智能車賽道記憶算法的研究

1、高校園地欄目編輯杯”大學(xué)生智能車輛邀請(qǐng)賽 智能車賽道T he Research of算法的研究elligentVehicle Path-Memorization Arithmetic汽車安全與節(jié)能國(guó)家林郝摘要：本文對(duì)智能車基于賽道的控制算法進(jìn)行了研究，分別從要想成功實(shí)現(xiàn)賽道：算法，必須有以賽道算法的實(shí)現(xiàn)前提、初圈、數(shù)據(jù)分析與處理以及下幾如何充分利用得到的信息四個(gè)方面進(jìn)行介紹。實(shí)車試驗(yàn)1第一圈，使用賽道在第一圈必須安全走完全程。在表明，對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的比賽賽道，基于賽道控制算法的的最主要目的是賽道信息，智能車可以取得較好的成績(jī)，隨著賽道的日趨復(fù)雜，賽道記憶算法也有很大的潛力。算法的智能車，在第一圈

2、一般都會(huì)采用較緩慢的勻速走完全程。：智能車；賽道；控制算法2必須能明確分辨出賽道起點(diǎn)線和交叉線的區(qū)別。本次“飛思”智能車邀請(qǐng)賽規(guī)則中3必須能夠有足夠一圈賽道數(shù)的Ram容量明確，智能車在賽道上連續(xù)跑兩圈，并據(jù)的內(nèi)存空間。由于單片機(jī)記其中最好圈成績(jī)?yōu)楸荣惓煽?jī)。這個(gè)規(guī)則的有限，算法研究者需要對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化處理，改變保存的格式以節(jié)省內(nèi)存空間。確立使得賽道算法成為了可行。如圖1所示，賽道算法在第一圈以最4在跑第一圈時(shí)，需即時(shí)地對(duì)當(dāng)前安全的速度緩慢駛過一圈，并將賽道信息保存下來，第二圈根據(jù)保存下來的信息進(jìn)行車速和轉(zhuǎn)角決策的相應(yīng)最優(yōu)化，從而在第二圈取得好成績(jī)。無論智能車的傳感器前瞻距離賽道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，避免

3、第二圈時(shí)還在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而對(duì)影響。的控制實(shí)時(shí)性帶來不良的初圈采用賽道有多遠(yuǎn)，在跑圈時(shí)它都只能距離內(nèi)賽道的情況。而采用賽道在一段有限算法的算法的智能車，第一圈的智能車，在第二圈時(shí)已對(duì)整個(gè)賽道有了全面的認(rèn)識(shí)，從而在相同條件下，將比不使用賽主要目的就是將賽道的重要特征按特定的格式要下來，作為第二圈的參考。初圈最終的數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)一般為行駛的路程，道的智能車更具優(yōu)勢(shì)。而縱坐標(biāo)則為賽道此點(diǎn)的曲率半徑。對(duì)于橫坐標(biāo)，由于初圈一般勻速駛完，一般可以直接用時(shí)間來表示，也可以用車速傳感器的當(dāng)前脈沖數(shù)來表示。而對(duì)于縱坐標(biāo)，則無法第一時(shí)間取得當(dāng)前點(diǎn)的曲率半徑，它需要對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理后才能得出。算法實(shí)現(xiàn)前提

4、圖1 賽道算法在初圈中，能的只是當(dāng)前的轉(zhuǎn)角設(shè)2006 8“飛思160高 校 園 地大學(xué)生智能車輛邀請(qǐng)賽欄目編輯杯”定值，可用舵機(jī)占空比或者直接轉(zhuǎn)換過來的角度值表示。數(shù)據(jù)分析與處理圖2是在韓國(guó)比賽賽道中初圈下來的轉(zhuǎn)角變化曲線圖。對(duì)比圖3的賽道圖可以發(fā)現(xiàn)，真實(shí)賽道上的一些特征在曲線圖上是可以有所體現(xiàn)的。首先，賽道中的直道部分在曲線中的體現(xiàn)是值為0的直線，但會(huì)有一定的波動(dòng)，如圖2中的點(diǎn)A部分；彎道的旋轉(zhuǎn)方向則體現(xiàn)在曲線中轉(zhuǎn)角值的正負(fù)，例如 B部分，則對(duì)應(yīng)著賽道中大角度左轉(zhuǎn)之前的一小段右轉(zhuǎn)；彎道的曲率半徑和弧度體現(xiàn)在曲線中轉(zhuǎn)角值大小和長(zhǎng)度上，如C部分，它的轉(zhuǎn)角值較大，在正負(fù)之間短暫切換，在實(shí)際賽道中就

