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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能識(shí)別自主控制四輪轉(zhuǎn)向車
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 首次提出將多傳感器融合的距離探測(cè)技術(shù)與四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向車輛的自動(dòng)泊車，自動(dòng)倒車和自動(dòng)避障等功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 由于汽車保有量的不斷增加給城市道路造成的擁擠越來越嚴(yán)重，城市車輛擁擠、泊車位緊張，輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)展迅速，自動(dòng)泊車系統(tǒng)能輔助駕駛員進(jìn)行泊車，減輕駕駛員操作強(qiáng)度，提高泊車的安全性，因此研發(fā)智能識(shí)別自主控制四輪轉(zhuǎn)向汽車具有重要的研究意義。 我國(guó)對(duì)四輪轉(zhuǎn)向車的研究，仍然停留在理論研究層面。然而，國(guó)內(nèi)外至今還未見到此類帶有智能識(shí)別技術(shù)的自主控制四輪轉(zhuǎn)向車，可以實(shí)現(xiàn)自主泊車的有關(guān)報(bào)道。本次首先提出將多種傳感器信息融合的距離探測(cè)技術(shù)與四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向車輛的自動(dòng)泊車，自動(dòng)倒車和自動(dòng)避障等功能。 系統(tǒng)主要的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要結(jié)構(gòu)包括DSP主控制系統(tǒng)、直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、超聲波測(cè)距傳感器、紅外測(cè)距傳感器信號(hào)處理電路、無線通信信號(hào)的傳輸模塊及其接口電路等。 作品特點(diǎn)： （1）四輪轉(zhuǎn)向，靈活快捷。 ——低速轉(zhuǎn)彎，逆位轉(zhuǎn)向時(shí)其轉(zhuǎn)向半徑小，同位轉(zhuǎn)向時(shí)可以實(shí)現(xiàn)平行移動(dòng)； ——高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輛操作性好。 （2）多種傳感器信息融合。 （2）操控性上，方便安全。 （3）自主避障，安全可靠。 （4）自動(dòng)泊車，輕松入位。 ——輕松解決城市生活中遇到停車的困擾； ——減少了刮蹭、停車緩慢引起的短時(shí)交通堵塞。 本設(shè)計(jì)可讓汽車自動(dòng)、準(zhǔn)確地在有限的停靠位泊車。通過超聲波、紅外傳感器，掃描路面兩側(cè)，當(dāng)找到合適的車道或停車位后，通過檢測(cè)當(dāng)前車輛的位置和與目標(biāo)位置的距離，計(jì)算是否有足夠的空間泊車，如果有將前后車輪轉(zhuǎn)角傳感器和多個(gè)超聲波傳感器、紅外線傳感器獲取的信息融合起來，通過四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)的調(diào)整后車輪轉(zhuǎn)角，通過控制單元生成最佳的泊車、倒車路徑。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明的目的： 汽車保有量的不斷增加給城市道路造成的擁擠越來越嚴(yán)重，車輛碰撞事故時(shí)常發(fā)生，同時(shí)轉(zhuǎn)彎、倒車、泊車的道路空間越發(fā)緊張，給車輛的機(jī)動(dòng)性、靈活性和主動(dòng)避碰能力提出了更高的要求。 此外，汽車在高速路上換車道超車也容易引起高速行駛的失穩(wěn)，從而引發(fā)交通事故。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，可以使車輛按平動(dòng)方式換車道，不出現(xiàn)高速失穩(wěn)，提高安全性。 基本思路： 通過智能識(shí)別和自主控制小車開發(fā)掌握利用多傳感器融合技術(shù)來識(shí)別車輛四周障礙，并通過自主控制車輛的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來自動(dòng)避開障礙，實(shí)現(xiàn)低速的自動(dòng)泊位等控制，為汽車的實(shí)際應(yīng)用開展一些理論研究和物理模型試驗(yàn)研究。 控制系統(tǒng)硬件應(yīng)該包括三個(gè)部分：①車載電子控制單元（ECU）及其外圍接口電路，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；②無線通信信號(hào)的傳輸模塊及其接口電路；③各類傳感器的信號(hào)處理電路。 創(chuàng)新點(diǎn)： 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)：首次提出將多傳感器融合的距離探測(cè)技術(shù)與四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向車輛的自動(dòng)泊車，自動(dòng)倒車和自動(dòng)避障等功能。 主要技術(shù)指標(biāo): 低速行使下減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑，通過控制，保證四個(gè)轉(zhuǎn)向車輪的速度瞬心交于期望轉(zhuǎn)向中心附近的一個(gè)很小的許可范圍內(nèi)，使四個(gè)車輪均做純滾動(dòng)。 車輛高速行駛換車道時(shí)，尤其在冰雪路面，控制四個(gè)車輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，使車做平動(dòng)，以減小普通車輛作曲線運(yùn)動(dòng)所受慣性力而出現(xiàn)的側(cè)滑，確保車輛的高速行駛穩(wěn)定性。 實(shí)現(xiàn)泊車，車輛能在最短時(shí)間內(nèi)避免障礙物并停在最恰當(dāng)?shù)能囄弧?/dd>
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性: 本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的多傳感器信息融合先進(jìn)技術(shù)。在四輪轉(zhuǎn)向模型車智能檢測(cè)外界環(huán)境過程中，采用了包括超聲測(cè)距、紅外測(cè)距等傳感器信息融合先進(jìn)技術(shù)，使車輛運(yùn)行得更安全。 本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的控制理論和算法。采用國(guó)內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用中很少使用的魯棒控制法，在設(shè)計(jì)過程中希望所設(shè)計(jì)的控制器即使在一些不確定性干擾因素的影響下仍然可以使得系統(tǒng)保持穩(wěn)定。對(duì)于過程的動(dòng)態(tài)特性已知且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估的系統(tǒng)，魯棒控制方法恰恰適用于將該系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性作為首要目標(biāo)的應(yīng)用。