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1、I 1 目 编 辑 l I 李健 高校园地 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 周斌 李立国 黄开胜 智能车光电传感器布局对路径识别的影响研究 1 - r图 1 采样电阻提 取电压 引言 如何设计路径识别方案是参赛队伍首先蕞 面对的问题之一， 根据韩国比赛情况， 参赛队伍 所采用的路径识别方案大致可分为两种： 使用 光电传感器和使用C C D 摄像畎， 其中尤以光电 传感器方案最为常用 本立足基于智能车仿真 模型软件 P l a s t i d来进行研究的，该系统基于 L a b V I E W虚拟仪器技术所开发， 可针对不同的 赛车、赛道、 路径识别方案、 控制策略等内容， 进行相关分析。
2、 光电传感器 本文实验中采用型号为S G一 2 B C的光传感 器 ， 它体 积小 ， 便于布置安装 ， 输 出是模拟量 。 为了模拟试验的简便， 本_丈将传感器的模拟佶 号都处理成数字量以便于单片机处理。 为便于单片机处理， 需要将传感器输出电 流信号提取出来转化为电压信号， 可以采用采 样 电阻或电流 一 电压放大器两种 方案 。由于本 应用对精度要求不是很高， 采用了采样电阻提 取电压的方案 。 如 图 1 所 示 方 案 ， 合理的匹配采样电阻R L 和电压V c c ， 使光电管分 压 不小 于 1 5 V，可 以使 馕 采样电阻分压与光电流 解 藕 ，忽略采 样电 阻的 负载效应。
3、外接5 V电源 时，采样电阻可获得的 ，7 _ 分压为 O 3 ， 5 V，流经电 ； ： ： 流 为2 m A ， 所 以 采 样 电 阻可取 1 7 K，为便于调整使各传感器一致，可 采用2 K的可调电阻。 由于光电传感器已呵通过电路转换为数字 量输出，因此在仿真系统中已简化为直接数字 量输出， 即当传感器遇到黑线时则输出为1 ， 否 则输出为0 P l a s t i d 仿真系统最多提供8 个光电 传感器，其安装坐标可任意选择，在仿真过程 中会即时地将传感器的值以布尔型的数组类 输入给控制程序。 布局相关参数 有关传感器布局的参数有很多， 本节将主 要针对其中最重要的两个参数进行定性的
4、讨 论。 传感器间隔 各个传感器的布局间隔对智能车行车是有 一 定的影响的。根据本届邀请赛的赛道规则， 中间黑色导引线的宽度为2 5 ram，因此如果要 求传感器 问不出现同时感应现象( 即每 次采集 只出现一 个传感器值为1 ) ，那么传感器间隔就 必须大于 2 5 mm。如果将间隔设 计成小于 2 5 ra m， 从而产生更多的情况， 有利于车与赛道 偏移距离的判断。此外，如果间隔过大，还会 出现另一种情况，即在间隔之问出现空 白。 对于防飞车能力， 我们可以用最大限制速 度来衡量。 2 0 mm间隔的最大限制速度存3 m s ， 4 0 ram间隔的最大限制速度则为3 3 m s 。 经
5、过分 析后，我们认为这是由T传感器问隔人造成车 的横向控制范围较大( 4 0 mm的车控制在 1 3 mm内 ，而2 0 ram的则在 7 mm内) ， 因此它 不易造成迷失。 2 0 0 6 5 f 耄等瘫品 畦幂 www,e e pw c o m- C R 撩 澎 溪 一 维普资讯 高校园地 图2 ( a ) 传感器带 _ 一 倾角安装示意图 圯 ， 图2 ( b ) 传感器间 隔 2 O mm和 4 0 mm 鼷 隧 隧 鞠 鞠 隧 隧 隧 隧 一 图3一字型布局 图4 八字型布局 一 逗w w 跚 ,e ep w co m cn 06 l5 。 。 怀 。 娜m f】 犍 U 堪 删
6、1 I】：j 门 越址 径向探出距离 径向探 出距 离足指光电传感器离车头的径 向距离。它主要影响智能车的预测性能。对于 未知的赛道， 如果能 一步 r解到前方道路的 情况 那么就可以早些做出调整， 从而使车以 相应最优策略通过赛道。所以，理论上探出距 离是越大越好，但是如果距离过大，智能车可 能会发生重心偏移，造成行驶不稳 振动等一 系列问题。因此，为 r既能增加径向距离，又 不引起重心偏移 ， 我们可 以采用带倾角的传感 器安装方式( 如图2 ( a ) ( b ) 所示) 。 一 字登s八字型布局研究 一 字型布局 一 字型布局是传感器最常用的布局形式 ， 即各个传感器都在一条直线上，从
7、而保证纵向 的_ 致性( 如图3 ) ，使其控制策略t要集中在 横向上。对于不同的间隔选择 ，其出现情况数 也相对不同。本仿真试验采用的是间隔大于 2 5 ra m日两两并列的布局方式，这样在跑车时 可以产生 l 3 种不同的情况。 首先，对于传感器有输出值的( 1 l J 其中有 栏目 编辑f I 李 健 I 一 传感器照到黑道) 情况，则根据其所在的位 置进行相应控制；其次，对于迷失情况，可利 用之前哪个传感器输出情况来推断车此时进入 哪一段区域。 这里选用两两并列就是为了能明 确区分出具体区域 ，如果不这样排列 ，则 当出 现迷失时，将无法判断黑道在左边还是右边。 八字型布局 八字 布局
8、( 如图 4 ) 从横向来看与 一 字型 类似，但它增加了纵向的特性，从而具有了一 定的前瞻性。将中问两传感器进行前置的= I ! 要 目的在于能够早 一步了解到车前方是否为直 道 ，从 而可 以进行加速。 值得一提的是 ，由于纵向的排列 致 ， 就比字型更增加 了多传感器同时感应的可能 性( 一字型烈可能是所有传感器同时感应， 而八 字型则可能出现几个传感器同时感应的现象) 。 因此，在决定控制策略时，必须要考虑这种情 况，但反过来说，我们也可以利用这种情况的 发生来完成一砦特定的判断( 比如某弯道角度 的确定等) ， 这就需要大家更深入的研究和尝试 丁 。 其他因素 除了 l二 述内容之外
9、，在进行传感器布局 时，还需要注意以下几个因素： 首先，大赛规则对于赛道的描述有提到 “ 跑道 可以交叉 ，交叉角为 9 0 。” ，而在起跑点 两边还分别有长 t O O mm的起跑线。 在比赛时智 能车必须通过传感器将这两种线区刖开来，因 此这也是在传感器布局时所必须要考虑的问题 之 一 。 其次，本次大赛可使用至多 1 6个传感器 ( 韩国比赛为 8 个) ，因此在排列上会有更大的 自由性 ，更可以和其他传感器( 例如 C CD等) 进行配合，从而实现更好的控制效果。 最后， 由于本文采用的传感器输出值经过 处理转换为数字信号，因此根本上来说，整个 智能车的控制必定是不连续的控制。为了达到 更好的控制效果，可以考虑不将传感器处理成 数字信号，从而达到连续的控制效果，这也是 一 个值得探讨和深究的问题。 蹦 l蠢叠隧黛翟I I I I I 维普资讯