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    雙排傳感器循跡策略研究

    發布時間:2008-10-21 來源:電子產品世界

    中心論題:

    • 雙排傳感器的優勢
    • 傳感器陣列布局
    • 布局方式說明
    • 直道識別方式
    • 直線穩定控制策略

    解決方案:

    • 直道識別,程序輔助確認
    • 直線穩定控制策略

    雙排傳感器的優勢
    目前,大多數智能車采用單排傳感器的道路檢測方式,這種方式獲得的道路信息少,對智能車的狀態和道路的狀況都不能很好地區別,造成控制上的麻煩。為了彌補不足,形成了大前瞻的單排傳感器的道路檢測方式,這種方式檢測的距離更遠,能夠更早地判斷出道路的走向,在一定程度上彌補了檢測精度低的缺點,但也無法有效地區分智能車狀態與道路狀況。

    比賽的車模可選用攝像頭或傳感器的方式進行道路信息檢測,我們的車模采用的是雙排紅外的循跡方式,采用大前瞻雙排傳感器可以得到更多的賽道信息,更早地采取策略處理,形成更好的行車軌跡。是采用復雜的攝像頭方案的一種替代方式。

    可以在直道中實現穩定控制,加速順暢的能力;在S彎中以小曲線的方式前進,減少行進路線和舵機調整次數。在大彎中實現提前轉彎,切內彎的效果。尤其是在轉彎方面,通過前后排共同對彎道的預測,達到延伸物理識別距離的能力,從而做出提前的動作,減少由于檢測距離近而帶來的負面影響,達到上述效果。

    傳感器陣列布局
    圖1中僅以接受管示意傳感器位置。

    布局方式說明
    前排傳感器伸出距離較遠,小車中心偏離黑線后,會在前排傳感器上產生較大偏移量。

    后排傳感器伸出距離較近,小車中心偏離黑線后,會在后排傳感器上產生較小偏移量。

    利用前后排傳感器對小車偏移時不同的敏感度對小車進行控制。

    為了使前后排體現出更明確的分工和采集到更遠處的信息,我們把前排傳感器傾斜約45o角,使前排的前瞻距離更大,更能體現出前排的優勢和特點。

    直道識別方式
    a.采用此種方式布局雙排紅外,對于直道的判別方法可有以下5種物理方式,每種方式應用的時機列在表后。
    第一種直道情況(圖2)

      
    在左轉大彎后,出彎時最可能出現的前后排傳感器檢測到黑線時的組合情況。適用于左轉 90°彎、180°彎。提前得到出彎信息,舵機向左轉動較小角度,并在此時采取加速動作,起到彌補前瞻不足的作用。此情況在賽道的s彎出現時,不滿足直道的第二種識別方式,故不會加速。

    第二種直道情況(圖3)


    此情況是對第一種情況的再確認,左轉大彎并經過第一種情況后,再經歷此種情況,可確認無誤前方為直道,繼續提升小車的加速能力。控制程序由彎道程序切換到直線穩定程序。

    第三種直道情況 (圖4)
     


    此時采取直線穩定控制。由于前兩種情況已經明確識別為直道,此種情況只是增加直道識別的成功率。

    第四種直道情況(圖5)


      
    與第二種情況類似,對第五種情況的再確認,右轉轉大彎并經過第五種情況后,再經歷此種情況,可確認無誤前方為直道,繼續提升小車的加速能力。控制程序由彎道程序切換到直線穩定程序。

    第五種直道情況(圖6)


      
    在右轉大彎后,出彎時最可能出現的前后排傳感器檢測到黑線時的組合情況。適用于右轉轉 90o彎、180o彎。提前得到出彎信息,舵機向右轉動較小角度,并在此時采取加速動作,起到彌補前瞻不足的作用。在賽道的s彎出現時,不滿足直道的第二種識別方式,故不會加速。

    b.直道識別,程序輔助確認
    進入彎道后,隨著小車的行進,會發生振蕩,致使出彎時不一定滿足上述5種情況。為了提高直道的識別成功率,增加第二種直道判別方法。兩者同時起作用,滿足第一種后經過最多15ms確認是直道。

    程序是循環執行,我們的程序執行頻率是2KHz。采用定時中斷(15ms)的方式,對前排中間3個傳感器(編號為3、4、5)使用3個計數器分別計數,每次執行程序若是其中一個檢測到黑線,相對應的計數器加1。經過計算,15ms內所能計數的最大值為31。我們設定計數的最大值,若在15ms內達到所要求的計數值,就認為是直道,切換直道程序并將計數器清零;若15ms內沒有達到所要求的計數值,計數器清零,重新計數。例如小車為2m/s的速度,小車行進3cm。我們只要判斷2~2.5cm內為直道即可。所以設最大計數值為20~25即認為是直道,跳出彎道程序。

    當然也可以采用更嚴格的方法來判斷,只需調整定時中斷的時間和計數值即可。此條件在進入直道后總能滿足,所以作為第一種直道判別方式的補充,保證直道的穩定可靠識別。

    直線穩定控制策略
    小車出彎后,由于舵機的反應不靈敏,智能車會發生振蕩,隨后才能達到穩定,為了盡早減小振蕩,采用如下方式控制小車出彎后的動作:在彎道策略中設置標志位,進入直線程序后,識別標志位,對控制舵機轉向的公式采取修正設置。公式為:q=K1q1+K2q2;其中q為最終送給舵機的控制量,q1為前排光電傳感器的返回轉角值,q2為后排紅外返回轉角值。K1、K2分別為前后排傳感器的加權比例值。通常情況下K1、K2為
    1,需要時則改變賦值。

    當小車從彎道進入直道并成功識別出直道后,減小K1的值,由于后排傳感器距離小車的前輪(轉向輪)很近,小車中心偏離黑線時,不會在后排傳感器橫向位置產生很大位移(相對于前排傳感器),故小車在直線上舵機調整的次數就會明顯減少,直線的穩定性會好。同時,根據前后排不同傳感器的組合,給出不同的轉角策略(在程序中以列表的方式體現),近一步提高直線的穩定控制能力。

     

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