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1、安徽大学江淮学院学士学位论文安徽大学江淮学院 本科毕业论文（设计）（内封面）题目：基于虚拟仪器技术的智能小车仿真系统设计 学生姓名： 谢玉兴 学号： jk074117 系 别：计算机科学与电子技术系 专业：电子信息工程 入学时间： 2007 年 9 月导师姓名： 廖素引 职称/学位： 讲师/硕士 基于虚拟仪器技术智能车仿真系统设计摘要全国大学生智能汽车竞赛是教育部倡导的一种具有探索性工程实践活动的大学生科技竞赛，要求参赛者在飞思卡尔公司提供的模型车体及主控制器芯片基础上，设计制作具有自主道路识别能力的智能赛车，在赛道上以最快速度完成赛程者为优胜。本课题以智能车比赛为背景，以缩短智能车开发周期为
2、目的，利用虚拟仪器开发了智能车仿真软件，为智能车比赛提供可以离线验证控制算法的软件平台，该智能车虚拟系统可针对不同的赛车、赛道、路径识别方案、控制策略等内容进行相关分析和模拟，为节约智能车开发制作成本和提高开发成效提供了新的途径。关键词：虚拟仪器；仿真；LabVIEW；智能车Design of Intelligent Vehicle Simulation SystemBased on VI-TechnologAbstractSmart Car Competition National University Ministry of Education initiated an explorati
3、on project with the students practice science and technology competition, requires participants to provide a model of the Freescale body and main controller chip based on the design with independent road recognition into smart car on the track as quickly as those who complete the race for the winner
4、. The topics to match the background of the smart car, smart car to shorten the development cycle for the purpose of using virtual instrumentation developed simulation software smart car, smart car competition for the provision of control algorithms can be verified off-line software platform, the vi
5、rtual system for intelligent vehicle different cars, track, path identification scheme, control strategy and other content related to analysis and simulation, intelligent vehicle development to conserve and enhance the development effectiveness of the production costs provides a new way.Key word: In
6、telligent vehicle; simulation; LabVIEW; Virtual instrument目 录第一章 引 言11. 1 课题研究的背景及意义11. 2 本课题研究的内容31. 3 论文章节安排3第二章 智能车仿真系统的介绍42. 1 开发工具虚拟仪器简介42. 2 LabVIEW的介绍4第三章 智能车虚拟仪器仿真平台基本模块的设计73. 1 赛道功能模块的建立73. 2 智能车功能模块的建立93. 3 仿真程序设计10第四章 利用虚拟仪器平台进行智能车仿真124. 1 初始化程序124. 2 赛道和赛车信息的加载144. 3 发送命令184. 4 仿真结果20结束语
7、20主要参考文献22致 谢23I基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统设计第一章 引 言1. 1 课题研究的背景及意义智能车辆技术是涵盖智能控制、模式识别等学科前沿的热点研究领域，其研究与应用具有巨大的理论和现实意义。在交通安全方面，由无人驾驶车辆研究形成的辅助安全驾驶技术，可以通过传感器准确、可靠地感知车辆自身及周边环境信息，及时向驾驶员提供环境感知结果，从而有效地协助提高行车安全，同时也能降低驾驶员对车辆驾驶管理的复杂度，提高单个车辆的运行效率，可以缓解我国城市道路拥堵、交通系统运行效率较低的现状。在汽车产业自主创新方面，通过对无人驾驶车辆理论、技术研究，突破国外汽车行业专利壁垒，掌握具有核心竞
8、争力的关键技术，可以为我国汽车产业自主创新和产业发展提供强有力的支撑。同时在国防科技方面，“快速、精确、高效”的地面智能化作战平台是未来陆军的重要力量，无人驾驶车辆将能代替人在高危险环境下完成各种任务，在保存有生力量、提高作战效能方面具有重要意义，也是无人作战系统的重要基础。 美国在无人驾驶技术上应该是全球走得最远的国家。他们在2004年、2005年就已经举办过智能车挑战赛。 2004年，美国国防部高级研究项目局主办首届机器车挑战大赛。“机器车挑战大赛”（Grand Challenge）吸引了众多民间机构的兴趣，冠军奖金100万美元，全程142英里（约合227公里），路程崎岖，看哪一辆无人驾驶
