野生動(dòng)物園無人駕駛自動(dòng)觀光車應(yīng)用設(shè)計(jì).pdf

1、無人駕駛汽車作為現(xiàn)代高科技與汽車技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是汽車工業(yè)今后發(fā)展的主流方向。它主要是利用車載傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀、雷達(dá)等監(jiān)控技術(shù)感知周圍環(huán)境信息、車輛位置和障礙物信息，傳入車內(nèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加以分析、辨識(shí)、判斷，用以控制車輛改變行駛狀態(tài)，從而使車輛能安全、準(zhǔn)確地在道路上行駛。自上世紀(jì)七十年代國(guó)外就已經(jīng)開始研發(fā)此類產(chǎn)品，目前已初步邁入實(shí)用化階段，但現(xiàn)今的主要研究方向著重于高速公路環(huán)境與城市環(huán)境的無人駕駛汽車研發(fā)，對(duì)特殊環(huán)境下使

2、用的無人駕駛汽車關(guān)注不夠。 而本次設(shè)計(jì)的無人駕駛觀光車是應(yīng)用于野生動(dòng)物園這一特殊單一環(huán)境的。 由于野生動(dòng)物園園區(qū)面積大，觀光路線長(zhǎng)，動(dòng)物為區(qū)域自由放養(yǎng)，要求游人步行或騎車游覽不太現(xiàn)實(shí)，一般都采用觀光車搭載游人觀光?？紤]到野生動(dòng)物園路況相對(duì)較好，沒有其它車輛與行人的干擾，行駛中車輛速度緩慢（約為7KM/h）,無須多級(jí)變速，自動(dòng)觀光車也無需實(shí)現(xiàn)過多的功能，其無人駕駛技術(shù)要求并不高，造價(jià)相對(duì)低廉，有較高的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。

3、 由于園區(qū)道路的坡度起伏不大，一般不會(huì)出現(xiàn)路障，觀光車幾乎無須急?；蝾l繁起動(dòng)，也不需快速啟動(dòng)、瞬間加速、負(fù)載爬坡，因此也就沒有較大的瞬時(shí)功率、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等要求。而永磁無刷直流電機(jī)功率密度大、效率高，加之體積小、慣性低、響應(yīng)快，非常適用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。而考慮到園區(qū)路面平坦，行使路線較短，車輛行駛速度均勻而緩慢，幾乎為額定負(fù)載行駛，因此使用兩個(gè)600w 無刷直流電機(jī)以雙前輪軸驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輪，這樣機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，價(jià)格低廉、

4、易于維護(hù)。 此外自動(dòng)觀光車是一種自動(dòng)尋跡汽車，坐滿乘客后能沿一閉合環(huán)線自動(dòng)循環(huán)行進(jìn)，行進(jìn)路線上設(shè)定3-5個(gè)停車觀光點(diǎn)，自動(dòng)觀光車到點(diǎn)能自動(dòng)停車。此外野生動(dòng)物園作為一種半開放園區(qū)，或許會(huì)有動(dòng)物偶然出現(xiàn)于道路上，所以自動(dòng)觀光車還應(yīng)具有遇障停車的功能。因此，采用目前最新的低功耗、速度高、片內(nèi)硬件資源豐富的高性價(jià)比的單片機(jī)系列AVR的ATMEGA16 單片機(jī)作為該觀光車的控制系統(tǒng)。作為目前最新的單片機(jī)系列之一，它尤其適用于電池供電、便攜

5、式以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)。 本文設(shè)計(jì)采用在車輛座位下方安裝一彈簧觸點(diǎn)開關(guān)，在車輛底部安裝3個(gè)擴(kuò)散反射型紅外線傳感器，另外在前車尾端設(shè)置一組紅外線發(fā)射器，后車前端設(shè)置對(duì)應(yīng)的一組紅外線接收器以及2個(gè)超聲波傳感器。 同時(shí)由于是若干輛無人駕駛自動(dòng)觀光車在園區(qū)沿一封閉路線依次循環(huán)前行，所以需要在路面中央沿行進(jìn)路線鋪設(shè)一條黑色線條，用于車輛尋軌。在定點(diǎn)停車處鋪設(shè)一條與路中央黑色線條垂直成900的黑色停車線。 當(dāng)觀光車上乘坐有游客

