基本信息
- 项目名称：
- 智能识别自主控制四轮转向车
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 首次提出将多传感器融合的距离探测技术与四轮转向控制技术结合起来，实现四轮转向车辆的自动泊车，自动倒车和自动避障等功能。
- 详细介绍：
- 由于汽车保有量的不断增加给城市道路造成的拥挤越来越严重，城市车辆拥挤、泊车位紧张，辅助驾驶系统发展迅速，自动泊车系统能辅助驾驶员进行泊车，减轻驾驶员操作强度，提高泊车的安全性，因此研发智能识别自主控制四轮转向汽车具有重要的研究意义。 我国对四轮转向车的研究，仍然停留在理论研究层面。然而，国内外至今还未见到此类带有智能识别技术的自主控制四轮转向车，可以实现自主泊车的有关报道。本次首先提出将多种传感器信息融合的距离探测技术与四轮转向控制技术结合起来，实现四轮转向车辆的自动泊车，自动倒车和自动避障等功能。 系统主要的硬件结构设计，主要结构包括DSP主控制系统、直流无刷电机驱动系统、超声波测距传感器、红外测距传感器信号处理电路、无线通信信号的传输模块及其接口电路等。 作品特点： （1）四轮转向，灵活快捷。 ——低速转弯，逆位转向时其转向半径小，同位转向时可以实现平行移动； ——高速转弯时，车辆操作性好。 （2）多种传感器信息融合。 （2）操控性上，方便安全。 （3）自主避障，安全可靠。 （4）自动泊车，轻松入位。 ——轻松解决城市生活中遇到停车的困扰； ——减少了刮蹭、停车缓慢引起的短时交通堵塞。 本设计可让汽车自动、准确地在有限的停靠位泊车。通过超声波、红外传感器，扫描路面两侧，当找到合适的车道或停车位后，通过检测当前车辆的位置和与目标位置的距离，计算是否有足够的空间泊车，如果有将前后车轮转角传感器和多个超声波传感器、红外线传感器获取的信息融合起来，通过四轮转向控制系统实时的调整后车轮转角，通过控制单元生成最佳的泊车、倒车路径。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明的目的： 汽车保有量的不断增加给城市道路造成的拥挤越来越严重，车辆碰撞事故时常发生，同时转弯、倒车、泊车的道路空间越发紧张，给车辆的机动性、灵活性和主动避碰能力提出了更高的要求。 此外，汽车在高速路上换车道超车也容易引起高速行驶的失稳，从而引发交通事故。四轮转向技术研发和应用，可以使车辆按平动方式换车道，不出现高速失稳，提高安全性。 基本思路： 通过智能识别和自主控制小车开发掌握利用多传感器融合技术来识别车辆四周障碍，并通过自主控制车辆的四轮转向系统来自动避开障碍，实现低速的自动泊位等控制，为汽车的实际应用开展一些理论研究和物理模型试验研究。 控制系统硬件应该包括三个部分：①车载电子控制单元（ECU）及其外围接口电路，包括电机驱动电路；②无线通信信号的传输模块及其接口电路；③各类传感器的信号处理电路。 创新点： 本项目的创新点：首次提出将多传感器融合的距离探测技术与四轮转向控制技术结合起来，实现四轮转向车辆的自动泊车，自动倒车和自动避障等功能。 主要技术指标: 低速行使下减小车辆的最小转弯半径，通过控制，保证四个转向车轮的速度瞬心交于期望转向中心附近的一个很小的许可范围内，使四个车轮均做纯滚动。 车辆高速行驶换车道时，尤其在冰雪路面，控制四个车轮同向转动，使车做平动，以减小普通车辆作曲线运动所受惯性力而出现的侧滑，确保车辆的高速行驶稳定性。 实现泊车，车辆能在最短时间内避免障碍物并停在最恰当的车位。
科学性、先进性
