567_大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)）

567_大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)）,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計(jì),總體,整體 液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)雙流工況動(dòng)態(tài)特性研究 摘要：研究液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。根據(jù)功率鍵合圖規(guī)則，建立二段式液壓機(jī)械雙流無級(jí)傳動(dòng)裝置雙流傳動(dòng)工況的鍵合圖模型，并以慣性元的廣義動(dòng)量和容性元的廣義位移作為狀態(tài)變量，推導(dǎo)出系統(tǒng)的狀態(tài)方程。根據(jù)鍵合圖模型，分析了該無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，分別得到負(fù)載、輸入轉(zhuǎn)速和斜盤擺角變化時(shí)，系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)主油壓的響應(yīng)曲線，同時(shí)分析了液容變化對系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響。分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間為0.5s，當(dāng)液容增大時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間將延長。 關(guān)鍵詞：液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)；鍵合圖；動(dòng)態(tài)仿真 一、簡介 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)復(fù)合構(gòu)成了液壓機(jī)械雙流無級(jí)傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)部分的輸出轉(zhuǎn)速與機(jī)械傳動(dòng)部分的輸出轉(zhuǎn)速通過差速裝置匯流后輸出，當(dāng)變排量液壓元件的排量變化時(shí)，就可獲得連續(xù)變化的輸出轉(zhuǎn)速。液壓機(jī)械傳動(dòng)作為一種無級(jí)變速傳動(dòng)形式，已應(yīng)用在軍用車輛的直駛和轉(zhuǎn)向上。但目前對液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)的研究還主要停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和靜態(tài)特性上。通過功率鍵合圖理論的應(yīng)用，我們建立了一個(gè)兩范圍液壓機(jī)械傳輸系統(tǒng)的鍵合圖模型，并模擬了其動(dòng)態(tài)特性。 二、液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)模型 1、液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 研究的二段式液壓機(jī)械雙流無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，該系統(tǒng)由3個(gè)制動(dòng)器、4個(gè)行星排、1個(gè)變排量液壓元件和1個(gè)定排量液壓元件組成。制動(dòng)器CL制動(dòng)、制動(dòng)器CH和CR分離時(shí)，行星排P2和P3工作，為液壓機(jī)械雙流傳動(dòng)工況。此時(shí)，由齒輪z1輸入的功率經(jīng)齒輪z21和z22分流后，一路功率經(jīng)齒輪z3給液壓傳動(dòng)部分，一路經(jīng)齒輪z4給機(jī)械傳動(dòng)部分，最后兩路功率在P2行星排匯流后，經(jīng)齒輪z5，z6和z7輸出。 圖1 液壓機(jī)械無極傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖 2、系統(tǒng)建模 通過分析圖1所示的液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的功率流程，并根據(jù)鍵合圖規(guī)則，建立了該系統(tǒng)雙流傳動(dòng)工況的鍵合圖模型。通過分析圖1所示的液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的功率流程，并根據(jù)鍵合圖規(guī)則，建立了該系統(tǒng)雙流傳動(dòng)工況的鍵合圖模型。如圖2所示，圖中對所有的鍵進(jìn)行了編號(hào)，不同鍵上的變量用相應(yīng)鍵的編號(hào)作為下標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，例如標(biāo)號(hào)為25的鍵上的勢變量和流變量可表示為e25和f25。 