智能小车自适应追逐防撞系统

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1、智能小车自适应追逐防撞系统摘要：智能小车作为无人驾驶的智能交通探索的一部分，具有重要的理论和应用价值。以两辆智能小车串行前进的运动模式为背景，提出了具有实用价值的自适应防撞算法，并对系统进行了设计、开发实现和测试。该系统分为前向车和后追车，两车以MC9S12XS128MAA为控制核心，采用激光和红外寻迹探测传感器，超声波模块负责前向测障，无线通信模块负责两车间信息交换，基于PID（proportionalintegraldifferential）算法对小车进行自主运行控制。实验测试结果表明：所提供的设计方案可行，对探索无人驾驶智能交通系统

2、的实现具有借鉴意义。关键词：智能小车;自适应;PID;追逐;防撞中图分类号：TP212.9文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）05-0062-050引言14上世纪90年代，国外提出智能公交系统概念，智能车辆则是智能交通系统的重要组成部分。智能车辆技术包含了计算机、移动通讯、自动控制等使车辆更具舒适性、娱乐性、安全性、方便性的多项技术，而基于PC平台的汽车信息化是实现智能车辆技术的基础和必要条件^[1]。2010年12月，吉利汽车与中国联通联合推出3G“智能汽车”，标志着国内智能

3、汽车已经进入了一个高速发展的时代，并逐渐从单一的智能汽车开始向“车联网”时代进军，高安全性和高稳定性是智能汽车研发的主要需求。目前，国内“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛一定程度上带动了智能小车研究的发展。智能汽车竞赛以快速发展的汽车电子为支撑，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，不仅能有效快速地提升参赛者的自主创新能力，对于国内相关学科学术水平的提高也有积极的推动作用^[2-3]。本文从智能汽车自主运行的防撞需求出发，提出构建基于freescaleS12系列单片机的

4、双智能小车系统，实现两辆小车在跑道上自适应的防撞前行，为智能汽车的智能化行驶研究提供一个可行的方案。1系统总体方案设计基于轻量化的选择和电路板的设计，选择体积小的MC9S12XS128MAA单片机作为核心控制单元。根据自适应防撞需求对前后车辆要求的不同，前后车辆配置不同的硬件。前向车为了保持较好的稳定性和灵敏性，采用前瞻较大的激光传感器用于循迹^[4]。前向车的系统组成框图如图1所示。14图1前向车系统组成框图后追车考虑用超声波传感器感知的距离信息和安装位置较低的红外传感器循迹来控制车辆的行进速

5、度和舵机转向。后追车的系统组成框图如图2所示。图2后追车系统组成框图2系统硬件组成2.1前向车硬件组成车辆整体硬件电路设计遵循低功耗，电路简单可靠，前瞻合适，控制芯片资源合理化使用的原则，设计了一些低功耗并且控制简单的电路。电路板的制作也进行了最小化设计，为机械设计打好基础。智能车系统以freescale的MC9S12XS128MAA16位单片机为控制核心。电源管理模块选用7.2VNi-Cd电池供电，因为单片机系统、用于路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，控制转向的伺服电机和转头电机工作电压范围为56V。直流电机可以使用电

6、池直接供电，由于整体电路设计功耗低，因此可以采用TPS7350作为单片机和传感器模块，以及编码器的供电电源，采用TPS7301作为舵机供电的可调电源。14电机驱动采用大功率BTS7970作为驱动芯片，BTS7970执行抱死刹车优势明显。单个的芯片内部为MOS半桥电路，这里选择两片进行对接形成全桥驱动。转向舵机选用体积较小的T170A，控制传感器模块的随动舵机选用S3010。控制频率均为100Hz，采用双电源控制。前向车的道路信息采集传感器选用前瞻较大的激光传感器。在对单排固定和双排固定方案进行对比测试后，激光传感器的控制电路选用转向随动控

7、制方案，采用四路接收、八路发射作为路径识别的传感器方案，即一路接收对应两路发射的这种较容易对准的方案，发射管采用分时发射电路，以减小功率消除干扰。在对多个分时控制电路方案进行测试后，选择MAX4638作为模拟八选一的选通开关，其性能相当于高速继电器，可以产生多个共用电路，有助于简化电路设计。工作于5V电压，其内阻只有3.5Ω，某一时刻只有一个选通，因此电路功率不高，增强了抗干扰能力。在速度较高时普通码盘会出现输出不稳定现象，因此智能车的测速装置选用光电编码器，其可输出500脉冲/转，满足测速要求。2.2后追车硬件组成后追车的主控电路、主板

8、电路以及电机驱动等硬件与前向车基本一致。由于后追车使用超声波传感器进行前向扫描测距，因此需增加超声波模块。在机械结构上为保证超声波模块的架高设置，后追车选用架设位置相对较低的红外传感器进行轨道