智能汽车设计实践中的坡道元素及处理流程

坡道元素对于三轮车模处理较为简单。无论是上坡的动能损失,还是下坡的动能增加,由于三轮车模速度环的存在,车模行驶过程中的牵引力较大,可以保证三轮车模的速度按预期设置变化。

图8.9(a)所示为坡道的示意图,图8.9(b)所示为坡道元素的处理流程框图。坡道的处理可以分为4个阶段,即坡道判定、上坡循线、坡中循线、下坡循线。下面将针对这4个阶段,进行详细的介绍。

图8.9　坡道示意图及坡道处理流程框图

(1)坡道特征及检测

一般情况下,车模在通过坡道时电磁信号会发生十分明显的变化,如横电感的电感值在电磁杆靠近坡道中部的电磁线时会迅速增大,提取该特征并用竖电感排除环岛特殊元素的干扰,便可识别出坡道。然而,今年比赛题目的要求对车模的机械结构有较大的改变,一般情况下,电磁杆与地面的高度相较往年而言更低一些,该高度下,电磁信号增大的特征并没有那么明显,因而需要考虑别的方案来通过坡道。

通过检测车模上方安装的红外测距模块返回的距离值来识别坡道,当车模运行至坡道前方时,红外测距模块检测的距离将急剧缩小,因而设定一定的阈值,再加以人工辅助判断区分坡道和横断,就可以较为简单地达到识别坡道的目的。对应具备该特征的位置为图8.10中的①。

(2)上坡循线(www.xing528.com)

车模在冲上斜坡的过程中,会经历横电感的电感值迅速增大的情况。理想情况下,车模沿道路中线行驶,电磁偏差应该为0,尽管横电感的电感值增大,偏差也应该为0。但实际情况却不会这么简单。受人工铺设限制的电磁引导线错位、车模机械结构偏差等原因,车模在冲上斜坡的过程中,正常循线中的电磁偏差会被放大,导致车模在“直线”发生较大抖动,严重情况会使车模在上坡过程中冲出赛道。因此,与环岛元素相同,经过尝试,采用了一种称为“环坡削减”的方式。即在偏差计算过程中,将分母的中间横电感乘以一个较大的系数,使偏差整体缩小,车模能循直线上坡。

(3)坡中循线

通过设定一定的距离阈值,当车模行驶的距离大于该阈值时,即可判定车模进入了坡道中间,车模运行在坡道中间时,一般可认为坡道中间为小平台,适合车模以正常角度通行,因而在这个平台运行时,车模可以直接运行而不需要进行特殊处理。对应具备该特征的位置为图8.10中的②。

图8.10　坡道处理各阶段划分图

(4)下坡循线

当车模行驶的距离大于该阈值时,即可判定车模进入了下坡阶段,下坡阶段车模的重力势能转换为动能,在不进行额外干预的情况下,车模的速度会急剧增大。如果坡道之后接急弯元素,那么车模大概率会冲出赛道。因此在下坡过车过程中需要对速度环加以控制,减小期望运行速度,实现“减速慢行”的效果。对应具备该特征的位置为图8.10中的③。