- 科学先进性: 本设计采用了先进的多传感器信息融合先进技术。在四轮转向模型车智能检测外界环境过程中，采用了包括超声测距、红外测距等传感器信息融合先进技术，使车辆运行得更安全。 本设计采用先进的控制理论和算法。采用国内外实际应用中很少使用的鲁棒控制法，在设计过程中希望所设计的控制器即使在一些不确定性干扰因素的影响下仍然可以使得系统保持稳定。对于过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估的系统，鲁棒控制方法恰恰适用于将该系统稳定性和可靠性作为首要目标的应用。因此，采用鲁棒控制法对四轮转向模型车进行控制处于国际先进水平。 本设计采用了先进的设计方法。采用了UG、CATIA等软件进行模型车三维虚拟装配、运动分析等CAD设计。控制系统的软件设计采用DSP CCS开发软件对小车的运行状态信息，进行采集处理。利用面前对象的程序设计方法，设计GUI图形控制界面更好的完善人机交互机能。模块化设计便于代码重用和软件升级。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势 主要技术有：超声波距技术、红外线测距技术等多传感器融合技术以及实现四轮转向的鲁棒控制算法。 优点主要有：可以在无人驾驶的情况下，全自动完成倒车和泊车入位。 推广应用前景 智能识别自主控制四轮转向车是电子科技技术与现代交通工具的完美结合，该设计项目对于在车位紧张的城市停车场泊车、非常狭小的道路调头转弯和高速公路上平顺换车道超车,有望取代现行的交通工具系统，将会具有非常重要的应用推广价值和市场价值。 市场分析和经济效益预测 据统计，由于车后盲区所造成的交通事故在中国约占30%，美国20%，如果出现有智能识别自主控制的四轮转向车，那么就可以尽量避免交通事故的发生，可取得良好的社会经济效益。 另外，国外汽车产业巨头也将加大投资力度用新技术抢占市场，加大对智能识别和四轮转向技术的研究，缩小与国外公司的差距，开发出具有自主知识产权的智能识别自主控制的四轮转向技术，打破国外的技术壁垒，具有重要的理论意义和很大的经济和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 本设计中涉及的智能识别环境、主动控制四轮转向汽车，目前还尚未见文献报道。但智能识别技术在汽车领域中的应用和单纯的四轮转向控制，国内外已有一些研究报道。 1.在智能识别技术应用方面： 随着电子技术的发展，许多智能化技术被广泛应用到汽车上。据粗略统计，单用于汽车安全的智能技术就有20多种，智能化的后视技术层出不穷。 ①智能测距、显示技术(倒车雷达) ②红外夜视技术 ③可视监控(倒车电子屏)技术 在底特律国际车展上，通用公司的Precept概念车装了Donnelly公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。 沃尔沃(富豪)轿车公司新近推出的一款名为SCC的新车上采用了“主动式后视镜和后向式摄像机”技术，实质是数字技术和可视监控(倒车电子屏)技术的综合，嵌上车门的后视镜和后保险杠中的传感器，可通过视频信号提醒驾驶员注意从轿车侧后方“盲点”处驶来的车辆。当险情加剧时，驾驶员还会收到由视频和音频信号共同组成的警报。 斯柯达昊锐牌轿车在前保险杠车头两侧180°的位置各装了一个雷达探头。构成泊车辅助系统。其原理是：运用超声波传感器扫描路面两侧，通过比较停车的空间和车辆的长度，自动寻找合适的停车位。找到合适位置后，驾驶者只需控制刹车，车辆自动控制转向操作，即可将车停进停车位，并且液晶屏会有相应的显示。 2.在四轮转向控制技术方面： 上世纪80年代的本田Prelude轿车、马自达602轿车及GM BlazerXT-1概念车都曾经应用了四轮转向技术。日产Skyline GT-R仍在向世人证明四轮转向是具有价值的挑战性驾控特性。 现在，经过二十余年的研究，国外的4WS技术已趋于成熟应用期，日本的日产公司、马自达公司、丰田公司，美国的福特公司、通用公司的汽车产品上都开始装用4WS系统。 我国开展汽车四轮转向技术研究相对较晚，80年代末和90年代初开始有文章探讨4WS问题，90年代末，上海交大、浙江大学开始进行4WS控制方法的研究。在2003年和2005年海峡两岸机构学学术研讨会上台北科技大学代表分享了后轮转向机构设计以及四轮转向控制防侧滑等理论成果。2006～2008年吉林工业大学、东南大学等高校分别利用计算机技术建立了四轮转向汽车的虚拟样机进行了控制仿真。2008年我校研究生刘竞一建立了优于以往二自由度、三自由度的四自由度四轮转向汽车的数学模型，取得了创新性的成果。
