CN107992059B - 电磁智能车的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的电磁智能车的控制方法，包括步骤：控制器通过位置传感器获取电磁智能车在赛道上的位置；控制器获取电磁智能车当前的速度；控制器获取当前赛道的类型；控制器根据所述电磁智能车在赛道上的位置生成舵机控制指令，并通过所述舵机控制指令控制舵机的转向；控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，并通过所述速度控制指令控制驱动电机的运转。本发明能解决电磁智能车舵机响应跟不上的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能车技术领域，特别涉及一种电磁智能车的控制方法。
背景技术
从20世纪70年代起，美国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，研究目标分为军事用途和民间用途。在军事用途方面，美国国防部在80年代初期大规模资助自主陆地车辆(Autonomous Land Vehicle,ALV)的研究。在民间用途方面，重点研究高速公路环境和城市环境中的汽车无人驾驶技术。为了推动无人驾驶汽车的研究，从2004年起，美国国防部高级研究项目局(DefenseAdvanced Research Projects Agency,DARPA)开始举办智能车挑战赛，该赛事促进了智能汽车的技术交流与创新。
我国从上世纪80年代开始研究汽车的无人驾驶技术，国防科技大学、清华大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大学等都有无人驾驶汽车的研究项目，已经取得了阶段性成果。1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。
对智能化车辆控制系统开发相当于延伸了驾驶员的视觉等感知功能，扩展了驾驶员的执行控制功能，增加了道路交通安全。智能车辆以技术弥补驾驶员生理上的不足，在复杂的路况中能够自主操纵，绕开障碍物，沿着预定的道路行驶。车辆智能化技术可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆的行驶安全。
当智能车的车速过快时，尤其是转弯时，容易出现舵机响应跟不上的问题，导致方向控制不稳定，容易出现事故。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种电磁智能车的控制方法，包括：
控制器通过位置传感器获取电磁智能车在赛道上的位置；
控制器获取电磁智能车当前的速度；
控制器获取当前赛道的类型；
控制器根据所述电磁智能车在赛道上的位置生成舵机控制指令，并通过所述舵机控制指令控制舵机的转向；
控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，并通过所述速度控制指令控制驱动电机的运转。
优选的，
控制器通过传感器检测预设范围内是否存在起跑线，并对起跑线进行计数，得到即将跨过的起跑线次数；
控制器根据即将跨过的起跑线次数执行预设的任务：
当即将跨过的起跑线次数为1时，控制器控制电磁智能车进入运行状态；
当即将跨过的起跑线次数为预设值时，控制器控制电磁智能车进入停车状态，所述预设值为比赛圈数加1。
优选的，
所述控制器获取当前赛道的类型，为通过电磁智能车上的角速度传感器的数据得到；
所述赛道的类型为根据电磁智能车转弯半径的大小分为直道、小半径弯道、大半径弯道。
优选的，
所述控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，包括：
控制器根据当前赛道的类型读取所述赛道的类型对应的预设速度值；
控制器根据所述预设速度值对电磁智能车当前的速度进行控制，使其达到所述预设速度值，所述控制包括增量式PID控制、带死区的PID控制和积分分离PID控制中的一种。
优选的，
所述位置传感器，为均匀分布在一条直线上的4个电磁传感器；
控制器计算中间两个电磁传感器之间的电压差值作为第一差值；
控制器计算外侧两个电磁传感器之间的电压差值作为第二差值；
控制器将所述差值和差值变化量进行模糊，得出模糊量；
控制器对模糊量进行PD控制，得到舵机控制指令。
优选的，在每个控制周期，对于每个传感器，
控制器建立传感器测量数据数组；
控制器获取传感器的测量数据；
控制器将所述测量数据加入所述测量数据数组，并从所述测量数据数组中删除最早的测量数据；
