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1、1课题背景及意义汽车工业进展已有100多年的历史。自20世纪80年月以来,智能掌握理论与技术在交通运输工程中越来越多地被应用,在这一背景下,智能汽车的概念应运而生。所谓智能汽车,就是在网络环境下用信息技术和智能掌握技术武装的汽车。智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车,讨论人员正从智能汽车的信息系统、掌握系统、网络环境及智能结构等几个方面进行讨论由。智能汽车的设计和开发,将从根本上转变现有汽车的信息采集处理、数据交换、行车导航与定位、车辆掌握的技术方案与体系结构。自20世纪90年月以来,随着汽车市场竞争激烈程度的日益加剧和智能运输系统(ITS)讨论的兴起,国际上对于智能汽车及其相关技术的讨论成为
2、热门,一批有实力、有远见卓识的汽车行业大公司、讨论院校和高等院校也正在绽开智能汽车的讨论。国内外业界和学术界形成了共识,即现代汽车行业的新一轮竞争的焦点将是涉及微电子技术、智能自动化技术、通信技术等新技术领域的智能汽车的讨论与开发川。21世纪的汽车概念将发生根本性的变化。现在的“汽车”是带有一些电子掌握的机械装置,将来的“汽车”将转变为带有一些帮助机械的机电一体扮装置,汽车的主要部分不再仅仅是个机械装置,它正向消费类电子产品转移。据HP公司统计,目前世界平均每辆汽车在电子方面的投资约为1200美元(不包括立体声音响、收音机和电话),而且正在以每年15%的速率增加。同时,智能汽车在传统汽车上配备
3、了远程信息处理器、传感器和接收器,通过无线网络猎取前方交通状况信息,引导汽车加速或减速。这样,汽车就能更为平稳地行驶,避开不断刹车、启动的动作,以降低油耗。随着汽车电子掌握技术的进展,中国的汽车工业将面临着巨大的进展机遇和挑战,开展智能汽车技术的讨论与开发工作具有重要的意义山。高校生智能汽车竞赛是以迅猛进展的汽车电子为背景,涵盖了智能掌握、模式识别、传感技术、电子、计算机、机械、交通等多个学科交叉的科技创意性竞赛。目的是引导和激励同学实事求是、刻苦钻研、勇于创新、注意实践、提高综合素养。智能车的转向掌握是一个简单的掌握问题。假如采纳经典PID掌握,很难建立一套精确的数学模型,而且模型的参数难以
4、精确测算和估量。模糊掌握算法不需要系统建立精确的数学模型,在肯定阅历和试验的基础上就能够得到很好的掌握效果。模糊掌握器的参数整定是智能车掌握系统中一个特别重要的环节。传统的车速掌握方法有PID掌握、最优掌握等。模糊掌握的特点是掌握响应快,对于不确定性因素的适应性强。模糊掌握器是一种专家掌握系统,它的优点是不需要知道被控对象严格的数字模型而能够采用专家已有的学问和阅历。当系统为非线性系统时,模糊掌握器还可以产生非线性掌握作用。但是模糊掌握器也有一个缺点:如模糊掌握器没有一个系统的设计方法。模糊掌握系统在稳态状况下总有一个小的偏差。为了克服模糊掌握器的这些缺点,可采纳把模糊掌握器与PID调整器相结
5、合的掌握方案。模糊理论描述了比精确数学更为广泛的世界,包含了精确数学的领域。因此,当所描述的事物或现象退化为精确时,模糊的理论或方法必需与精确的理论和方法相全都。2智能汽车的讨论现状2.1 国外智能车的讨论现状智能汽车是一种高新技术密集型的新型汽车,是今后的主流汽车产品。而讨论智能汽车所必需的理论与技术支持条件大部分已经基本具备。正是基于这一点,国际上正在形成智能汽车讨论、设计、开发、竞赛的热潮。美国是世界上对智能汽车最为关注的我国。美国交通部已开头一项五年方案,投入3500万美元,与通用汽车公司合作开发一种前后防撞系统。同时,美国俄亥俄州立高校和加州高校以及其他一些讨论机构正在进行全自动车辆