鍵合圖中各符號(hào)定義如下：n0為動(dòng)力源，可看作一個(gè)流源，向系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速；Tb 為負(fù)載，可看作一個(gè)勢源，向系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)矩；pdl為補(bǔ)償系統(tǒng)，此處為一個(gè)勢源，用以保持液壓回路中低壓油路壓力恒定；i0為齒輪z1到z21的傳動(dòng)比；ijz為機(jī)械路傳動(dòng)比；ip為齒輪z22到z3的傳動(dòng)比；ihz為機(jī)械路匯流傳動(dòng)比；ihy為液壓路匯流傳動(dòng)比；ib為齒輪z5到z7的傳動(dòng)比；MTF1為變排量液壓元件，此處用可變回轉(zhuǎn)器表示，回轉(zhuǎn)器模數(shù)由信號(hào)發(fā)生器參數(shù)qp給定；qm，qm1為定排量液壓元件變換系數(shù)，且qmqm1=1；1結(jié)點(diǎn)為共流結(jié)，流變量相等；0結(jié)點(diǎn)為共勢結(jié), 勢變量相等。 圖2 液壓機(jī)械無極傳動(dòng)系統(tǒng)鍵合圖模型 L0為輸入軸粘性摩擦系數(shù)(單位: N·s·m-1)；Lfp為阻礙變量液壓元件轉(zhuǎn)動(dòng)的粘性摩擦系數(shù)；Lfm為阻礙定量液壓元件轉(zhuǎn)動(dòng)的粘性摩擦系數(shù)；Lb 為輸出軸粘性摩擦系數(shù)；Rgl為高壓油路中油液的泄漏液阻(單位: N·s·m-5)；Rdl為低壓油路中油液的泄漏液阻；Rp為變量液壓元件的泄漏液阻；Rm為定量液壓元件的泄漏液阻；Ljz1為機(jī)械路傳動(dòng)比主動(dòng)部分軸系粘性摩擦系數(shù)；Ljz2為機(jī)械路傳動(dòng)比被動(dòng)部分軸系粘性摩擦系數(shù)；Ljz3為匯流軸系粘性摩擦系數(shù)；C0為輸入軸柔度系數(shù)( 單位: m·N-1)；Cb為輸出軸柔度系數(shù)；Cp為變量液壓元件內(nèi)部油液的液容(單位: m5·N-1)；Cm為定量液壓元件內(nèi)部油液的液容；Cjz1為機(jī)械路傳動(dòng)比主動(dòng)部分軸系的柔度系數(shù)；Cjz2為機(jī)械路傳動(dòng)比被動(dòng)部分軸系的柔度系數(shù)；I0為輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ip為變量液壓元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Im為定量液壓元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ib為輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ig1為高壓油路中油液的液感(單位: N·s·m-5) ；Idl為低壓油路中油液的液感；Ijz1為機(jī)械路傳動(dòng)比主動(dòng)部分軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ijz2為機(jī)械路傳動(dòng)比被動(dòng)部分軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ijz3為匯流軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3、系統(tǒng)狀態(tài)方程 應(yīng)用鍵合圖法進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析，就是根據(jù)所建立的系統(tǒng)鍵合圖模型，合理地選擇系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程。一般取慣性元件的廣義動(dòng) 量p和容性元件的廣義位移q作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量[5~10]。 按照優(yōu)先積分因果關(guān)系的原則進(jìn)行鍵合圖因果關(guān)系的標(biāo)注時(shí)，有時(shí)系統(tǒng)鍵合圖部分儲(chǔ)能元件具有微分因果關(guān)系，在這種情況下，系統(tǒng)狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)等于具有積分因果關(guān)系儲(chǔ)能元件的個(gè)數(shù)。具有微分因果關(guān)系儲(chǔ)能元件的能量變量，依賴于系統(tǒng)的狀態(tài)變量，為非獨(dú)立變量。在列這種類型的鍵合圖的狀態(tài)方程時(shí)會(huì)產(chǎn)生代數(shù)環(huán)問題，建立的液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)鍵合圖模型即為這類模型。在圖2中，慣性元I0, Ijz2和Im上的能量變量即為微分因果關(guān)系。解決的辦法是用有關(guān)的狀態(tài)變量表示微分因果關(guān)系儲(chǔ)能元件的廣義動(dòng)量和廣義位移，將所得的表達(dá)式對時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)。