因此，采用魯棒控制法對(duì)四輪轉(zhuǎn)向模型車進(jìn)行控制處于國(guó)際先進(jìn)水平。 本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。采用了UG、CATIA等軟件進(jìn)行模型車三維虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)分析等CAD設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用DSP CCS開發(fā)軟件對(duì)小車的運(yùn)行狀態(tài)信息，進(jìn)行采集處理。利用面前對(duì)象的程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)GUI圖形控制界面更好的完善人機(jī)交互機(jī)能。模塊化設(shè)計(jì)便于代碼重用和軟件升級(jí)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 主要技術(shù)有：超聲波距技術(shù)、紅外線測(cè)距技術(shù)等多傳感器融合技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向的魯棒控制算法。 優(yōu)點(diǎn)主要有：可以在無人駕駛的情況下，全自動(dòng)完成倒車和泊車入位。 推廣應(yīng)用前景 智能識(shí)別自主控制四輪轉(zhuǎn)向車是電子科技技術(shù)與現(xiàn)代交通工具的完美結(jié)合，該設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)于在車位緊張的城市停車場(chǎng)泊車、非常狹小的道路調(diào)頭轉(zhuǎn)彎和高速公路上平順換車道超車,有望取代現(xiàn)行的交通工具系統(tǒng)，將會(huì)具有非常重要的應(yīng)用推廣價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于車后盲區(qū)所造成的交通事故在中國(guó)約占30%，美國(guó)20%，如果出現(xiàn)有智能識(shí)別自主控制的四輪轉(zhuǎn)向車，那么就可以盡量避免交通事故的發(fā)生，可取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 另外，國(guó)外汽車產(chǎn)業(yè)巨頭也將加大投資力度用新技術(shù)搶占市場(chǎng)，加大對(duì)智能識(shí)別和四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究，縮小與國(guó)外公司的差距，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能識(shí)別自主控制的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)，打破國(guó)外的技術(shù)壁壘，具有重要的理論意義和很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
同類課題研究水平概述
- 本設(shè)計(jì)中涉及的智能識(shí)別環(huán)境、主動(dòng)控制四輪轉(zhuǎn)向汽車，目前還尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。但智能識(shí)別技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用和單純的四輪轉(zhuǎn)向控制，國(guó)內(nèi)外已有一些研究報(bào)道。 1.在智能識(shí)別技術(shù)應(yīng)用方面： 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多智能化技術(shù)被廣泛應(yīng)用到汽車上。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，單用于汽車安全的智能技術(shù)就有20多種，智能化的后視技術(shù)層出不窮。 ①智能測(cè)距、顯示技術(shù)(倒車?yán)走_(dá)) ②紅外夜視技術(shù) ③可視監(jiān)控(倒車電子屏)技術(shù) 在底特律國(guó)際車展上，通用公司的Precept概念車裝了Donnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。 沃爾沃(富豪)轎車公司新近推出的一款名為SCC的新車上采用了“主動(dòng)式后視鏡和后向式攝像機(jī)”技術(shù)，實(shí)質(zhì)是數(shù)字技術(shù)和可視監(jiān)控(倒車電子屏)技術(shù)的綜合，嵌上車門的后視鏡和后保險(xiǎn)杠中的傳感器，可通過視頻信號(hào)提醒駕駛員注意從轎車側(cè)后方“盲點(diǎn)”處駛來的車輛。當(dāng)險(xiǎn)情加劇時(shí)，駕駛員還會(huì)收到由視頻和音頻信號(hào)共同組成的警報(bào)。 斯柯達(dá)昊銳牌轎車在前保險(xiǎn)杠車頭兩側(cè)180°的位置各裝了一個(gè)雷達(dá)探頭。構(gòu)成泊車輔助系統(tǒng)。其原理是：運(yùn)用超聲波傳感器掃描路面兩側(cè)，通過比較停車的空間和車輛的長(zhǎng)度，自動(dòng)尋找合適的停車位。找到合適位置后，駕駛者只需控制剎車，車輛自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向操作，即可將車停進(jìn)停車位，并且液晶屏?xí)邢鄳?yīng)的顯示。 2.在四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)方面： 上世紀(jì)80年代的本田Prelude轎車、馬自達(dá)602轎車及GM BlazerXT-1概念車都曾經(jīng)應(yīng)用了四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。日產(chǎn)Skyline GT-R仍在向世人證明四輪轉(zhuǎn)向是具有價(jià)值的挑戰(zhàn)性駕控特性。 現(xiàn)在，經(jīng)過二十余年的研究，國(guó)外的4WS技術(shù)已趨于成熟應(yīng)用期，日本的日產(chǎn)公司、馬自達(dá)公司、豐田公司，美國(guó)的福特公司、通用公司的汽車產(chǎn)品上都開始裝用4WS系統(tǒng)。 我國(guó)開展汽車四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)研究相對(duì)較晚，80年代末和90年代初開始有文章探討4WS問題，90年代末，上海交大、浙江大學(xué)開始進(jìn)行4WS控制方法的研究。在2003年和2005年海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)上臺(tái)北科技大學(xué)代表分享了后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及四輪轉(zhuǎn)向控制防側(cè)滑等理論成果。2006～2008年吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校分別利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了四輪轉(zhuǎn)向汽車的虛擬樣機(jī)進(jìn)行了控制仿真。2008年我校研究生劉競(jìng)一建立了優(yōu)于以往二自由度、三自由度的四自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車的數(shù)學(xué)模型，取得了創(chuàng)新性的成果。
