浅析LabVIEW智能车仿真系统应用设计案例

2013-11-29 13:15 来源:电子信息网 作者:蒲公英

本仿真系统基于LabVIEW虚拟仪器技术开发完成,用于智能车的算法仿真及分析。

1 基本构架

图1是整个仿真系统的构架图,主要分为基本模型层、控制算法层、通讯层以及仿真环境层。

基本模型层包括赛车模型与赛道模型,使用者可根据实际情况设定模型参数,它为整个系统提供了底层的驱动,仿真结果都是在这两个模型的基础上计算的。

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图1 仿真系统构架图

控制算法层为使用者提供了3种不同的仿真方案:SubVI、C结点以及单片机在线仿真,具体在后文将会详述。使用者可选择其中一个方案输入或移植自己的控制算法。

通讯层只用于单片机的在线仿真,使用CAN模块,可以使单片机与仿真系统进行即时的数据交流,从而实现动态仿真。

动态仿真环境基于赛车、赛道模型以及控制算法所输出的控制信号(电机控制、转向控制及车速信号等),计算出车的行走路线,并即时地将数据传回控制算法层(其计算周期可调)。

凭借软件仿真的优势,在仿真过程中,系统可以方便地将各种变量记录下来,特别是一些实际试验时无法测量的量(如赛车相对于赛道中心线的偏移量、前向角、加速度等),并保存于文件中。在回放模式中,用户可以调用这些文件,对其仿真结果进行后期分析和处理,继而改进自己的赛车设置以及控制算法。

2.赛道、赛车、路径识别模型

我们知道,一个具有高级控制策略的智能车应该在不同的赛道上都具有稳定的发挥,为了验证这一点,就必须在不同的赛道上做试验。然而,由于各方面的限制,我们不可能为赛车制作无数的赛道进行测试。但这个问题却可在Plastid中轻易地得到解决:我们可以设计出不同的赛道,并将其保存成文件,在仿真时将其调用即可。

图2是Plastid的赛道设计界面,用户可以使用“点”来精确设定赛道曲线的下一点位置,使用“弧”则可以以圆心坐标、角度来绘制想要得到的弧线,更可以直接采用“手绘”用鼠标在屏幕上绘制赛道或从数据文件中导入曲线。其操作界面友好,修改方便,且易于上手和操作。

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图2 赛道设计界面

为了仿真方便,我们将赛车简化为一个四轮刚体模型,除了一些基本的尺寸参数之外,在前轮转向系统,根据赛车的实际情况,我们用“转向速度”与“最大转向角”两个参数来模拟。

对于路径识别系统,Plstid给予使用者至多8个的光感传感器的坐标设定,使用者可以任意地安排传感器的个数和相对于车的排列坐标(将传感器安排成一条直线,或者弧线等方案),从而达到自己想要的识别效果。

对于加速的模拟,目前系统暂时以直接加速度为控制量,在对实车进行测试和分析后,将构建相应的模型。

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LabVIEW 智能车

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