由此可解得慣性元I0, Ijz2和Im的變量表達(dá)式為： (1) (2) (3) 這樣, 系統(tǒng)的狀態(tài)變量就只有12個(gè)，q2(t)，q9(t)，p11(t)，q18(t)，p20(t)，p27(t)，q31(t)，p34(t)，q37(t)，p43(t)，q55(t)，p58(t)。 該系統(tǒng)的輸入向量: U=[n0pdlTb]T。根據(jù)鍵合圖反映的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性，將 各狀態(tài)變量的微分寫成各狀態(tài)變量和輸入變量的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)推導(dǎo)整理后，可得到下列12階狀態(tài)方程： (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) 式中，；；。 三、動(dòng)態(tài)仿真 將已知的液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算參數(shù)帶入上述狀態(tài)方程，并應(yīng)用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。仿真時(shí)，首先為系統(tǒng)賦初值，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再施加激勵(lì)，記錄此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果。圖3至圖8是系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和泵馬達(dá)系統(tǒng)主油壓在不同激勵(lì)狀態(tài)下的響應(yīng)曲線。 圖3 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)A 圖3是負(fù)載躍變時(shí)輸出轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)主油壓的階躍響應(yīng)曲線，油壓響應(yīng)的上升時(shí)間為22ms，調(diào)節(jié)時(shí)間為445ms，超調(diào)量為86%。 圖4 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)B 圖4是輸入轉(zhuǎn)速躍變時(shí)輸出轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)主油壓的階躍響應(yīng)曲線，輸出轉(zhuǎn)速響應(yīng)的上升時(shí)間為17ms，調(diào)節(jié)時(shí)間為479ms，超調(diào)量為65%。 圖5 角擺動(dòng)板改變的系統(tǒng)斜坡響應(yīng) 圖5是變量泵斜盤擺角斜坡激勵(lì)時(shí)的一族響應(yīng)曲線，斜盤擺角由0到最大值(相對變化率E取值為0～1)的上升斜率分別取50，20，8，4(對應(yīng)斜坡上升時(shí)間分別為0.04，0.10，0.25，0.50s)，輸出轉(zhuǎn)速響應(yīng)的上升時(shí)間分別為43，108，255，505ms，超調(diào)量分別為47%，12%，4%，2%。 圖6 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)C 圖6是斜盤擺角階躍變化時(shí)輸出轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)主油壓的響應(yīng)曲線，輸出轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線的上升時(shí)間為22ms，調(diào)節(jié)時(shí)間為420ms，超調(diào)量為73%。 作者建立的液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)鍵合圖模型是一個(gè)線性系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)響應(yīng)速度較快，穩(wěn)定性好，但階躍響應(yīng)的超調(diào)量較大。在斜坡輸入狀態(tài)下，斜率大于8(斜盤擺角從0到最大值變化的時(shí)間不小于0.25s)時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量不超過5%，系統(tǒng)過渡過程接近穩(wěn)定狀態(tài)。 圖7 系統(tǒng)的斜坡響應(yīng)B 圖8 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)D 圖3～圖6所示的仿真結(jié)果，是在圖2所示模型中的液容Cm和Cp 取0.0085時(shí)得到的，當(dāng)其他條件不變，Cm和Cp 取0.0850時(shí)，可得到圖7和圖8所示的響應(yīng)曲線。圖7為斜盤斜坡激勵(lì)時(shí)的轉(zhuǎn)速和壓力響應(yīng)曲線，輸出轉(zhuǎn)速響應(yīng)的上升時(shí)間分別為87，121，204，519ms，超調(diào)量分別為52%，38%，11%，5%。