[发明专利]智能导航车及其操控方法

权利要求书

1.一种智能导航车，由信号采集系统、智能导航系统和行驶系统组成，所述的智能导航系统包括有型号为MC9S12DP512的单片机；所述的行驶系统包括有驱动机构固定架(5)、车底盘(12)、摩擦式差速器(19)、转向轮(20)、驱动轮(24)与半轴(25)，其特征在于，所述的信号采集系统主要由高度调节滑块(6)、CCD传感器调节架(7)、型号为1/3″SONY 600线的CCD图像传感器(8)、支撑杆固定盘(13)、碳纤维支撑杆(14)、型号为ZVH-4-50BM的光电编码器(1)、型号为MMA7260的加速度传感器(15)、型号为ADXRS300的横摆角速度传感器(16)和型号为W134的轮速传感器(28)组成；

型号为1/3″SONY 600线的CCD图像传感器(8)通过螺栓固定于CCD传感器调节架(7)一端的端面上，CCD传感器调节架(7)的另一端与高度调节滑块(6)一端铰接，高度调节滑块(6)套装在碳纤维支撑杆(14)上，碳纤维支撑杆(14)通过支撑杆固定盘(13)固定在车底盘(12)上，型号为ZVH-4-50BM的光电编码器(1)安于行驶系统中半轴(25)的左侧，通过光电编码器(1)输入轴上的齿轮与摩擦式差速器(19)上的齿轮相啮合；型号为MMA7260的加速度传感器(15)水平放置在智能导航车质心处；型号为ADXRS300的横摆角速度传感器(16)水平放置在智能导航车质心处；型号为W134的轮速传感器(28)安装在转向轮(20)内；

型号为1/3″SONY 600线的CCD图像传感器(8)、型号为ZVH-4-50BM的光电编码器(1)、型号为MMA7260的加速度传感器(15)、型号为ADXRS300的横摆角速度传感器(16)和型号为W134的轮速传感器(28)分别和智能导航系统中的型号为MC9S12DP512的单片机电线连接；

型号为MC9S12DP512的单片机中安装有可编程的图像处理单元、状态监控单元及可编程的行驶策略控制单元，对智能导航车行驶的操控步骤为：

1)智能导航车中的CCD图像传感器(8)采集图像信息传至型号为MC9S12DP512的单片机中，可编程的图像处理单元对获得的图像信息进行畸变校正、二值化处理和图像去噪处理，得到智能导航车应遵循的路径信息；

2)可编程的行驶策略控制单元根据得到的路径信息分配目标速度V，单位.m/s和转向舵机转角δ_f，并将目标速度V和转向舵机转角δ_f信号通过型号为MC9S12DP512的单片机输出控制驱动电机(3)的转速和转向舵机(11)的转角；

程序执行期间型号为MC9S12DP512的单片机内ECT定时器定时中断进入状态监控单元程序，监控智能导航车当前状态，将各传感器传来的信号：侧向加速度a_Y、转向舵机转角δ_f、横摆角速度γ和转向轮轮速ω作为状态监控单元的输入：

(1)型号为MC9S12DP512的单片机中的状态监控单元根据收到的侧向加速度值a_Y，单位.m/s²，由式估算出智能导航车转向行驶工况下路面附着系数μ_e，其中：a_Ymax.高附着路面下智能导航车行驶最大侧向加速度，单位.m/s²；K_μ.估算常数取1～1.1；

(2)由式V_x＝ω·r估算车速，其中：ω.转向轮轮速，单位.rad/s，r.转向轮滚动半径，单位.m；

(3)型号为MC9S12DP512的单片机将根据收到的信号，采用两自由度车辆模型，由式γ_stat＝G_γ·δ_f估算智能导航车稳态行驶下的名义横摆角速度值，其中：γ_stat的单位为rad/s，δ_f的单位为rad，G_γ.横摆角速度稳态增益，G_γ的单位为rad·s^-1/rad；式中：L.轴距，单位.m，m.智能导航车质量，单位.kg，a、b分别为质心至前、后轴的距离，单位.m，k₁、k₂分别为前、后轮侧偏刚度，单位.N/rad；

(4)对γ_stat进行修正得到智能导航车名义横摆角速度值为：式中：g.重力加速度，单位.m/s²；

(5)通过得到的侧向加速度值a_Y、车速V_x和横摆角速度γ，γ的单位.rad/s，采用直接积分法估算出车辆的质心侧偏角β，单位.deg；

3)采用计算得到的γ_NO判断智能导航车此刻的运行状态

(1)Th_δ为转向舵机(11)转角阈值，转向舵机(11)转角绝对值小于该阈值，视智能导航车为直线行驶，记Steer_f＝0；

(2)当转向舵机(11)转角绝对值大于该阈值，且为负值时则表示智能导航车左转向，记Steer_f＝1；

(3)当转向舵机(11)转角绝对值大于该阈值，且为正值时则表示智能导航车右转向，记Steer_f＝2；

(4)Th_γ为横摆角速度偏差阈值，实际横摆角速度γ与名义横摆角速度值γ_NO之差(|γ-γ_NO|)的绝对值小于该阈值，视智能导航车能稳定地巡迹行驶，记State_f＝0；

(5)实际横摆角速度γ与名义横摆角速度值γ_NO之差(|γ-γ_NO|)的绝对值大于该阈值时，且γ-γ_NO小于零，表明智能导航车处于不足转向，记State_f＝1；

(6)实际横摆角速度γ与名义横摆角速度值γ_NO之差(|γ-γ_NO|)的绝对值大于该阈值时，且γ-γ_NO大于零，表明智能导航车处于过多转向，记State_f＝2；Th_γ的取值大小由反复实验得到，取值过小将使电子稳定性程序控制介入过于频繁，而取值过大将降低其可靠性；

4)根据Steer_f与State_f的取值确定需要制动的车轮

(1)当由状态监控单元判断得到的标志State_f＝0时，型号为MC9S12DP512的单片机继续根据得到的路径信息分配目标速度V和转角δ_f，控制智能导航车沿既定路径行驶；

(2)当由状态监控单元判断得到的标志State_f≠0时，根据Steer_f，State_f的取值确定需要制动的驱动轮(24)：

a.当Steer_f＝0，State_f＝1时，后右驱动轮需加制动；

b.当Steer_f＝0，State_f＝2时，后左驱动轮需加制动；

c.当Steer_f＝1，State_f＝1时，后左驱动轮需加制动；

d.当Steer_f＝1，State_f＝2时，后右驱动轮需加制动；

e.当Steer_f＝2，State_f＝1时，后右驱动轮需加制动；

f.当Steer_f＝2，State_f＝2时，后左驱动轮需加制动；

(3)通过型号为MC9S12DP512的单片机发送控制信号给伺服电机(2)实现对后右驱动轮或后左驱动轮的机械制动；

(4)施加制动时不断监测此时State_f的值，当检测到State_f＝0时，即停止制动，程序进入下一循环。