1．1  本课题研究的背景及意义

为了取得更好的比赛成绩，我们进行了系统的研究，在“飞思卡尔杯”智能车的比赛中常见的三类问题分别为：如何选择控制算法、怎样改装车模机械以及采取什么样的传感器布局，进一步通过理论计算、仿真模拟和现场调试对这三类现象进行了分析研究，且给出了可行的解决方案^[3]。就是对智能车的角度控制和速度控制分别采用PID 控制算法和模糊控制算法，达到了提高系统鲁棒性的效果；与通过传统方法，即改变机械参数（如：适当调整车模前束角和重心）进行调节有所不同，本课题所采取的方法是调整PID控制参数，然后采集输入输出数据，最后建模分析，以确定最佳的控制参数，达到稳、快、准的目的，突破当前智能车发展的瓶颈。

智能车系统主要功能是对不同赛道小车的方向和速度的调控，由于传统的PID算法调节参数过程非常复杂，并且不能够适应各种各样的赛道环境。于是，采取可行的路径方法进行判断和利用PID模糊控制器以达到PID参数的自整定^[4]是十分重要的。将二者融合为一体，取长补短，既简化了调参的过程又实现了参数自整定的功能，这样就组成了具有PID自整定能力的模糊式控制器^[21]。当被控对象的结构和参数不可以被全部获取或者不可以得到详细准确的数学模型时，再者，当其它的控制理论相关技术很难被应用的时候，工作则需要凭借经验并且经过现场调试来完成，对这种情况而言，采用PID 控制技术显得更方便。

1．2  本课题国内外研究现状

1．2．1  国外研究现状概况

国外汽车行业由于起步早，所以很早就步入了自主驾驶智能汽车的研发当中，并且已经有了很多优秀的阶段性成果：

在德国，慕尼黑国防科技大学和奔驰汽车公司联合对VAMORS智能车和VAMP智能车研究^[23]。其中在1987年研制出的VAMORS智能车已经可以在高速公路或者路况较好的公路上实现以96公里/小时的速度自主前进。后来的第二辆智能车VAMP将这一时速提升到了160公里/小时，并且可以实现自主跟踪和超车等一系列智能运动。

美国的卡耐基-梅隆大学和加州理工大学的PAI.H团队分别在当局、企业的资助下对NVALAB系列智能车的开发研制和高速公路自动化进一步地研究。前者的第五代产品进行了一次长达4086公里的自由行驶；而后者的研究则对日后车辆纵向控制和车辆建模等工作有着非同一般的促进作用。

意大利的AlbertoBroggi教授带领他在帕尔马大学的团队研制了ARGO智能汽车，尤其GOLD导航系统具有显著的优势，并且成功地完成了长达1000多公里的一次行驶实验，最快时速度达到了112公里/小时。

法国、日本等传统汽车制造大国也都在进行着对智能车的深度研究工作。

1．2．2  国内研究现状概况

由于我国整体的自主汽车研发水平距离国外有着很大的差距，所以虽然也在某些高校中拥有十分优秀的成果，但是总体上还不能自主开发出适合大众民用的平台：

早在九十年代初，我国国防科技大学就已经研制出了可以实现低速度下的自主行驶的智能车系统，在2000年的时候，对由BJ2020平台制造的智能车进行了每小时75.6公里车道跟踪测验，随后选择和中国一个汽车制造集团联合研发，并于2003实现了170公里/小时的车道跟踪实验，同样也实现了超车等功能。

很多高校和研究所（如:清华大学、吉林大学等）也都相继研制出了效果卓越的智能车系统，这标志着中国在智能车方面研究的水平已经达到了世界的一线水平。为了提升我国智能车的整体水平，促进我国民用车市场的集团公司逐渐从研制传统汽车向智能车转型，我国还举办了旨在训练诸多智能车研发人才的名为“飞思卡尔杯”大学生智能车竞赛^[24]，它是由韩国优先举办过的，不仅提高了学生的个人能力、锻炼了动手实践能力，主要为现在智能车技术的发展进步做出了很大的贡献。因为智能小车的研制周期短，模拟效果好等众多优点，中国的大多数高校都有以之为核心的研究团队，例如：吴全玉教授所领导的团队完成了基于经典PID控制算法的智能小车实验，通过调试，总结出了PID系数参考规律表；吉林大学的刘衍珩教授所带领的学生团队完成了基于模糊PID控制的车辆纵向优化CACC系统的研究，并且研究结果表明，该系统运行稳定、效率较高，能在实现对车辆的控制的同时，兼顾乘客的舒适性。

1. 3  本课题应用软件MATLAB/Simulink

本课题进行研究PID控制仿真的软件是MATLAB/Simulink软件，该软件是由美国Math Works公司1984年开发推出的，它作为一种拥有强大功能、高效率的数学工具软件，全称为矩阵实验室，为国内外高校在自控等领域提供了很大的帮助。功能包括：开发研究算法、数据可视化、对数据系统分析、拥有高级技术的应用语言和专有环境，大体上分类为MATLAB和Simulink两部分。其中，模糊控制的工具箱使用起来极其的方便灵活，且观察效果明显，除此之外，还可以容易地在Simulink中建立复杂的系统。

和其他语言相比，MATLAB所具有的优势总结为以下几点：方便使用、受多个操作系统支持、内部库函数数量非常多、工具箱丰富、出色的图形和符号能力、可与其他软件连接使用、源代码应用完全开放^[5]。

现如今，随着计算机硬件技术的飞跃发展，MATLAB已经成为一种具有应用范围广、可解决计算机中全部问题的多功能软件，涉及到多领域中。坚信在以后，MATLAB软件会更好地被我们所使用，带给我们更多的发展前景。

1. 4  本课题研究目标与思路

1.4.1  研究目标

在研究智能车PID控制的背景以及国内、外发展现状的基础上，根据学生参加比赛的实战经历，结合前人的理论成果，提出了在不同环境下，将PID和模糊控制算法相互融合成为现在智能车发展技术的策略。通过长期的现场调试经验总结出了一套合理的车模机械改装的思路,并且通过现场调试验证了模拟仿真给出的电磁传感器布局方案的可行性。对智能车的结构、工作原理进行学习、了解、分析，结合课题要求及实际应用情况，比较不同的控制算法之间的优、缺点，重点介绍PID算法，使用MATLAB/Simulink软件，搭建仿真模型，对仿真结果进行分析，以得到最优化。

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