智能車速度控制系統的設計與實現

　　由于輪胎抓地力有限，制動力超過一定值后會發生輪胎打滑的情況。一旦發生打滑，會使剎車距離變長，過彎半徑變大。如果能使剎車力始終控制在臨界打滑點上，則可以獲得最短的剎車距離。在這三種減速方法中，只有反接制動可以根據不同的車速給出不同的反接剎車力，讓車速以最大斜率下降。因此，通過大量實驗測定出不打滑的最高剎車電壓，最高不打滑劃占空比約為55000。因為不同賽道會有差異，在編程時留有了余量。以震蕩作為識別車模在剎車時是否打滑的標志。可以分取幾個典型的車速，讓車模在直道上加到預設的速度，然后分別用一組反接電壓進行反接制動，觀察并記錄最高不打滑的剎車電壓。這樣，每個典型車速都得到一個對應的最大剎車電壓。將最大不打滑反接電壓與車速對比后，發現最大不打滑反接電壓與車速成比例關系。考慮直流電機的模型，外部電壓加到電機電樞上時，電機轉子開始轉動，產生反電勢，此電壓與車速成正比例關系。當轉子上產生的反電勢等于外加電壓后，電機速度達到穩態。因此，反接制動電壓減去電機產生的反電勢之后剩下的電壓部分才是用于減速的。在車模要減速的時候，可以先通過當前車速計算出轉子的反電勢，然后在這個基礎上再疊加一個反接制動電壓，送到執行器上。

　　車模前進的阻力主要分為地面滑動摩擦力和風阻，車模在行駛過程中質量保持恒定不變。在車速較低的情況下，風阻也可認為是恒值。結合以上實驗數據和推理可知，車速模型的主要部分為一階慣性環節。

　　速度控制策略

　　經分析，賽道大致分為直道，90度和90度以上的彎道和S形彎道等類型，要想在不同道路上發揮出最大速度，關鍵問題是如何判斷出道路的情況，以下是幾種道路的判斷條件和通過策略。

　　a. 直道的判斷條件和通過策略

　　當小車在中間三個光電管的檢測范圍內檢測到黑線，則認為小車行駛在直道上，滿足直道的條件就使小車加速，直至加到某個較大的值時滿足剎車的條件。如果連續幾十個周期都檢測到了黑線，說明小車行駛在長直道上，而轉彎時需要剎車。

　　直道最高限速度是賽車從長直道入彎時不沖出彎道的最高速度，小車行駛時不能高于這個速度。當然，剎車越及時，越靈敏，則直道上速度就可以越大。實驗得到約為55000(對應PWM的占空比)。

　　需要剎車的最小速度是讓小車從長直道入彎，不用剎車時能夠順利通過彎道的最高速度。當車的瞬時速度高于這個速度入彎時，啟動剎車，反之，不用剎車。實驗測得長直道入彎最高速度不超過50000(對應PWM的占空比)。

　　b. 彎道判斷條件和通過策略

　　當小車不滿足直道的條件時，則行駛在彎道上。由于彎道的曲率半徑和角度的不同分為90度和90度以上的彎道和S形彎道。當小車行駛在彎道時，只有某一邊的傳感器連續檢測到黑線，再根據兩邊的傳感器檢測到黑線時間的長短來確定彎道角度的大小;如果小車行駛在S形彎道上，則傳感器檢測到的值會在水平偏差范圍內連續變化。總之在彎道上，要以彎道最大速度行駛。

　　彎道最大速度是讓小車在彎道上一直加速，直至沖出賽道的速度。當賽車在彎道上的速度小于彎道最大速度時，就要調整PWM信號的占空比，使小車逐漸加速。實驗測得所有彎道最大速度不超過32000(對應PWM的占空比)。

　　c.交叉線識別

　　按比賽規則，還有交叉線，但由于是直角交叉，因此只需要在多個傳感器都檢測到黑線的情況下保持原來的行進方向和速度繼續前進即可。

　　結語

　　全國智能車競賽最終比的是速度，要想取得好成績就要讓小車在不同的道路上都能以極限速度行駛。通過大量的實驗得出小車在不同形狀道路上的極限速度參數，根據不同道路的判斷條件選擇合適的參數，再根據速度值來調節PWM，從而實現智能車的快速穩定巡線行駛。