第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
路特性信息，诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息。但是，磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线)，系统实施过程比较繁琐，且不易维护，变更运营线路需重新埋设导航设备[37]。
图1.1 集成型电磁传感器
1.3.2 车辆控制技术
车辆控制技术是无人驾驶汽车的核心，主要包括速度控制和方向控制等几个部分。无人驾驶其实就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶。通过对驾驶员的驾驶行为进行分析可知，车辆的控制是一个典型的预瞄控制行为，驾驶员找到当前道路环境下的预瞄点，根据预瞄点控制车辆的行为。目前最常用的方法是经典的智能PID算法，例如模糊PID、神经网络PID、专家PID等。
1.4 “飞思卡尔”智能车比赛简介
教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计四大竞赛的基础上，决定，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。
比赛由国家教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办。由组委会提供统一的车模和单片机（通常为 freescale 16位单片机），要求各参赛队在不改变车模的底盘结构的前提下，通过选择适当的检测方案和控制算法，使车模能够在专门设计的跑道上自主地识别路线行驶，单圈行驶时间最短的赛车获胜。比赛限制使用的传感器数量不得超过16个，总电容容量不得超过2000微法，电容最高充电电压不得超过电池电压。这样，就提供了一个相同的比赛平台，使各个参赛队从检测和控制的角度来解决这个问题。参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型以及其控制方案，最终能将车模的性能
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第一章 引言
尽可能多地发挥出来[1,2,27,29,]。
图1.2 第五届“飞思卡尔”智能车比赛华东赛区比赛场景
1.5 本文主要研究内容
本文以第五届全国大学生智能汽车竞赛为背景，采用XS128单片机作为核心控制芯片，利用电磁传感器进行路径判断，为了保证小车能有较高的行驶速度和良好的稳定性，本文主要从硬件角度进行了以下几方面的研究：
(1)根据车辆的运动原理及相关机械结构的理论，对车模的机械结构进行调整，如调整舵机位置、改变舵机的传动方式、调节主销、电路板在车体的排布、电磁传感器的安装位置等；
(2)分析智能车所需达到的技术要求，设计并制作出每一个模块的PCB板，包括传感器、芯片及电源等模块，并对各个模块进行检测，确保各个模块都能达到相应的技术指标；
(3)将各个硬件模块构建成完整的智能车系统，并对整个智能车系统进行联机调试；
本文结构安排如下：
第一章，引言。介绍了课题研究背景及意义、无人驾驶汽车技术国内外研究现状、全国大学生智能汽车竞赛概况。最后介绍了本文的主要研究工作。
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第二章，智能汽车系统总体设计。包括需求分析、智能汽车系统总体设计方案、硬件结构框图、主要子模块的功能介绍和系统的工作原理介绍。
第三章，智能汽车系统机械结构的设置与调整。根据汽车运动原理及机械结构的相关理论，对模型车车体机械系统的各部分进行了布局与调整。
第四章，智能汽车系统的硬件电路设计。详细介绍了各功能模块的设计，包括方案的论证与确定，芯片和相关器件的选型与具体电路的设计。
第五章，PCB电路板的设计与制造。对各模块电路板的布局、布线方案进行介绍。
第六章，智能汽车系统的调试。介绍了硬件系统各功能模块的调试过程以及系统的联合调试。最后，对硬件系统存在的不足进行总结归纳，并给出了今后的改进方向。
最后对整个工作进行了总结。
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第二章 智能车总体设计
2.1 系统需求分析
本文所需设计的智能车系统，最终达到的要求是以尽可能高的速度完成比赛，这就要求小车的传感器要有快速而准确的反应能力、动力系统能够达到较高的速度、整车系统要有较高的稳定性等。对应于传感器模块，因为电磁传感器无法进行有效的前瞻观测，所以这就要求传感器对当前路径的判断要快速而准确判断。为了在小前瞻的情况保证高速且不冲出赛道，这就要求电机驱动部分要有良好的加速与制动性能。另外，为了提高车辆的灵敏度与稳定性，还要对它的机械机构进行相应的改进。智能汽车使用镍镉电池组作为电源供给，而电池组的电量有限，故智能汽车应该通过电源模块合理分配电池电量，最大限度地发挥电池的驱动能力，并合理的运用隔离技术，为系统的各个模块提供稳定的电力供给。最后为了使整个智能车系统达到较高的性能，需要对各个模块进行合理设计，使各个部分有机统一起来，高效协调的工作。
2.2 系统总体组成结构
一般来说，智能汽车系统分为两个部分：硬件系统与软件系统。硬件系统包括了电路系统和机械系统；而软件系统则可以分为底层代码和实现算法，后者主要包括用于实现路径识别的算法、电机转速闭环、舵机角度控制和导引策略等。具体层次结构如图2.1所示。本文主要侧重于基于电磁传感器引导的硬件系统的设计。
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图 2.1 智能汽车系统结构图
根据需求分析，经过仔细研究，决定采用模块化设计。智能汽车的硬件系统由核心控制模块(MCU)、电磁传感器模块、电源管理模块、存储器模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、人机接口模块、无线通讯模块和放电器模块组成，如图2.2所示。
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