圖8是斜盤階躍激勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)速和壓力的響應(yīng)曲線，輸出轉(zhuǎn)速響應(yīng)的上升時(shí)間為68ms，超調(diào)量為57%。與圖5，圖6所示仿真結(jié)果相比，當(dāng)液容增大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間也延長，但響應(yīng)的振蕩次數(shù)減少，壓力的波動(dòng)量也減小。斜坡響應(yīng)的超調(diào)量有所增大，階躍響應(yīng)的超調(diào)量有所減小。 四、結(jié)論 根據(jù)鍵合圖規(guī)則建立了二段式液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)雙流傳動(dòng)工況的鍵合圖模型，該模型可用于分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 當(dāng)變量泵的排量為某一個(gè)定值時(shí)，所研究的系統(tǒng)簡化為一個(gè)線性定常系統(tǒng)；當(dāng)變量泵的排量隨時(shí)間變化時(shí)，系統(tǒng)是一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)；斜坡輸入的斜率取8時(shí)，系統(tǒng)的過渡過程接近平穩(wěn)。 系統(tǒng)的液容取值影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，可對液容的影響以及液阻的影響進(jìn)行深一步研究。 參考文獻(xiàn) [1] Liu X. 車輛傳動(dòng)系統(tǒng)分析[M]. 北京:National Defense Industry Press, 1998 :255-310. 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[9] Borutzky W, Barnard B, Thoma J U. “Describing Bond Graph Models of Hydraulic Components in Modelica”[J]. Mathematics and Computer in Simulation, 2000, 53:381-387. [10] Cacho R, Felez J, Vera C. “Deriving Simulation Models from Bond Graphs with Algebraic Loops”[J]. Journal of Franklin Institute, 2000, 337:579-600. 摘要——MCM基板的生產(chǎn)成本顯著減少，是通過將基板層從傳統(tǒng)的四到五層（電源，接地，X信號(hào)，Y信號(hào)，墊）減少到二至三層實(shí)現(xiàn)的。除了減少直接處理步驟外，消除有缺陷的生產(chǎn)操作也使產(chǎn)量得到增加。 本文介紹了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（IMPS），一個(gè)新的互連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是利用精細(xì)光刻線的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出允許電源平面和地分布，以及密集的信號(hào)互連，布置在兩個(gè)金屬層的基板上。本文還對MCM-D和MCM-L中拓?fù)涞膸讉€(gè)可能的實(shí)施進(jìn)行了說明。 對測試媒介的信號(hào)傳輸以及配電IMPS的拓?fù)涮攸c(diǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。試驗(yàn)媒介已經(jīng)在HiDEC裝入到了硅工藝開發(fā)所使用的鋁聚酰亞胺化合物中。各種信號(hào)/電源/接地配置的信號(hào)傳輸測量結(jié)果（阻抗，延遲和串?dāng)_）會(huì)被呈現(xiàn)出來。 與固態(tài)功率、接地層的測試介質(zhì)相比較后，電源分布特征（直流下降和交流噪音）被顯現(xiàn)出來。 從測試媒介的測量特點(diǎn)，適用性（時(shí)鐘頻率，功率等）來看，測試媒介已被確定為IMPS拓?fù)?。而啟用IMPS來降低基板成本，可以使大多數(shù)MCM的應(yīng)用從中受益。 關(guān)鍵詞——多晶片模塊，降低成本，功率分配，去耦，交指型晶體管，網(wǎng)格位面 1、引言 為了達(dá)到計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，除了生產(chǎn)大面板格式的MCM基板以外，降低基板成本最可靠的方法就是減少制造過程中的步驟。盡管減少材料成本和調(diào)整工藝可以起到一定的作用，但是通過消除基片層的方式可以獲得更大幅度的成本降低。雖然一些簡單的MCM基板已經(jīng)由一層或兩層金屬層來制作，但是幾乎所有的MCM-D都還需要四層或五層的基板層：電源平面，地面平面，X信號(hào)，Y信號(hào)，有點(diǎn)還需要一個(gè)襯墊層。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是印刷電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自然延伸。