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基于智能车非匀速行驶记忆算法的研究和实现

作者:袁三男,汪剑光,张云峰,吕尧时间:2009-06-19来源:电子产品世界收藏

  在由直线进弯时,如果在弯道中出现直道,并且计算出其长度小于某一值的时候,认为是过弯过程中出现的小范围的直线,仍按照弯道处理。本算法的核心也在于如何过滤弯道中出现的直道,以及从分析不同的弯道形式。把弯道分成以下几类:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/95472.htm

  (a) 急弯:这里所说的急弯也就是竞赛规定的曲率最小的弯。当车过急弯时,其采集的数据如下所示:  

 

  可见在急弯时,转角的个数相对较少,转角值相对较大,并且在正常情况下所有的都是同向的。

  (b)圆形弯道:圆形弯道也是第二届比赛中新增加的赛道元素,其除了包括实际意义上的圆形赛道之外还包括一个相对较大的弯道。相比于其他几种赛道元素,圆形赛道的识别比较简单,当同一个方向的转角大于某一个数值时,并且中间过程中没有换向发生,便可以认为小车进入了圆形赛道。下述数据是车经过圆形赛道时采集的数据:  

 

  因为在角度的控制上,本系统采用了模糊控制,车在进弯时能够迅速调整角度,并以一个恒定的角度过弯,以上的数据是验证了这一结果。

  (c)小S弯:对于人眼观察小S道是不存在直道的,但是由于光电的局限性,它会检测出大范围的直道,本系统所做的第一件事情就是把这些直道过滤掉,也正是利用这些信息小车实现了S道直走。下述数据是小S时的过弯数据:  

 

  小S弯的特点是:在过弯的整个过程中既有左转又有右转的,并且左转角度的个数和右转角度的个数都应该大于某一个值。此外,单次左转或者右转的角度的个数小于某一个值。考虑到小S的前后可能会接着其他弯道,本系统在第一个换向点之前,按照其弯道行走,在换向点之后采取小S的行走策略,在最后一个换向点之前结束。

  (d)大S弯:在本届比赛中增加了大S和曲率渐变的S道,这给记忆算法实现增加了很大的困难。大S相比小S而言,其赛道特征是相似的,只是判断的标准稍有不同。首先,大S之间有较长距离的直道,必须加大直道的判断范围才能将其过滤掉。其次,单次左转或者右转的角度的个数应该大于小S的个数。

  针对以上赛道分析,系统首先分辨下一步的赛道元素,然后按照行驶策略,将第二圈的行驶速度及方向进行控制。其主要思想为:

  (a)直道行驶:由于在进直道的时候已经对直道的长度已经有一个预先的认识,这使得直道的行驶能够做到游刃有余。将直道分为短直道和长直道,短直道就做一般加速处理;长直道在起始处全力加速,末端进行线型减速,也即将速度分成高速,中速,低速,从高到中再到低。经实验发现直接从高速转为低速时,小车在过弯时不稳,容易测滑,不仅影响速度,启动也慢。采用线型减速后过弯流畅,能达到很好的效果。这样就避免了由于车本身的某些局限性,如舵机响应时间、赛道摩擦系数、轮胎抓地力、布局等因素的影响所造成的直线速度不能加到最高的缺点。

  (b)对于小S,理想的情况下是实现同CCD同样的效果,采取高速直线过弯的策略。为了安全起见也可以采用滞后过弯的策略,让采取较小的转角高速过弯。

  (c)对于大S赛道,不同的曲率弯道,小车有它最佳极限速度存在。本系统利用初圈得到弯道的曲率半径以及S道之间直线的长度,在过各弯道时将车速调至它相应的极限速度,从理论上就是它所能跑出的最优成绩了。

  (d)对于圆形弯道,需要在弯道的曲率和过弯的速度之间做一个权衡。当行驶的曲率较大时,那么车可以以较高的速度行驶,当走内圈时,由于半径的减少,离心力的增大,就不能以较高的速度行驶,但是可以找到两者之间的平衡点。

  4、小结

  通过本文所述的算法的研究和调试实现,小车的运行速度提高非常明显,也可以明显地看出小车在各种环境如直道、各类弯道下运行的特点。随着赛道类型愈来愈复杂,需要抽象出更多更复杂的模型进行分析,采取最优的过弯策略,这样在比赛中才能做到游刃有余,对此本文计划做进一步的研究。

  参考文献:

  [1] 邵贝贝. 单片机嵌入式应用的在线开发方法. 北京:清华大学出版社. 2004 年10 月第1 版
  [2] 卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做.北京航空航天大学出版社.2007年3月第1版
  [3] 诸静. 模糊控制原理与应用. 机械工业出版社. 2005年1月第二版
  [4] Freescale Semiconductor MC9S12DG128_datasheet.pdf


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