性价比的单片机系列 AVR 的 ATMEGA16 单片机作为该观光车的控制系统。作为目前最新的单片机系列之一，它尤其适用于电池供电、便携式以及电机驱动等系统。 本文设计采用在车辆座位下方安装一弹簧触点开关，在车辆底部安装 3 个扩散反射型红外线传感器，另外在前车尾端设置一组
5、红外线发射器，后车前端设置对应的一组红外线接收器以及 2 个超声波传感器。 同时由于是若干辆无人驾驶自动观光车在园区沿一封闭路线依次循环前行，所以需要在路面中央沿行进路线铺设一条黑色线条，用于车辆寻轨。在定点停车处铺设一条与路中央黑色线条垂直成 900的黑色停车线。 当观光车上乘坐有游客后，座椅下的弹簧触点开关被触发，单片机接收到触点开关输入的信号，控制电机启动，车辆运行。运行过程中，单片机不断读取 3 个寻迹红外线传感器的状态信号，控制两个电机以高、低两级不同的速度运转，使观光车不断左右转向以修正路线，始终能沿路面黑色线条前进。 同时单片机还不断读取长距离超声波测距传感器和前车障碍判断红外线
6、传感器的状态信号，当超声波传感器检测到前方障碍，而红外线传感器没有检测到前车发出的红外线信号，单片机则将前方障碍判定为动物，立刻控制电机停转，观光车远距离停车；若超声波传感器检测到前方障碍，而红外线传感器也检测到前车发出的红外线信号，单片机则将前方障碍判定为车辆，则控制电机由高速转为低速，当与前车距离小于某一定值后，单片机才会控制电机停转，观光车近距离停车。 而当观光车到达停车点以后，遇见路面上的黑色停车线，3 个寻迹红外传感器状态同时变化，单片机控制车辆停止运行，游客下车游玩。若停车点已经停有车辆，则由于前方有车，观光车尚未到达停车点也会依次排队停车等候。当前方车辆依序前移， 而本车尚未乘坐
7、游客， 则由单片机控制车辆以低速前移，直至与前车的距离小于一定值后停行或遇停车线停行。而当本车坐满游客后，检测到前方没有障碍后，忽略停车线，车辆前进。 考虑到观光车是采用电池驱动，且车速缓慢，没有外力撞击危险，从节省能耗、提高行驶里程的角度出发，要求车身重量越轻越好，最佳方法就是合理选取汽车外壳的材料。虽然现今铝合金材料与各种复合材料已经被大量应用，但价格过于高昂，为了在保证使用安全的前提下尽可能降低成本，因此采用工程塑料制作车身外壳。 作为观光用车， 要求其外形应该既有亲和力又有现代感， 所以采用流线造型，曲线柔和，尽可能取消复杂的形态设计，既利于加工制造、降低成本，又显得简洁大方。车身高度
8、尽可能降低，既能降低车辆重心，使其行驶平稳，又显得造型摘 要 III 美观舒展。此外为扩大视野、减轻车重，取消了车窗设计。由于车辆载重设定为4 人，采用前后双排长条座位，以压缩车身尺寸。为无人驾驶，所以观光车无须设计方向盘，但安装有一透明遮阳顶棚。 此外，无人驾驶自动观光车所处的是一个自然环境，四周色彩丰富多样，但大多为低纯度的自然色。因此，观光车的主色调选用明度高、纯度低的各序列灰粉宝石蓝色系， 使观光车易于辨识， 又不会过于明艳， 以免对园区动物产生刺激。 关键词：电动汽车 无人驾驶 传感器 单片机Abstract IV Wildlife Park Unmanned Sightseeing
9、 Vehicles Designing Application Introduction of the author: Wangqian, female, was born in July, 1976.whose tutor was Professor Li Hongmu . He graduated from Chengdu University of Technology in test measurement technology and instruments major and was granted the Master Degree in June, 2009. Abstract
10、 Unmanned car, as the combination of modern high-technology and car technology, is the mainstream of the future car industry. Generally speaking, it utilizes certain supervising technology such as vehicle-mounted sensor，global positioning system，laser scanner and radar to perceive the information su
11、ch as surrounding environment, position of the car, obstacles in the way. After analyzing, classifying and judging, the information can serve to direct the driving of the car, making it move safely, correctly on the road. Research about this kind of products has begun abroad since 1970s and now has
12、come to practical usage. However, todays research about unmanned car focus more on the exploration of the one that drives on express high way or in city environment but less on that in some particular situations. This new designed unmanned touring car is specially applied to wild animal zoos. With l
13、arge space, long touring route and freely-raised animals in it, tourists are seldom required to visit the zoo by foot or cycling but using a touring car. Whats more, without any other vehicles and passengers, the road condition is comparatively better and cars there drive slowly (about 7km/h) and st
14、eadily for viewing. Thus, auto-touring cars have no need to function in many aspects and no high driving technique is required. In short, their costs are low but worthwhile to be explored. Given that roads in the zoo undulate little and obstacles are few, touring cars even do not have to be stopped
15、suddenly or started frequently. Above that, few instant starts, sudden accelerations or climbing with certain weight are needed and it requires no high Instantaneous power，no quick dynamic response, etc. As indicated, BLDCM suits the driving system of the electric-powered car most as it is featured
16、by its big power density, high efficiency, quick response, small inertia and volume. Considering that roads in the zoo are also flat and short, cars there always drive slowly and steadily even just like driving with rated load。So, to use two 600w BLDCM to start the car in the way of double-front wheel Shaft drive can make our starting machine simple, light, cheap and easy to be maintained. Apart from that, the auto-touring car is a kind of spot-detecting car
