1 设计目的与意义

1.1背景

我国经济的迅速发展带动了汽车行业的发展，我国不仅是一个人口大国也是汽车生产和消费大国，人民生活水平的上升也极大地增加了汽车的销售量，同时促进了汽车消费市场的发展。汽车行业的发展让人们对汽车的要求也逐渐增加，追求更舒适更智能的汽车，这一需求促进了智能汽车的出现，它的出现，在给人们带来便捷的同时也提供了更高的安全性和可靠性，而智能汽车的设计和制造离不开智能化技术，它在汽车的各个部位都发挥着举足轻重的作用，而且也进一步的提升了出行的中国的车辆制造也在朝着更加智能化的方向发展和进步。

智能车控制系统在国际上是一个重要的研究课题，近些年来国内外众多的研究学者对智能车控制做出了大量的研究，并且取得了较为显著的研究成果。法国的学者Paromtchik 等人对于智能车的运动轨迹和车辆在运行过程中的轨迹控制做了许多理论性研究，通过数据采集和计算，提出了一种车辆速度控制的迭代算法。这种算法在进行运算的过程中能够较好的规划车辆运行过程中的车辆速度和车辆的加速度，通过这种计算得出一定的车辆运行数据，并且将这些数据进行整理记录，最终形成一套完整的控制算法。此外，韩国学者Park等，在进行控制的过程中普遍地采用超声波控制系统进行控制，在进行车载感应器的安装过程中，进行感应器频率的改变，智能车辆在行驶的过程中通过车辆的感应器对于车辆的速度进行必要的感应，通过感应自身的车速与周围的车辆速度，进行自身速度的调控，使得智能车的速度与周围的车辆速度保持在一定的范围之内。这样的控制感应系统在进行使用的过程中具有精确性高、速度控制较为精确的优点，在智能车控制系统上是一个重要的突破。

相对于国外的智能车控制系统研究来讲，中国智能车的控制研究起步较晚。但，研究人员凭借科学的研究方法和坚定的研究信念，最终在智能车控制算法的研究方面取得了重大的成就。在几年前吉林大学的尚世亮就已经对汽车的动力学模型进行分析研究，总结出：智能车辆的转向控制总共能够分为四个方面的参数，并且在进行车辆车速控制的过程中可以通过控制智能车的转向来进行智能车的控制。吉林大学的秦绪情利用模糊控制算法模拟驾驶思想，秦绪情在进行这种模糊算法的设计过程中，也是将车速的控制分为几个不同的参数，并且对几个实际的参数进行测量和记录，通过将相应的数据进行必要的总结得出一定的运算法则，但是这种运算法则的研究仅仅是处于一种理论的阶段，还没有进行实际的应用。近年来，中国研究人员，围绕国家战略需要，瞄准世界科技前沿，在中国智能车的发展上所做出的贡献，为中国智能车辆的车速控制系统研发指明了前进的方向。为了满足对智能车进行控制的要求，在确定了嵌入式实时控制系统整体方案之后，最为关键的是智能车控制算法的选择，当前用于智能车控制的算法有增量式PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制算法等，它们都有各自的优势和特点

而随着我国各个高校以及科研院所对智能车竞技项目的重视程度不断增加, 各种新的智能车控制算法不断涌现. 但是通过比较和分析各种不同的控制算法, 我们可以发现, 几乎所有的控制方法其核心部分仍然是采用了经典 PID 控制理论。但是最重要的 PID 参数设定以及调整往往需要依靠开发者的经验与大量的实验, 从而大大降低了开发效率，采用仿真软件的方式可以大大缩短智能车运行实验的时间周期, 不仅可以降低实验成本也可以了弥补现阶段智能车控制算法设计中的不足。

1.2目的与意义

随着我国综合实力的增强和科学技术水平的提升，中国的车辆制造也在朝着更加智能化的方向发展和进步。智能车辆的出现，对人们的出行带来了更大的方便，而且也进一步的提升了出行的安全可靠性。基于 PID 智能控制算法的智能车辆可以对车体的速度进行有效的控制，不需要人为来进行控制，可以有效的减少交通事故的出现。汽车技术已经有了明显提升，我国生产的汽车市场占有率逐年提高，具有高技术含量的汽车部件已经有了质的突破。尤其是新能源汽车近几年更是获得突飞猛进的发展，高续航能力的电池、电机以及整体系统质量水平已经达到国际水平，这为开发智能汽车打下了技术基础。同时互联网通信领域也已出现具有国际水平的高技术企业，移动通信和互联网运营服务能力处于领先水平，也为发展智能汽车提供了坚实的力量。

如今中国市场经济的不断深入化发展，中国的科技水平也在不断的提高，使得数字化、自动化、信息化与智能化技术应用到了生活的各个方面，并且在各个方面的发展中起着重要的作用。而智能车是综合采用多种传感器与智能公路技术来实现对智能车辆自动驾驶。智能车存有一套导航信息资料库，包含全国高速公路、城市道路、普通公路以及各种服务设施的信息资料。中国重点发展的一些科技促使中国智能车的出现，这种智能车在进行运行的过程中不需要人为的对车速进行控制，整体的速度是由车辆本身自带的系统进行控制。这种智能车的出现极大的方便了人们的生活，并且能够减少交通事故的发生频率。PID 智能车控制算法是近些年来新兴的一种智能车控制技术，这种控制算法的应用能够极大程度上提高车辆的可控性，在智能车系统的可控技术方面具有光明的研究前景。

将智能控制技术应用于车辆工程中并对于智能车控制算法设计与仿真研究可以为相关领域研究提供借鉴和参考，同时也可以更好的推动汽车行业的发展，在方便人们操作的同时极大地提高了汽车的安全性能，进一步降低事故发生的概率。

2 基本内容和技术方案

2.1 设计任务

（1）阅读相关参考文献，并对有关研究内容进行记录和分析；

（2）阅读外文专业文献资料并翻译；

（3）使用增量式PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制算法进行控制算法的设计；

（4）运用MATLAB/Simulink等数学软件对控制算法进行比较，得到最好的控制算法。

2.2 重点研究内容

（1）在以单片机为核心的两轮直立小车控制平台的基础山，进行控制算法设计；

（2）设计适合智能车模型的模糊自适应PID控制器；

（3）将设计好的控制算法在MATLAB，labVIEW等仿真软件上实现仿真，筛选出更好的控制算法。

2.3 设计技术方案

（1）阅读《高等数学》、《MATLAB应用大全》、《两轮自平衡小车的设计与实现》等相关专业书籍，了解智能车控制算法设计与仿真设计相关内容，总体把握设计流程。

（2）回顾专业相关内容，研究智能车控制算法的设计方法。

（3）根据《两轮自平衡小车的设计与实现》研究两轮自平衡小车的设计方法。

（4）搜索智能车控制算法设计的相关案例、文献，进行分析比较。

（5）讨论增量式PID控制和模糊模糊控制在两轮自平衡小车上的工作原理，并在PID控制算法的基础上，根据在调车过程中总结的经验，设计出与该系统匹配的模糊控制规则表，得出整定PID三个参数。

（6）设计适合小车模型的模糊自适应PID控制器。

（7）使用增量式PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制算法分别对支流电机进行控制并完成软件设计。

（8）选取大S弯道和直角转弯为代表路径，运用MATLAB，labVIEW等仿真软件上实现仿真，筛选出适合两轮自平衡直立车的更好的控制算法，并完成设计和论文的撰写。