4．4  车模倾角和角速度的卡尔曼滤波算法的matlab仿真 25

4．5  PID算法简介及智能车直立控制算法设计 27

4．6  本章小结 30

5  光电导引两轮自平衡智能车速度控制 31

5．1  车模速度控制算法设计 31

5．2  电机闭环控制算法设计及matlab仿真 32

5．3  本章小结 35

6  光电导引两轮自平衡智能车方向控制 36

6．1  光电导引赛道路况信息采集 36

6．2  智能车方向控制算法设计 36

6．3  光电导引赛道路况识别算法设计 37

6．4  本章小结 37

7  光电导引两轮自平衡智能车系统的整体建模 38

7．1  光电导引两轮自平衡智能车系统的建模 38

7．2  光电导引两轮自平衡智能车系统的总仿真 38

7．3  本章小结 40

8  光电导引两轮自平衡智能车系统调试 41

8．1  系统分模块调试 41

8．2  系统联调 41

8．3  调试过程中遇到的问题和解决办法 42

8．4  本章小结 43

结论 44

致谢 45

参考文献 46

1  引言

1．1  课题研究背景及意义

本文以第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛为背景，而全国大学生智能汽车竞赛是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感器检测、电子、机械等多学科的科技创意型比赛，旨在以HCS12单片机为主控芯片的车模基础上进行设计，制作出具有自主道路识别能力的智能车[1]。

参赛选手须掌握基于光电传感器或线阵CCD传感器导引方式智能车系统整体组成结构与工作原理，采用MC9S12XS128芯片作为核心控制单元，自行设计并实现一套能够自主识别路线，且可以实时输出车体状态的智能车控制软硬件系统，最后将所设计的相关算法应用于实际平台进行测试以检验其有效性[9]。与往年光电组的要求不同，今年要求使用指定两轮车模保持车体直立行走，即光电平衡组；此外，今年的赛道要求更高，存在虚线赛段和路障，因而对于小车的控制算法提出了更高的要求。

伴随着经济与科学技术的发展，汽车在世界范围内的普及率都有了很大提高，给人们的生活带来方便的同时也带来交通安全、交通拥堵以及环境污染等问题。为解决这些问题，各地都积极进行道路基础设施的建设和改进，然而受限于土地、经济、劳动力成本、时间等多方面因素，基础设施建设不可能从根本上解决交通问题。更行之有效的方法是提高现有道路的容量和效率，也因此，将智能控制理论与技术应用于交通运输工程中的思想应运而生[10]。

作为智能交通系统的关键环节，智能车辆即是运用信息技术和智能控制技术实现辅助驾驶乃至无人驾驶的汽车，集环境感知、信息处理、优化决策、辅助驾驶等功能于一体。智能车的设计与开发，将从根本上改变现有汽车的信息采集、信息处理、数据交换、行车导航和车辆控制的技术方案与体系结构。通过在传统汽车上配备远程信息处理器、传感器和接收装置，可以通过无线网络获取前方的交通信息，引导汽车选择最优化的行车路径和速度，使汽车更为平稳地行驶，从而有效地减少油耗、节约行车时间。