9、的汽车能够最快地跑完全程，关门时间是10个小时。那次大赛共有105支车队报名，15支车队参赛，但没有一辆车跑完7英里，也就是整个赛程的5%。 2005年9月，第2次比赛继续进行，冠军奖金也提高到了200万美元。斯坦福大学的“斯坦利”获得了第1名，所用时间是6小时53分58秒，时速达到19.1英里。参加挑战赛的车队，有几个共同点，一是赞助商中都有英特尔的影子，他们的处理器来应对各种传感器上的数据；二是都用体量较大的SUV车型进行改装，只有大车才能在车顶、车轮上大动手脚，后备箱里才放得下大个儿的电脑；三是车队里的人都不把这些车当做汽车，而是叫机器人。 2006年5月15日，德国举办了欧洲陆地机器人
10、竞赛，这个比赛是由德国军方组织的。与美国的“挑战赛”不同，欧洲赛事更强调自主性。德国的比赛只有8公里赛程，但参赛车辆必须通过影像处理来寻找道路，周围景物会被处理成3D影像，由光学定向与测距系统对所收集的信息进行导航决策，分析哪里是行人哪里是树木。据介绍，其中一辆参赛车途锐在通过关键的十字路口时还是得靠手动驾驶，它自主行驶了90%的赛程。飞思卡尔”智能车竞赛是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办的全国性的比赛。比赛要求参赛队伍研究并设计一款能够自主辨识路线并能够自主行驶的智能车，在专门设计的封闭跑道上行驶，跑完整个赛程用时越短的参赛队伍成绩越好。智能车的设计要求
11、参赛队伍首先对汽车动力学有一定的研究和了解，从而设计合理的机械结构。同时要求参赛队伍自行设计控制器系统电路、图像采集模块电路、电机驱动电路、电源模块电路等多个部分的电路。在硬件平台搭建完成后，参赛队伍要对智能车系统的路线辨识以及控制算法进行开发和调试，为了后期的调试方便，很多队伍还开发了用于调试的上位机监控程序。智能车大赛以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创新比赛。随着赛事的逐年开展，不仅使参赛学生自主创新能力的提高，对于高校相关学科领域的学术水平的提升也有一定的帮助。目前，此项赛事己经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的
12、重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才提供了重要平台。“飞思卡尔”杯智能车竞赛于2000年在韩国首次举办，我国于2006年8月举办第一届“飞思卡尔”杯全国智能车竞赛，当时吸引了来自全国50所高校的112支代表队的参与。在2007年的第二届智能车竞赛中，来自全国26个省(自治区)、直辖市的130余所院校的242支队伍分为5个赛区进行角逐，比赛场面空前激烈我国大学生设计的智能车如下图图1：智能车模型 在智能车的实际设计过程中，经常面临如下几个问题：第一，制作出各种形式的赛道来测试赛车的性能，但是在实际中，很难为智能车的测试设计各种各样的比赛赛道，在经济上和效率上也是不能被接受的；第二，控制算法的
13、实现和验证也需要一定时间，在比赛设计的有限时间里，要选择出合适的控制算法，并且试验它的有效性，也是一个比较艰巨的任务，如何快速验证我们所设计的控制算法，缩短开发周期，在有限的时间里尽可能开发出最好最优的控制算法，对我们提出了挑战；第三，分析车的运行过程进而分析车的控制方法是分析和优化控制算法的一个有效途径，实际上车的运行是一个快速的过程，是转瞬即逝的，很难把车的实际运行过程复现出来的，这样就缺失了有效的分析方法。这些问题都是能够顺利完成比赛的不可避免的障碍。全国大学生智能汽车竞赛是教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在己举办的全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大专业
14、竞赛的基础上而设立的第五项大学生设计竞赛。该竞赛与已举办的教育部4大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛，这对进一步深化高等工程教育改革，培养本科生获取知识、应用知识的能力及创新意识，培养硕士生从事科学、技术研究能力，培养博士生知识、技术创新能力具有重要意义。1. 2本课题研究的内容基于以上的问题，为了能够快速的验证智能车的设计方案，缩短其开发周期，要求在短时间内开发出为团队提供可离线/在线智能车仿真及理论实验平台。本文首先利用了虚拟仪器软件LabVIEW为智能车比赛开发了一个比赛仿真以及理论实验平台
15、，以此实现以下几个部分的功能：1） 赛道与赛车环境建模对比。2） 赛车设计。3） 控制算法的仿真验证。4） 后期分析，以及不足与改进。最后对赛车转弯时间最优问题进行了研究，提出三种转弯策略，通过仿真比较给出了缩短比赛时间，提高比赛成绩的较好的转弯策略。1.3论文章节安排第一章，引言部分。主要介绍了课题研究的背景、意义和内容。第二章，智能车仿真系统的介绍。这章介绍了虚拟仪器仿真工具LabVIEW。第三章，智能车虚拟仪器仿真平台基本模块的设计。包括赛道功能模块、赛车功能模块、仿真程序模块的设计第四章，仿真过程第二章 智能车仿真系统的介绍 2. 1 开发工具虚拟仪器简介虚拟仪器(Virtual Instrumentation)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能