6、后，座椅下的彈簧觸點(diǎn)開關(guān)被觸發(fā)，單片機(jī)接收到觸點(diǎn)開關(guān)輸入的信號(hào)，控制電機(jī)啟動(dòng)，車輛運(yùn)行。運(yùn)行過程中，單片機(jī)不斷讀取3個(gè)尋跡紅外線傳感器的狀態(tài)信號(hào)，控制兩個(gè)電機(jī)以高、低兩級(jí)不同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，使觀光車不斷左右轉(zhuǎn)向以修正路線，始終能沿路面黑色線條前進(jìn)。 同時(shí)單片機(jī)還不斷讀取長(zhǎng)距離超聲波測(cè)距傳感器和前車障礙判斷紅外線傳感器的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)超聲波傳感器檢測(cè)到前方障礙，而紅外線傳感器沒有檢測(cè)到前車發(fā)出的紅外線信號(hào)，單片機(jī)則將前方障礙判定為動(dòng)物，

7、立刻控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，觀光車遠(yuǎn)距離停車；若超聲波傳感器檢測(cè)到前方障礙，而紅外線傳感器也檢測(cè)到前車發(fā)出的紅外線信號(hào)，單片機(jī)則將前方障礙判定為車輛，則控制電機(jī)由高速轉(zhuǎn)為低速，當(dāng)與前車距離小于某一定值后，單片機(jī)才會(huì)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，觀光車近距離停車。 而當(dāng)觀光車到達(dá)停車點(diǎn)以后，遇見路面上的黑色停車線，3個(gè)尋跡紅外傳感器狀態(tài)同時(shí)變化，單片機(jī)控制車輛停止運(yùn)行，游客下車游玩。若停車點(diǎn)已經(jīng)停有車輛，則由于前方有車，觀光車尚未到達(dá)停車點(diǎn)也會(huì)依次排隊(duì)停車

8、等候。 當(dāng)前方車輛依序前移，而本車尚未乘坐游客，則由單片機(jī)控制車輛以低速前移，直至與前車的距離小于一定值后停行或遇停車線停行。而當(dāng)本車坐滿游客后，檢測(cè)到前方?jīng)]有障礙后，忽略停車線，車輛前進(jìn)。 考慮到觀光車是采用電池驅(qū)動(dòng)，且車速緩慢，沒有外力撞擊危險(xiǎn)，從節(jié)省能耗、提高行駛里程的角度出發(fā)，要求車身重量越輕越好，最佳方法就是合理選取汽車外殼的材料。雖然現(xiàn)今鋁合金材料與各種復(fù)合材料已經(jīng)被大量應(yīng)用，但價(jià)格過于高昂，為了在保證使用安

9、全的前提下盡可能降低成本，因此采用工程塑料制作車身外殼。 作為觀光用車，要求其外形應(yīng)該既有親和力又有現(xiàn)代感，所以采用流線造型，曲線柔和，盡可能取消復(fù)雜的形態(tài)設(shè)計(jì)，既利于加工制造、降低成本，又顯得簡(jiǎn)潔大方。車身高度盡可能降低，既能降低車輛重心，使其行駛平穩(wěn)，又顯得造型美觀舒展。此外為擴(kuò)大視野、減輕車重，取消了車窗設(shè)計(jì)。由于車輛載重設(shè)定為4 人，采用前后雙排長(zhǎng)條座位，以壓縮車身尺寸。為無人駕駛，所以觀光車無須設(shè)計(jì)方向盤，但安裝有一透