不幸的是，對于大多數(shù)MCM-D而言，每一個(gè)金屬層的成本大致是相同的，無論是一個(gè)純金屬平面或者是需要300cm/cm2布線能力的布線層；這是由于沉積和光刻技術(shù)造成的。此外，比起按順序鉆布線板通孔的工作，批量處理的生產(chǎn)方法至今沒有在MCM-D和一些MCM-L的生產(chǎn)上得到應(yīng)用。 圖1. IMPS拓?fù)涞耐茖?dǎo) 2、IMPS拓?fù)? 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（IMPS），是一種新的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它允許低電感平面電源和地分布，以及密集、受控的阻抗和低串?dāng)_信號(hào)傳輸集中布置在兩個(gè)物理布線層上。采用精線的光刻技術(shù)生產(chǎn)方式和MCM-D以及部分MCM-L的批量生產(chǎn)特征來建立一個(gè)使用標(biāo)準(zhǔn)的印刷線路板的方法不經(jīng)濟(jì)可行的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 圖2. “稀疏”IMPS的實(shí)現(xiàn) 圖3. 粗網(wǎng)格 圖1中是按順序示出的功率分配結(jié)構(gòu)的推導(dǎo)。許多MCM的電源或接地，考慮的都是一個(gè)相似的網(wǎng)狀平面。不以孔的平面為參照，而是將X和Y中的導(dǎo)體以一組的形式來進(jìn)行考慮。在圖1（a）中，X的導(dǎo)體和Y導(dǎo)體被放置在兩個(gè)分開的金屬層，在每個(gè)交叉都提供保留的平面特性。（與線相比，過孔通常具有較低的電阻和電感。）這種“互聯(lián)網(wǎng)”平面產(chǎn)生的電量相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)狀平面是合理的，但它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)狀平面是不同的。圖1（a）中的網(wǎng)格，在導(dǎo)體與導(dǎo)體之間有著足夠的空間，能夠在相同的兩個(gè)物理金屬層的聯(lián)通通孔中插入與它們本身極性相反的叉式導(dǎo)體（電源或地）。由此產(chǎn)生的“互聯(lián)的網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)具有必要的低電阻和電感的完整配電系統(tǒng)。 在這種“密集”的電源和接地導(dǎo)體之中，沒有信號(hào)。然而，如果每一個(gè)其他的電源和接地導(dǎo)體（和相應(yīng)的通孔）被刪去了，隨之而來的“稀疏”功率分配網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)仍然是平面的，但是其中含有較少的金屬，這樣會(huì)產(chǎn)生更大的電阻和電感。兩倍的最小導(dǎo)線間距在平均間距的信號(hào)布線中可以設(shè)置出來，如圖2。然而，這樣安排的結(jié)果，會(huì)在相鄰的信號(hào)軌道上造成潛在的串?dāng)_和差的阻抗控制性能。 許多的“罰款”（即最小設(shè)計(jì)規(guī)則）互連的網(wǎng)格與信號(hào)線分代最多的變化是可能的，幾乎一半的電源和接地導(dǎo)體，但始終保持至少有一個(gè)電源或接地導(dǎo)體相鄰信號(hào)之間導(dǎo)線。在可用信號(hào)線密度和配電完整性結(jié)果之間做權(quán)衡，并且照顧必須采取不“斷開”部分的電源或接地平面的要求。以下的線序表明幾種可能性，NP的數(shù)字表示平均信號(hào)線間距為最小線間距的倍數(shù)： GSGPGPSPGPGSG…. 5P GSGPSPGSGPSP.... 3P GSGSGPSPSPGS .... 2.5P GSGSGSGSGSGS .... 2P NO! 最后一個(gè)序列可能“斷開”或至少是“不平坦”電源平面。 圖4. （a）信號(hào)功率和地面之間的界限 （b）高密度的信號(hào)線 一個(gè)更好的解決方案是采用“粗調(diào)”（即非最小設(shè)計(jì)規(guī)則）網(wǎng)供配電。例如，在MCM-D技術(shù)與20微米的最低線和空間，電源接線可以采用一個(gè)100微米的線和60微米的空間設(shè)計(jì)規(guī)則（電源或接地導(dǎo)體上的320微米間距如圖3所示）。到60微米的電源和接地導(dǎo)體之間的空間（160微米的信號(hào)線間距，如圖4（a）），在不要求非常高的密度的區(qū)域中，將被插入的信號(hào)布線（20點(diǎn)寬的導(dǎo)體）?？赡苄枰蟮男盘?hào)線密度的區(qū)域，以便信號(hào)線可以“落入” 80微米的信號(hào)線間距的電源或接地導(dǎo)體中（圖4（b））。請注意，分割電源或接地導(dǎo)體使用四個(gè)信號(hào)大小的孔，在適當(dāng)?shù)慕徊娓鼡Q功率大孔保持連續(xù)性網(wǎng)狀。這些幾何信號(hào)傳播特性的影響將在稍后進(jìn)行討論。與75微米間距線（25微米線寬和50微米的空間）相比，80微米的信號(hào)線間距在許多傳統(tǒng)的MCM信號(hào)層上被使用，以減少串?dāng)_。IMPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以插入每對信號(hào)線之間交流接地導(dǎo)體的方式，提供更大的降低串?dāng)_。 13 第二代微車的協(xié)調(diào)控制和測試平臺(tái)傳感策略 摘要：本文介紹了第二代經(jīng)濟(jì)合作控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[C. H. Hsieh等人PROC.Am。會(huì)議在2006年]。原來的汽車通過提高車輛與主板上的范圍進(jìn)行檢測，有限的電路板計(jì)算，無線通信，同時(shí)保持經(jīng)濟(jì)上的可行性.tankbased平臺(tái)，采用了靈活的毛毛蟲帶驅(qū)動(dòng)器和相同的模塊化傳感和通信組件。我們運(yùn)算后驗(yàn)證，最近提出的合作轉(zhuǎn)向展示出實(shí)際使用的測試平臺(tái)涉及避障。 Ⅰ介紹 計(jì)算機(jī)仿真，作為一種工具來驗(yàn)證合作控制算法的準(zhǔn)確度一樣好模型反映了現(xiàn)實(shí)世界中的參數(shù)。一個(gè)真正的汽車測試平臺(tái)是向前邁出的重要一步，以驗(yàn)證算法效益。作為在自主多輛的利益運(yùn)動(dòng)持續(xù)上升，作為一個(gè)寶貴的測試平臺(tái)仍然學(xué)習(xí)工具觀察理論在現(xiàn)實(shí)世界中行動(dòng)。同時(shí)滿足節(jié)省成本和空間的限制去按照1:1比例多輛測試平臺(tái)是不切實(shí)際的。即使有一個(gè)按比例縮小的方法，許多測試平臺(tái)涉及10-50CM大小車輛在室內(nèi)環(huán)境中不能機(jī)動(dòng)。為此，一小型化，經(jīng)濟(jì)的微型車測試平臺(tái)開發(fā)中，在一個(gè)集成系統(tǒng)中，使用1/64大小的車輛架空相機(jī)定位和板運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。該平臺(tái)展示了一個(gè)多功能的可能性合作測試平臺(tái)領(lǐng)域具有成本效益的設(shè)計(jì)（所有的材料和計(jì)算成本小于4,000元）。本文描述這個(gè)二代的設(shè)施，其中有第二代許多新的功能，同時(shí)維護(hù)的總體成本和原來的設(shè)計(jì)規(guī)模。第一代車輛基于一個(gè)microsizer的汽車底盤，它具有三個(gè)離散轉(zhuǎn)向狀態(tài)，單速，無板加工，一個(gè)緩慢的雙向無線通信速率（13HZ）。該第二代車輛在30Hz雙向溝通并具備板上處理和船上的范圍進(jìn)行檢測。兩種不同的底盤設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)基于的基礎(chǔ)上的罐體上車平臺(tái)和一個(gè)第二一只毛毛蟲式驅(qū)動(dòng)器，允許一個(gè)可以忽略不計(jì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)半徑。硬件分為多個(gè)子模塊，可以用來緩解未來的擴(kuò)展和升級(jí)。更新相機(jī)定位軟件可以更好的對上面的跟蹤。該路徑規(guī)劃軟件離板根據(jù)不同的應(yīng)用。在本文中我們演示應(yīng)用程序利用動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)[14]法律和累積和算法控制障礙檢測[19]的啟發(fā)。所有的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃板和單板計(jì)算機(jī)只用于架空相機(jī)信息通信從車輛的傳感器數(shù)據(jù)。我們的新的地面車輛[2-11]類似的功能，同時(shí)保持以每輛車160元的順序，一個(gè)子palmsized上的材料成本底盤。一個(gè)口袋大小的發(fā)射器連接到一臺(tái)筆記本電腦通過串行電纜，從而使得整個(gè)平臺(tái)便攜。在某些情況下，我們也有興趣在實(shí)時(shí)障礙物檢測板上的紅外傳感器發(fā)揮了的作用。位置跟蹤系統(tǒng)更新率和準(zhǔn)確性得到改善。 本文的結(jié)構(gòu)如下。第II部分中，我們提出了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，跟蹤系統(tǒng)，車輛硬件，局部運(yùn)動(dòng)控制和物理模型。第Ⅲ節(jié)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)車輛。第Ⅳ節(jié)介紹了一套不同的任務(wù)轉(zhuǎn)向控制法。第Ⅴ節(jié)介紹了實(shí)施控制法律的任務(wù)圓以下，分裂和合并的一組，點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一組動(dòng)態(tài)避障。 Ⅱ多微車實(shí)驗(yàn)平臺(tái) A車輛平臺(tái) 圖1為平臺(tái)的系統(tǒng)圖 圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系統(tǒng)圖 圖2 （左）輪式車和（右）履帶坦克車 圖3輪式車車載系統(tǒng)的示意圖。