控制器计算所述测量数据数组的加权平均值，作为传感器的数据，实施为：控制器查找测量数据数组中的最大值与最小值，并将其权值设定为0；控制器对于测量数据数组的其他值按预设规则赋予权值，其中，较早的测量数据的权值低于较晚的测量数据的权值；控制器按所述权值计算加权平均值。
优选的，
控制器还通过第一公式控制电磁智能车转向时的差速驱动速度，所述第一公式为：
left＝a*V*(K+B*tanA/2L)
right＝a*V*(K-B*tanA/2L)
其中，B为后轮轮距，L为前轮轮距，A为向左转的目标转向角，V为期望速度，left为左电机速度，right为右电机速度，a、K为转弯系数，分别用于改变差速大小和调节提前入弯时间。
优选的，
每隔预设时间，控制器根据电磁智能车在赛道上的位置、电磁智能车当前的速度、舵机控制指令以及速度控制指令计算电磁智能车相对于起跑线的距离和位移，并将所述舵机控制指令、距离和位移数据按时间顺序写入存储器；
当即将跨过的起跑线次数大于1时，控制器将当前即将跨过的起跑线与上一次即将跨过的起跑线之前的距离和位移数据作为上一轮数据，并将跨过的起跑线时的距离和位移重置为0，之后重新计算距离和位移数据，作为当前轮数据；
控制器对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，当当前轮赛道与上一轮赛道相同时，控制器对舵机控制指令进行修正，所述修正的方法为：
控制器得到当前舵机控制指令，作为第一舵机控制指令；
计算当前电磁智能车相对于起跑线的距离；
查询存储器中与当前距离之差小于第一阈值的上一轮数据中的距离其所对应的舵机控制指令，作为第二舵机控制指令；
当所述第一舵机控制指令与所述第二舵机控制指令之间的差别小于第二阈值时：
查询存储器中上一轮数据中的位于第二舵机控制指令之后的一个舵机控制指令，作为第三舵机控制指令；
将所述第一舵机控制指令与所述第三舵机控制指令集合进行加权平均，得到修正后的第一舵机控制指令，其中，第三舵机控制指令的权值低于第一舵机控制指令的权值；
控制器根据修正后的第一舵机控制指令控制舵机的转向；
所述对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，可实施为：
获取当前的距离和位移，所述位移作为第一位移；
获取上一轮数据中与当前的距离之差小于第一阈值的距离所对应的位移，作为第二位移；
当第一位移和第二位移之差小于第三阈值时，当前轮赛道与上一轮赛道相同，否则当前轮赛道与上一轮赛道不同；
所述第一阈值、第二阈值、第三阈值均为预设值。
同时，本方法在当前赛道只有前面一部分和上一轮赛道相同的情况下也能起作用。
本发明的一些有益效果可以包括：
通过本发明的方法，能解决电磁智能车舵机响应跟不上的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种电磁智能车的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例中一种电磁智能车的控制方法的流程图，如图1所示，包括步骤：
步骤S101、控制器通过位置传感器获取电磁智能车在赛道上的位置；
步骤S102、控制器获取电磁智能车当前的速度；
步骤S103、控制器获取当前赛道的类型；
步骤S104、控制器根据所述电磁智能车在赛道上的位置生成舵机控制指令，并通过所述舵机控制指令控制舵机的转向；
步骤S105、控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，并通过所述速度控制指令控制驱动电机的运转。
通过本发明提供的方法，能够根据不同的赛道类型控制电磁智能车的速度，从而保障舵机转向的稳定性，避免事故发生。
为了能自动启动和停车，在本发明的一个实施例中，
控制器通过传感器检测预设范围内是否存在起跑线，并对起跑线进行计数，得到即将跨过的起跑线次数；
控制器根据即将跨过的起跑线次数执行预设的任务：
当即将跨过的起跑线次数为1时，控制器控制电磁智能车进入运行状态；
当即将跨过的起跑线次数为预设值时，控制器控制电磁智能车进入停车状态，所述预设值为比赛圈数加1。
为了能简化舵机转向控制的复杂性，仅将路况分为3种情况，在本发明的一个实施例中，
所述控制器获取当前赛道的类型，为通过电磁智能车上的角速度传感器的数据得到；
所述赛道的类型为根据电磁智能车转弯半径的大小分为直道、小半径弯道、大半径弯道。
为了实现手动与自动控制之间的无扰动切换，且达到误动作时影响小的目的，在本发明的一个实施例中，