5、是那段波浪曲線段(圖3中C部分時(shí)間、賽道摩擦系數(shù)、輪胎抓地力、傳感器圖2韓國(guó)大學(xué)生智能車比賽賽道初圈曲線布局等的影響，對(duì)于某種特定彎道，車是有它所謂的極限速度存在。如果利用初圈得到彎道的曲率半徑后，在過各彎道時(shí)將車速調(diào)至它相應(yīng)的極限速度，那么理論上這就是它所能跑出的最優(yōu)成績(jī)了。對(duì)于直道，特別是長(zhǎng)直道，更能發(fā)揮賽道)。綜上所述，在第一圈時(shí)將轉(zhuǎn)角值下來的變化曲線，如果對(duì)其加以分析和處理，它是完全可以體現(xiàn)賽道的特征的。算法的優(yōu)勢(shì)。例如，在初圈后得到某段直道為2800個(gè)脈沖點(diǎn)長(zhǎng)，那么在決策中就雖然已經(jīng)能夠方便地從初圈下還可2500個(gè)脈沖時(shí)啟動(dòng)電機(jī)用最大占空比的曲線圖中判斷出賽道的特征，但是加速，超過2

6、500脈沖時(shí)直接，將速度調(diào)需讓單片機(jī)能自動(dòng)識(shí)別出這些信息，并過濾掉一些毛刺和波動(dòng)。經(jīng)過反復(fù)的研究，已成功地找到了合適的處理方法，并將圖2的曲線圖處理為圖4所示的路線圖。在處理后的路線圖中，處理值為0時(shí)表示此時(shí)車處于直道上；當(dāng)處理值大于0時(shí)表示車處于向左轉(zhuǎn)的彎道上，曲率半徑與處理值成正比關(guān)系；反之亦然。這樣，第二圈就可根據(jù)此信息進(jìn)行相應(yīng)的最優(yōu)決策。在下一個(gè)彎道的極限速度進(jìn)行過彎。由于事先已經(jīng)知道直道的長(zhǎng)度，因此調(diào)速策略更能有的放矢。轉(zhuǎn)角策略166如果采用的是一字型傳感器布局的圖3 2004年韓國(guó)大學(xué)生智能車比賽賽道圖話，當(dāng)你將中心點(diǎn)設(shè)偏的話，那么也會(huì)出現(xiàn)一定的左右傾向性，從而給在彎道時(shí)“抄第二圈

7、策略對(duì)于使用賽道算法的智能車來說，第二圈才是最關(guān)鍵和最吸引人的部分。在第二圈，如何充分利用根據(jù)第一圈收集的賽道信息，跑出最優(yōu)的成績(jī)，這個(gè)是仁者見仁的事情，這里只從車速策略、轉(zhuǎn)角策略以及其他策略三部分簡(jiǎn)單地介紹一些思路，希望能起到拋磚引玉的作用。車速策略由于車本身的某些局限性，如舵機(jī)響應(yīng)2006 8“飛思161高校園地欄目編輯何金玉設(shè)計(jì) J. 真空電子技術(shù)，2004(6)：552. Altera. Nios II Proce Handbook DB/OL. 2005 (var6.0). httr Reference May 2006 .cn/lit-erature/hb/nios2/n2cpu_

8、5v1.pdf3. Xiamen Ocular. GDM12864A DB/OL. 2005.http:pdf/GDM12864A.pdf /4.，SOPC技術(shù)實(shí)用 2005.漢字字符集M.：GB2132-80，5.S.6. Altera. Quartus II Versi0 Hand-II核中加入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的調(diào)度。運(yùn)用Altera的SOPC技術(shù)可以高效快速的開發(fā)一個(gè)用戶定制的片上系統(tǒng)。并且具圖7 新設(shè)備集成HAL流程book DB/OL. 2005 May (ver3.1). rature/hb/qts/qts_qii5v2_01.pdf7. Altera. Ava

9、lon Bus Specification Reference Manual DB/OL. 2005 May有特點(diǎn)。電路少，控制靈活方便，研發(fā)周期短等(ver3.1). htt/litera-參考文獻(xiàn)1.ture/manual/mnl_avalon_spec.pdf. 基于FPGA的LCD驅(qū)動(dòng)程序161近路”奠定了基礎(chǔ)。在初圈后，跑雖然賽道算法可以大大提高的第二圈時(shí)可以直接得出下個(gè)彎道是左拐還是成績(jī)，但目前來講，在實(shí)際使用過程中想取得好的成績(jī)，還需要做更深入的研究工作。原因主要有以下兩點(diǎn)：第一，目前大學(xué)生智能車比賽的賽道有著越來越復(fù)雜、越來越長(zhǎng)的趨勢(shì)，交叉右拐。這樣就可以按比規(guī)定更小的曲率半徑通過賽道，從而減少了經(jīng)過路徑，也節(jié)約了時(shí)間。同樣，一般在直道上高速行駛時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)來回振蕩的現(xiàn)象。如果經(jīng)過初圈，判斷自己正處于直道時(shí)，可線也將不只出現(xiàn)一個(gè)，這對(duì)于初圈的和以進(jìn)行相應(yīng)的措施，很好地解決這個(gè)問題。數(shù)據(jù)處理都產(chǎn)生了很大的。第二，由于決賽之前賽道是不的，因問題和展望此賽道算法存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，較保守和安全的算法在決