6、的研制与该进工作。CMU高校的NabLab5试验智能车是由Potiac运动跑车改装而成的,装有便携式计算机、摄像头、GPS全球定位系统、雷达和其他帮助设施。1995年6月,NabLab5进行了横穿美国的试验NHAA (NO Hands AcrossAmerica),从宾州的匹兹堡到加州的圣地亚哥,行程4587km,其中自主驾驶部分占98.2%。美国移动导航子系统(MNA)能计算出最佳行驶路径,还能不断地接收现场的最新交通状况,给出连续更新的指向,让车辆始终沿着最抱负的路径向前行驶。此外,美国还将智能汽车的讨论用于军事上,美国国防部采纳无人车去执行危急地带的巡逻任务,目前正在进行第三代军用智能汽
7、车的讨论,称为Demo III,能满意有路和无路条件下的车辆自动驾驶。在此基础上,美国国防部与民间的高校、企业和创造家联合开展了全球领先的智能汽车竞赛。2007年11月,美国第三届智能汽车大赛在加利福尼亚州维克托尔进行。参赛的无人驾驶车辆的头顶有旋转的激光器,两边还有转动的照相机,内部安装有电脑装置。这些无人驾驶的汽车完全由电脑掌握,采用卫星导航、摄像、雷达和激光,人工智能系统可推断出汽车的位置和去向,随后将指令传输到负责驾驶车辆的系统,丝毫不受人的干涉,用传感器策划和选择它们的路线。参赛的无人驾驶智能汽车沿着四周的大路飞奔。约有50个人驾驶配备防滚架的汽车,亲密关注着机器人汽车的状况。智能汽
8、车竞赛的目标是对将来科学家的嘉奖。高校、企业和创造家们期望制造出通过洛杉矶和拉斯维加斯间荒地、行程160km的自我掌握汽车。美国国防部先进讨论署(DARPA)特别需要无人驾驶汽车,由于它们能降低战场中士兵的伤亡人数。高校对人工智能问题的解决很感爱好,而汽车制造商则认为,人工智能系统将能关心人们驾驶,最终完全担当驾驶任务。如图2-1所示为美国的智能汽车。图21美国智能汽车欧洲开发基金资助进行驾驶员监测、道路环境的感知、视觉增加、前车距掌握以及传感器融合方面的讨论。同时,欧洲的一些我国正试验将智能速度适应(Intelligent Speed Adaptation,ISA)作为提高车辆平安性的手段,
9、其构想是通过路边标志信息或卫星定位信息以及车载数字地图进行车辆导航,并自动掌握车辆的速度。试验结果表明,采纳该系统,能够使交通事故削减20%德国慕尼黑联邦国防高校与奔驰汽车公司合作研制开发了VaMP试验车,它是由一辆豪华型的奔驰500SEL改装而成,视觉系统主要包括道路检测与跟踪RDT和障碍物检测与跟踪ODT两个模块。在整个试验中,系统行驶了 1600公里,其中95%的部分是自动驾驶的1。目前在日本,夜视和后视报警系统已应用在某些汽车上,三菱公司和尼桑公司已发布其近期可使用的防撞设施,前方防撞和车道偏离有望在12年内实现。本田公司、尼桑公司和丰田公司也各拘束先进平安性车辆方案中进展行车平安子系
10、统,它们包括:车道定位系统、前车距离掌握系统、自动掌握系统、障碍物警报系统、驾驶员打吨报警系统和夜间行人报警系统等。日本智能大路(SmartWay)方案中,提出车辆上采纳诸如:车道保持、十字路口防撞、行人避让和车距保持等IV技术。2003年日本将开头实施一个示范方案,到2022年将在日本全国范围内实施SmartWay方案4意大利帕尔马高校研制的ARGO试验车时由一辆兰西亚Thema客车改装而成,装备有摄像机、霍尔效应传感器、IO接口板、信息输出装置和奔腾200MMX的PC,使用Linux操作系统,1998年6月进行了2000公里的长距离试验,称为Mie-Miglia in Automatico