所述控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，包括：
控制器根据当前赛道的类型读取所述赛道的类型对应的预设速度值；
控制器根据所述预设速度值对电磁智能车当前的速度进行控制，使其达到所述预设速度值，所述控制包括增量式PID控制、带死区的PID控制和积分分离PID控制中的一种。
为了平衡信息处理的复杂度和采集信息的稳定性，在本发明的一个实施例种，
所述位置传感器，为均匀分布在一条直线上的4个电磁传感器；
控制器计算中间两个电磁传感器之间的电压差值作为第一差值；
控制器计算外侧两个电磁传感器之间的电压差值作为第二差值；
控制器将所述差值和差值变化量进行模糊，得出模糊量；
控制器对模糊量进行PD控制，得到舵机控制指令。
为了避免由于电路本身的原因或电感的抖动导致数据采集的不精确，需要进行多次采集和滤波处理，在本发明的一个实施例中，在每个控制周期，对于每个传感器，
控制器建立传感器测量数据数组；
控制器获取传感器的测量数据；
控制器将所述测量数据加入所述测量数据数组，并从所述测量数据数组中删除最早的测量数据；
控制器计算所述测量数据数组的加权平均值，作为传感器的数据，实施为：控制器查找测量数据数组中的最大值与最小值，并将其权值设定为0；控制器对于测量数据数组的其他值按预设规则赋予权值，其中，较早的测量数据的权值低于较晚的测量数据的权值；控制器按所述权值计算加权平均值。
由于在实际系统中不可能满足Ackerman模型要求，为了更在转向时不浪费太多能量，在本发明的一个实施例中，
控制器还通过第一公式控制电磁智能车转向时的差速驱动速度，所述第一公式为：
left＝a*V*(K+B*tanA/2L)
right＝a*V*(K-B*tanA/2L)
其中，B为后轮轮距，L为前轮轮距，A为向左转的目标转向角，V为期望速度，left为左电机速度，right为右电机速度，a、K为转弯系数，分别用于改变差速大小和调节提前入弯时间。
为了能够更平稳的对电磁智能车的舵机进行控制，需要更多的信息来修正控制指令，在本发明的一个实施例中，通过比较不同轮比赛的赛道是否相同来获取更多的信息，当不同轮比赛的赛道相同时，利用上一轮的舵机控制指令来优化当前的舵机控制指令，从而使舵机的控制更加平稳：
每隔预设时间，控制器根据电磁智能车在赛道上的位置、电磁智能车当前的速度、舵机控制指令以及速度控制指令计算电磁智能车相对于起跑线的距离和位移，并将所述舵机控制指令、距离和位移数据按时间顺序写入存储器；
当即将跨过的起跑线次数大于1时，控制器将当前即将跨过的起跑线与上一次即将跨过的起跑线之前的距离和位移数据作为上一轮数据，并将跨过的起跑线时的距离和位移重置为0，之后重新计算距离和位移数据，作为当前轮数据；
控制器对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，当当前轮赛道与上一轮赛道相同时，控制器对舵机控制指令进行修正，所述修正的方法为：
控制器得到当前舵机控制指令，作为第一舵机控制指令；
计算当前电磁智能车相对于起跑线的距离；
查询存储器中与当前距离之差小于第一阈值的上一轮数据中的距离其所对应的舵机控制指令，作为第二舵机控制指令；
当所述第一舵机控制指令与所述第二舵机控制指令之间的差别小于第二阈值时：
查询存储器中上一轮数据中的位于第二舵机控制指令之后的一个舵机控制指令，作为第三舵机控制指令；
将所述第一舵机控制指令与所述第三舵机控制指令集合进行加权平均，得到修正后的第一舵机控制指令，其中，第三舵机控制指令的权值低于第一舵机控制指令的权值；
控制器根据修正后的第一舵机控制指令控制舵机的转向；
所述对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，可实施为：
获取当前的距离和位移，所述位移作为第一位移；
获取上一轮数据中与当前的距离之差小于第一阈值的距离所对应的位移，作为第二位移；
当第一位移和第二位移之差小于第三阈值时，当前轮赛道与上一轮赛道相同，否则当前轮赛道与上一轮赛道不同；
所述第一阈值、第二阈值、第三阈值均为预设值。
通过本发明的方法，能解决电磁智能车舵机响应跟不上的问题。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种电磁智能车的控制方法，其特征在于，包括：
控制器通过位置传感器获取电磁智能车在赛道上的位置；
控制器获取电磁智能车当前的速度；
控制器获取当前赛道的类型；
控制器根据所述电磁智能车在赛道上的位置生成舵机控制指令，并通过所述舵机控制指令控制舵机的转向；
