基于创新能力的应用型人才培养的模型车设计

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1、基于创新能力的应用型人才培养的模型车设计段敏曹景胜金浙张帅闫丰雨辽宁工业大学汽车与交通工程学院摘要：按照培养具有工程意识、动手实践能力和创新能力的应用型人才的FI标，与理论教学紧密结合，科学地设置实验项目。基于摄像尖的道路偏离自动调整模型车包括控制单元、摄像头、驱动和转向电机，由摄像头采集道路数据后送入控制单元进行分析并将输出信号送到驱动和转向电机，实现道路偏离的自动调整。在室内道路模型中，摄像头采集的是道路两侧的边界信号，通过二值化算法对图像进行处理，培养丫学生的创新设计的能力。把理论与实际相结合，提高了学生的综合能力和团队协作精神。关键词：创新能力;应用

2、型;人才培奍;设计;作者简介：段敏（1963-），女，辽宁锦州人，教授。收稿曰期:2017-03-14基金：辽宁工业大学校级教改项目（2016009）Received：2017-03-14结合应用型木科的内涵和新能源车辆专业的特点，课程釆用基于研宄性教学方法，以应用型研究项目为核心111，融合专业理论知识、实践能力和科研环节，重组知识体系、重构教学组织形式m，依托于真实工程背景，在具体教学目标引导下，借助真实、虚拟或二者结合的工程项目对学生进行完整的工程训练。随着人工智能的逐渐兴起，无人驾驶技术也在不断发展，为避免无人驾驶汽车偏离正常行驶路线从而导致车祸的发

3、生，道路偏离自动调整技术显得尤为重要。而H,道路偏离自动调整技术的核心一一图像处理算法一一也是实现无人驾驶的关键算法。道路偏离模型车包括机械部件、电路控制部分和传感器、32位控制芯片、摄像头、电机等，能够实现在室内模拟道路环境下实现道路偏离自动调整。一、机械结构的设计道路偏离自动调整模型车使用的机械模型采用了塑料底盘和车架、橡胶轮胎，前桥是转向桥，采用以舵机为转向器的转向机构，并采用双横臂式独立悬架，后桥是驱动桥，釆用双电机和轮边减速器，未安装模块（核心控制模块、摄像头采集模块、电机驱动模块、转速采集模块、串口通信模块等）的模型车，如图1所示。在对前桥的调整

4、过程屮主要是对主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束的调整。通过调节螺钉旋入的深度和增减调整势片的个数来使主销后倾角保持在6°左右，主销内倾角保持在5°左右，前轮外倾角保持在3°以内，前轮前束保持在3mm以内。阁1模型车下载原阁由于所使用的摄像头的视角范围（90°）限制，如果按正常人驾驶轿车时的人眼高度来安装摄像头，那么釆集图像的可用区域将缩小，而且不能发挥摄像头的最大功用，将摄像头抬高一个车身的高度，并通过轻质塑料管与底盘固定，这样不仅増大Y摄像失的有效图像面积也扩大Y视野。在调整模型车机械结构的过程中，学生使用组合螺丝刀、冲击钻等工具对模型车进行改

5、造，学会熟练使用工具的能力，也培养了在实践过程中细心操作的能力。二、电路板的制作电路板的制作在AltiumDesigner环境不完成，整个工作包括绘制原理图和导出到PCBo（一）原理图的绘制绘制原理图简单来说就是画电路图，将各个模块、芯片、电源连接起来。原理图可分为三大部分：电源模块、电机驱动和模块接口。各个模块所需要的电压不冋,例如，芯片需要的电压是3.3V,驼机和摄像头需要的电压是5V，双电机驱动电路需要的电压是12V，如阁2所示。图2电源管理下载原图根据各个模块所需要的电流选取变压芯片后绘制成原理图如图3，图4，图5所图33.3V降压模块下载原图图45

6、V降压模块下载原图图512V升压模块下载原图双电机驱动部分由两个半桥芯片构成全桥电路，使得模型车能够前进后退。在转向过程中由于内外两侧车轮存在转速差，需要对内外车轮单独进行控制，单个电机驱动如图6所示。图6单电机驱动电路下载原图（二）PCB板的布局原理图绘制完成后将原理图导出到PCB开始进行PCB的布局，在PCB布局时只需注意低压部分需耍共地，电机驱动部分原理芯片等控制器件，正反两面的信号线避免相互平行等基木PCB布局要求即可。初代PCB如图7所示。图7初代PCB下载原图在绘制PCB的过程中通过对各个电路模块有充分的了解，锻炼了学生处理复杂任务的能力，而且P

7、CB并非両完一次就能解决问题，需要在实验中不断发现问题，这些都培养了学生发现问题和解决问题的能力。三、道路偏离自动调整算法算法作为程序运行的核心耍素，对程序的稳定性和实时性起着决定性作用位1。本文中的模型车采用的控制算法主要包括两个部分：图像处理和电机控制。算法程序流程图如图8所示。图8算法流程图下载原图本文利用白色PVC板作为路面，在板上粘贴黑色胶带作为道路边缘。在实验室环境下，道路信息较为理想，因此仅需辨别道路两侧的黑色胶带即可确定道路信息，由此确定图像处理的算法为图像二值化算法m，即将采集后的图像灰度数据与预先设定的阈值相比较，区分出黑色胶带和闩色PV

8、C板，黑色胶带处的像素数据二值化后为0，白色PVC板