基本信息
- 项目名称：
- 基于模糊控制理论的智能车控制系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 随着汽车保有量和产量的急剧增加，以及汽车行驶速度的提高和驾驶者平均年龄的上升，汽车交通事故日益严重，汽车的安全性也越来越受到汽车设计者、制造者和使用者的普遍高度重视。世界上各发达的汽车工业国都在大力发展车辆安全技术，以减少或避免车辆交通事故的发生。提高车辆安全性能一般有两种途径:即主动安全 (Active safety ) 措施和被动安全( Passive safety) 措施， 而防患于未然的主动安全措施则无疑是较好的安全措施。而这款智能汽车又名轮式移动机器人, 可作为安装有特定设备的交通载体, 使用在科学探索、工业生产等场合目前, 智能汽车的研究重点主要集中在图像检测及基于其上的目标检测、跟踪、避障等本文拟针对具有黑色引导线并带有弯道、坡道等特定道路, 基于微控制器设计能够自动识别路径并跟踪行驶的智能模型车, 通过它过渡到激光传感器真车系统，对所有的路况进行分析。
- 详细介绍：
- 根据美国的一项研究结果显示，只要给驾驶者增加0.5s 的反应时间，能够减少60%的交又路口汽车碰撞事故和30 %的汽车前撞事故。从交通事故的统计情况来看，大多数的交通事故都发生在纵向制动的情况下，驾驶者未能及时做出反应是导致车辆发生首尾相撞的一个主要原因。本文在借鉴和吸收国内外现有的研究成果和他人的设计思想的前提，探讨了一种以采取自动制动措施来防止汽车发生碰撞事故的主动安全系统，主要对该系统的控制方法进行了初步的研究本设计用16位单片机MC9S12DG128负责信号的采集及处理。CPU从通用I/O端口（PTM）获得CMOS 传感器的信号，并处理该信号得到其道路信息，从而控制小车的转向及角度的大小。CPU通过增强型定时器模块（ECT）中的脉冲计数器获得速度检测模块的反馈回来的信号，控制小车的加速、减速及限速。本方案使用了COMS摄像头，集成光电对管和光电传感器与真实的激光测距相类似。 在技术分析如下： 与现有技术相比，硬件设计部分采用模块化的设计方法，分为电源管理单元、CCD路径识别单元、车速检测单元、舵机控制单元、直流电机驱动单元和无线传输模块等模块的设计，方便安装与调试与现实车型类似。 电源管理模块 电源模块作为整个系统的“能源站”，其可靠性是整个系统可靠运行的保证。且CCD路径识别单元 路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，可以形象的将其描述为智能车的“眼睛”。 舵机控制单元 舵机的转向是由脉宽调制来控制的，当CCD检测到的信号满足舵机的占空比要求时，舵机就会是前轮转动一定的角度。 CCD检测模糊控制器 使用CCD传感器检测时，转角的模糊控制选择输入量为车前轴与路况中心的夹角C和C变化量dC，输出为舵机的转角U。设计的一个二维模糊控制器，如图1： C的模糊集为{L3,L2,L1,L0,R0,R1,R2,R3},论域为{145，-125，-110，100，80，70，55，35}; dC的模糊集为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB},论域为{-90,-60,-30,30,60,90}; U的模糊集为{LB,LM,LS,KS,RS,RM,RB},论域为{-45，-30，-15，0，15，30，45}。 S的模糊集为{s0，s1，s2，s3，s4}，论域为{S400,500,600,700,800
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计与发明的目的：基于模糊控制理论的智能车控制系统,一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的专业知识，对学生的知识融合、实践动手能力、创新能力，长期的推动作用。 基本思路：该基于模糊控制理论系统以16位微处理器控制系统，在设计上从多方面的问题进行考虑，如系统机械性能、电气性能、可靠性设计、安装维护等方面的设计问题。为了使其能稳定快速行驶，用最简化、最优化的设计建立其模型。 创新点：路径识别采用CCD传感器过度到真实汽车的激光传感器和其他传感器的结合，其得到的路面信息丰富，可有效提高汽车的运动控制精度、路径跟踪及运行速度等方面的性能。控制算法采用模糊控制逻辑，是系统具有较高的控制精度和良好的鲁棒性。 技术关键及主要技术指标：硬件设计部分 模型车和真车采用设计方法，分为电源管理单元、CCD路径识别单元（激光传感器）、车速检测单元、舵机控制单元、直流电机驱动单元和无线传输模块等模块的设计。 软件设计部分：在传感器自主识别路线，主要的是CCD图像采集（激光传感器处理）速度的模糊控制。 主要技术指标 测试内容：直线、1/4曲线、1/2曲线、S型曲线 设定速度 170 130 130 120/cms-1 实际测速 177 143 136 122/cms-1 测试结果 良 中 良 优（真实车参数在报告中体现）
科学性、先进性
- 模型车到真时车的过度使我们更加了解车的结构，现有的智能车智能控制系统主要由3部分组成：传感器系统、自动驾驶仪系统和主控计算机系统。改变了传统的"人--车--路"闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性。但大多数的控制算法仍选择PID进行控制。因此，还需考虑比较多的不确定因素。相比之下，我们采用模糊控制逻辑作为智能车的控制算法，使其控制性能更加优越。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在吉林省评委团所评审，我们获得一等奖。
作品所处阶段
- 模型车：已经达到我们的要求！ 真实车：在激光传感器检测下通过奥拓车实验能完全制动停止。
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 我们以报告、图片、视频的形式展示给大家。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 控制算法采用模糊控制逻辑，是系统具有较高的控制精度和良好的鲁棒性。 他对人们再生活中得到保证，是交通事故更加安全，在军事上可以检测等。技术特点及范围将在报告中体现。 人类在不久的将来会用上智能型无人驾驶汽车。那是一种将探测、识别、判断、决策、优化、优选、执行、反馈、纠控功能融为一体，会学习、会总结、会提高技能，绿色环保动力系统、新型结构材料等顶尖科技成果为一体的智慧型汽车。需要指出的是，研发无人驾驶汽车并非要完全替代驾驶员，只是在需要替代的领域和场合作替代。无人驾驶汽车尤其适合从事旅游、应急救援、长途高速客货运输、军事用途，以发挥可靠、安全、便利及高效的性能优势，减少事故，弥补有人驾驶汽车的不足。无人驾驶汽车在交通领域的应用，从根本上改变了传统车辆的控制方式，可大大提高交通系统的效率和安全性。随着高科技的发展，我国无人驾驶车辆技术将会不断发展，其功能也将更完善，学科内容将会更丰富，产业化前景更美好。
同类课题研究水平概述
- 国外研究情况 国外智能汽车的研究，发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，目前在可行性和实用性方面，美国和德国走在前列。多项先进科技的融合已经使无人驾驶汽车能够灵活换档、加速、转弯、刹车甚至倒车。在茫茫车海和人海中，能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人，从容前行。 国内研究情况 国内在智能汽车的开发方面要比国外稍晚，是从20世纪80年代开始进行该项技术研究，研究较早的有国防科技大学，上海交通大学等。也取得了阶段性成果。其中国防科技大学设计的是由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。 最近，国防科技大学机电工程与自动化学院和中国第一汽车集团公司联合研发的红旗旗舰无人驾驶轿车，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。随着高科技的发展，我国无人驾驶车辆技术将会不断发展，其功能也将更完善，学科内容将会更丰富，产业化前景更美好。
