智能车系统设计方案

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1、智能车系统设计方案第二章系统总体设计2.1系统概述该系统以Freescale32位单片机K60作为系统控制处理器，采用基于线性CCD的图像采集模块获取赛道图像信息，对图像进行软件二值化，提取黑色引导线，算出赛道中心线，计算出小车与赛道中心线的位置偏差；通过光电编码器来检测车速，并采用MK60N512VMD100的输入捕捉功能进行脉冲计算获得速度；转向舵机采用PD控制；驱动电机采用PID控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的功率；而车速的目标值由默认值、运行安全方案和基于图像处理的优化策略进行综合控制。根据智能车系统的基本需求，我们设计了系统结构图，如图2.1

2、所示图2.1系统结构图212.2整车布局在整个设计过程中我们根据赛车的特点，在满足比赛要求的情况下，力求系统简单高效，因而在设计过程中尽量简化硬件结构，整车布局总结为以下6点：（1）舵机采用立式安装，以提高舵机的响应速度；（2）采用强度高、质量轻的碳素杆制作线性CCD支架；（3）为了降低车模重心，电池低位放置；（4）将电池放在小车中间偏后，重心稍后，利于小车过弯；“FIW”的整车布局图如图2.2所示：图2.2整车布局图21第三章机械设计及实现光电组今年采用B车模，在整个调试过程中我们发现，车辆在高速情况对整车机械性能要求很高，为了能够使车在高速情况下更稳定流

3、畅地运行，我们在前期装配时，对整车进行了细致的分析和装配，在规则允许的范围内进行改造，使车模的机械性能得到了提升。而前轮的束角和主销倾角对车的高速运行下的稳定性影响是最大的。舵机的灵敏程度同样对高速运行的车辆起着至关重要的的作用。图3.1车模示意图3.1转向轮倾角的调整3.1.1主销后倾主销的轴线相对于车轮的中心线向后倾斜的角度叫做主销后倾角，前轮的重心在主销轴线上，由于主销后倾使前轮的重心不在车轮与地面的接触点上，于是产生了离心力，这样可以保证汽车在直线行驶的稳定性还可以帮助车轮自动回正。21第三章机械设计及实现图3.1.1主销后倾示意图3.1.2主销内倾

4、主销轴线相对于车轮的中心线向内倾斜的角度叫主销内倾角。主销内倾角可以帮助舵机复位。但主销内倾角不宜过大，否则会加速轮胎的磨损。3.1.3前轮外倾转向轮上端略向外倾斜的角度叫前轮外倾角。小车在空载时如果车轮垂直于路面，承载后由于悬架的变形而出现车轮内倾，由于外端轴承明显小于内端轴承，于是车轮工作的不安全性大大增加。为提高车轮的工作安全性，前轮要留有一定外倾角，承载后车轮正好垂直于地面。3.1.4前轮前束前轮前束是指转向轮前端向内倾。此举是为了抵消前轮外倾带来的转向轮向两侧滚开的趋势，最大限度地减少车轮行驶过程中的横向滑移。图3.1.4前轮前束示意图21第三章机

5、械设计及实现3.2舵机安装舵机安装直接关系到是否能快速灵敏地转向的问题。如果舵机调整不到位，将很大程度上限制转向角度和转向响应速度。舵机安装有两种方式，一种是卧式安装，另外一种为立式安装。卧式安装为车模默认安装方式，但这样安装会使左右两边轮子连杆不等长，根据杠杆原理可知舵机对长连杆轮子用的力要大些，因此造成了舵机对左右两边转向响应时间不一样。另外由于卧式安装会使连杆与水平面呈现一定角度，从力学知识可以知道在轮子转向获得的力只是舵机施加在连杆上力的一个水平方向上的分力。立式安装把舵机架高，增长了力臂，使得小车反应更加灵活，但增大了阻力，力的作用减小。因此，根据

6、舵机性能和实际情况确定高度，将舵机立式正放，提高了其响应速度，然后将支架以合适的高度固定在底盘上。如图3.2所示。图3.2舵机安装图21第三章机械设计及实现3.3编码器的安装编码器是智能小车速度反馈元件，其安装位置应该充分考虑测速的准确性，我们使用的是欧姆龙编码器。欧姆龙编码器连接线有四根，棕色为+5V，蓝色为负极,细黑和白色为信号输出，信号线需上拉电阻5—10K，区分正反转是通过相位差获得。在尝试了各种可能性后，采用了如图的安装方式。将编码器安装于车模尾部并尽量放低，与车轮传动齿轮良好啮合。图3.3编码器安装图3.4线性CCD的安装CCD支架的选取，支架与

7、车模的固定，CCD与支架的固定等，都会对小车的性能造成很大的影响。我们选取轻质碳杆作为CCD的支架，我们购买合适的器件将支架和车模牢牢的固定在一起，防止小车在运行过程中大幅抖动。CCD的安装如图3.4：21第三章机械设计及实现图3.4线形CCD安装图3.5齿轮啮合与差速调整电机与差速齿轮啮合主要是调整两齿轮的齿间距，合适齿间距能够减少两齿轮的磨损，延长其使用寿命。齿轮传动部分安装不恰当，会增大电机驱动后轮的负载；齿轮配合间隙过松则容易打坏齿轮过紧则会增加传动阻力。所以我们在电机安装过程中尽量使得传动齿轮轴保持平行，传动部分轻松、流畅，不存在卡壳或迟滞现象。差

8、速结构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的