控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，并通过所述速度控制指令控制驱动电机的运转；
控制器还通过第一公式控制电磁智能车转向时的差速驱动速度，所述第一公式为：
left＝a*V*(K+B*tanA/2L)
right＝a*V*(K-B*tanA/2L)
其中，B为后轮轮距，L为前轮轮距，A为向左转的目标转向角，V为期望速度，left为左电机速度，right为右电机速度，a、K为转弯系数，分别用于改变差速大小和调节提前入弯时间；
在每个控制周期，对于每个传感器，
控制器建立传感器测量数据数组；
控制器获取传感器的测量数据；
控制器将所述测量数据加入所述测量数据数组，并从所述测量数据数组中删除最早的测量数据；
控制器计算所述测量数据数组的加权平均值，作为传感器的数据，实施为：控制器查找测量数据数组中的最大值与最小值，并将其权值设定为0；控制器对于测量数据数组的其他值按预设规则赋予权值，其中，较早的测量数据的权值低于较晚的测量数据的权值；控制器按所述权值计算加权平均值；
所述位置传感器，为均匀分布在一条直线上的4个电磁传感器；
控制器计算中间两个电磁传感器之间的电压差值作为第一差值；
控制器计算外侧两个电磁传感器之间的电压差值作为第二差值；
控制器将所述差值和差值变化量进行模糊，得出模糊量；
控制器对模糊量进行PD控制，得到舵机控制指令；
每隔预设时间，控制器根据电磁智能车在赛道上的位置、电磁智能车当前的速度、舵机控制指令以及速度控制指令计算电磁智能车相对于起跑线的距离和位移，并将所述舵机控制指令、距离和位移数据按时间顺序写入存储器；
当即将跨过的起跑线次数大于1时，控制器将当前即将跨过的起跑线与上一次即将跨过的起跑线之前的距离和位移数据作为上一轮数据，并将跨过的起跑线时的距离和位移重置为0，之后重新计算距离和位移数据，作为当前轮数据；
控制器对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，当当前轮赛道与上一轮赛道相同时，控制器对舵机控制指令进行修正，所述修正的方法为：
控制器得到当前舵机控制指令，作为第一舵机控制指令；
计算当前电磁智能车相对于起跑线的距离；
查询存储器中与当前距离之差小于第一阈值的上一轮数据中的距离其所对应的舵机控制指令，作为第二舵机控制指令；
当所述第一舵机控制指令与所述第二舵机控制指令之间的差别小于第二阈值时：
查询存储器中上一轮数据中的位于第二舵机控制指令之后的一个舵机控制指令，作为第三舵机控制指令；
将所述第一舵机控制指令与所述第三舵机控制指令集合进行加权平均，得到修正后的第一舵机控制指令，其中，第三舵机控制指令的权值低于第一舵机控制指令的权值；
控制器根据修正后的第一舵机控制指令控制舵机的转向；
所述对比当前轮赛道与上一轮赛道是否相同，可实施为：
获取当前的距离和位移，所述位移作为第一位移；
获取上一轮数据中与当前的距离之差小于第一阈值的距离所对应的位移，作为第二位移；
当第一位移和第二位移之差小于第三阈值时，当前轮赛道与上一轮赛道相同，否则当前轮赛道与上一轮赛道不同；
所述第一阈值、第二阈值、第三阈值均为预设值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
控制器通过传感器检测预设范围内是否存在起跑线，并对起跑线进行计数，得到即将跨过的起跑线次数；
控制器根据即将跨过的起跑线次数执行预设的任务：
当即将跨过的起跑线次数为1时，控制器控制电磁智能车进入运行状态；
当即将跨过的起跑线次数为预设值时，控制器控制电磁智能车进入停车状态，所述预设值为比赛圈数加1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述控制器获取当前赛道的类型，为通过电磁智能车上的角速度传感器的数据得到；
所述赛道的类型为根据电磁智能车转弯半径的大小分为直道、小半径弯道、大半径弯道。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述控制器根据当前赛道的类型和电磁智能车当前的速度生成速度控制指令，包括：
控制器根据当前赛道的类型读取所述赛道的类型对应的预设速度值；
控制器根据所述预设速度值对电磁智能车当前的速度进行控制，使其达到所述预设速度值，所述控制包括增量式PID控制、带死区的PID控制和积分分离PID控制中的一种。
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