11、o整个试验途经平原和山区,包括大量的高架桥和隧道。意大利的大路网道路场景(包括天气和交通)变化特别快,因此特殊适合进行这种扩展性的测试。世界各国闻名高校也参加到智能汽车的开发中,如麻省理工学院、斯坦福高校、卡耐基一梅隆高校、剑桥高校、东京高校等。他们在人工智能、机器人视觉、自动驾驶和汽车自动导航等领域都有深化的讨论叫韩国借助于本国当前蓬勃进展的汽车工业,致力于全新的智能汽车技术在年轻一代中的跨越式进展,在全世界领先开展了高校智能汽车竞赛。每年韩国大约有100余支队伍参赛,该项赛事得到了众多高校和高校生的欢迎,也渐渐得到了企业的关注。韩国现代公司自2004年开头免费捐赠一辆轿车作为赛事的特等奖项
12、。德国宝马公司也供应了不菲的资助,并邀请3名获奖同学到德国宝马公司讨论所访问,2005年SUNMOON高校的参赛者获得了这一殊荣,图22所示为他们设计的智能车模型。图2-2智能车模型2.2 国内智能车的讨论现状清华高校汽车讨论所是国内最早成立的主要从事智能汽车及智能交通的讨论单位之一,在汽车导航、主动避撞、车载微机等方面进行了广泛而深化的讨论口文上海市“智能汽车车内自主导行系统”的一种样车,2000年7月19日通过市科委鉴定,它标志着上海智能交通系统进入实质性实施阶段川。国防科大胜利试验了第四代无人驾驶汽车,它的最高时速达到了75. 6公里,创国内最高纪录以。以韩国高校生智能汽车竞赛为蓝本,我
13、们我国也组织了自己国内的高校生智能汽车竞赛。教育部为了加强高校生实践、创新力量和团队合作精神的培育,托付教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办了每年一度的全国高校生智能汽车竞赛。经自动化分教指委与飞思卡尔半导体公司友好协商,确定飞思卡尔公司为协办单位,并于2005年11月14日召开了全国高校生智能汽车竞赛暨第一届全国高校生智能汽车邀请赛新闻发布会,并命名该赛事为“飞思卡尔”杯。成为目前继全国高校生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计之后的第五大全国高校生专项设计竞赛。罗文广、孔峰讨论了一种基于参数自整定的模糊掌握单片机直流无刷电动机调速系统,采纳参数自整定模糊掌握器,使系统具有较高的掌
14、握精度和良好的鲁棒性久程启明、黄林提出一种应用模糊推理功能实现PID参数自整定的掌握方法,可依据船舶动态特性的变化,自动重新整定PID参数,从而改善了操纵性能和鲁棒性引。张涛、李家启提出了采用自适应模糊PID掌握器实现对永磁无刷直流电机调速系统进行设计的新方法,通过自适应因子将模糊掌握器和PID掌握器结合,在线自调整掌握参数,从而完善了PID掌握器的性能,提高了系统的掌握精度”L。张涛、蒋静坪、薛鹏骞采用模糊掌握不需要被控对象具有精确数学模型也能对其进行掌握的这一优点,具体给出了模糊掌握器的设计过程和运行结果,取得了预期的掌握效果,从而证明白模糊掌握在位置随动系统中的应用价值。程志江、李剑波对
15、具有自动道路检测和自动跟随功能的智能小车掌握系统的开发进行了介绍,并用C语言程序开发了模糊掌握程,实现了对直道、蛇形弯道以及大半径弯道三种典型道路的自动跟随。运行效果表明智能车对任意道路具有较好的跟随性,同时具有较高的车速。贾勇采用模糊掌握实现了智能小车舵机较为稳定的掌握【。模糊掌握可以采用MATLAB实现较为精确的仿真,从而指导实际的调试,石辛民、郝整清在模糊掌握及其MATLAB仿真较为具体地介绍了如何通过MATLAB工具箱实现对模糊掌握系统的仿真。王耀南、孙炜在智能掌握理论及其应用一书中比较精炼地介绍了模糊掌握器的设计方法和步骤。2.3 智能小车讨论的问题和不足在程宇、程磊、黄卫华、孙浩的基于模糊掌握的智能车调速系统的设计中角度偏差的论域应设有负值。即在智能车掌握系统中,为了保持车能够寻迹前进,应尽量以车的中心轴为掌握中心。假如车向左或者向右偏离了黑线,应能准时通过调整舵机的输出角度使车回到中心位置,这样可以达到较好的掌握效果,所以当车偏离中心时,左右的偏差应设成正和负。车速偏差范围设的太小,应为车前进不仅要考虑到电