履帶坦克車系統(tǒng)原理圖與上述相同，除了它具有另外的電機(jī)代替伺服 B.車輛信息 我們設(shè)計(jì)了兩輛車：一輛汽車和一輛坦克。汽車用了ZipZaps微型遙控特別版轎車，它有21,500 RPM的電機(jī)和12:1傳動(dòng)裝置。它在向前或向后的方向都有后輪驅(qū)動(dòng)。它使用一個(gè)電位轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向控制器提供反饋到測量儀，該測量儀。該坦克用了Ecoman R / C微型坦克，它有96:1傳動(dòng)比率，有爬上38 ?坡的能力。它有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制左帶，另一個(gè)控制右?guī)?。他們的電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是相同的（參見圖3） 。為了便于安裝和靈活性，車輛有四個(gè)主要的硬件模塊，處理H橋電路板（ Megabitty ），一個(gè)上層電路板，一個(gè)底層甲板和車輛底盤。相互通過螺釘和/或套筒標(biāo)簽（參見圖2）連接。這種配置允許未來的擴(kuò)展和升級(jí)。如果需要變成不同的機(jī)箱或不同的車輛，只需更換下層裝甲。此外，通過更換Megabitty還可以提高處理能力。表I顯示與[1]中的第一代汽車相比，新的車輛的物理尺寸。需要注意的是車輛配備遠(yuǎn)距離紅外傳感器比之前長了1cm并重了2g。 表1 車輛的物理尺寸 圖4 （左）無線通訊模塊。 （右）定位標(biāo)簽樣品 C.車輛硬件 處理板。我們使用預(yù)組裝的處理器板從Junun.org 的Megabitty。它具有8位RISC AVR 16MHz的微處理器和兩路500mA額定H橋。該模塊是略作修改，以適應(yīng)整體的硬件結(jié)構(gòu)。此板坐在上層裝甲上，并通過無線模塊連接到一個(gè)3.3V至5V電平轉(zhuǎn)換器。 上層裝甲上有機(jī)器人的主要組成部分，通信模塊，電源模塊，紅外傳感器和連接器。主電源存儲(chǔ)器是一個(gè)單結(jié)構(gòu)3.7V-740mAh鋰聚合物電池。我們利用升壓穩(wěn)壓器提供5V和3.3V穩(wěn)壓器低壓降，這樣可以保持穩(wěn)定的通信單元和處理器模塊一個(gè)8V電源軌。 下層裝甲。通過板緊螺絲緊固在機(jī)箱上。它承受安裝底盤和上層之間的力。它還為插入的鋰聚電池以及開關(guān)提供了空間。 紅外傳感器是'接近'型GP 2Y0A02YK和夏普的GP 2Y0A21 YK。它們的范圍分別為20到150厘米， 10至80厘米。如果一個(gè)對象進(jìn)入其有效范圍，輸出電壓為高。手動(dòng)校準(zhǔn)傳感器和細(xì)節(jié)在[12]中進(jìn)行了討論。 無線通信模塊。為了幫助開發(fā)成本，我們選擇了預(yù)組裝Radiotronix提供Wi.232 DTS收發(fā)模塊[ 13 ]作為微控制器和站之間的無線橋接。模塊成本27美元，尺寸為2cm ×2.5厘米，額定電流為16mA 。作為低功耗UART天線串行接口，該模塊可以很容易地與Megabitty和跟蹤計(jì)算機(jī)集成。該模塊工作在902- 928MHz的ISM頻段，具有獨(dú)立的通道來傳輸和接收，從而讓我們實(shí)現(xiàn)了全雙工系統(tǒng)的靈活性。在圖4中示出的無線通信模塊。當(dāng)前的設(shè)置，我們就實(shí)現(xiàn)了最大數(shù)據(jù)速率為57.6千比特/秒，這是足夠30Hz的定位更新。 D.軟件架構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)低的電平控制層和用戶應(yīng)用層?？刂茖佑伤牟糠纸M成：一個(gè)任務(wù)調(diào)度器，一個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)向和速度）控制器，傳感器測量采集和通信。應(yīng)用軟件可訪問控制層，改變車輛運(yùn)動(dòng)，溝通與跟蹤系統(tǒng)，檢索范圍的傳感器數(shù)據(jù)。 調(diào)度器。一個(gè)簡單的任務(wù)調(diào)度器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向的更新速率，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，以及傳感器讀數(shù)。在啟動(dòng)時(shí)，每個(gè)任務(wù)注冊調(diào)度優(yōu)先級(jí)，更新率，以及一個(gè)回調(diào)函數(shù)。由于調(diào)度程序的主要用途是更新的各種本地控制系統(tǒng)，沒有任務(wù)允許運(yùn)行時(shí)間超過一毫秒的調(diào)度器的分辨率。計(jì)劃任務(wù)不能執(zhí)行任何阻塞調(diào)用，如果該任務(wù)正在等待更多的資源，需要重新安排自己以后再次運(yùn)行。計(jì)劃任務(wù)通過優(yōu)先解決沖突，如果兩個(gè)任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)，將按初始登記的順序執(zhí)行。一個(gè)用戶可以預(yù)定任務(wù)，但它具有最低的優(yōu)先級(jí)，可以被任何控制器任務(wù)搶占，以確保車輛正確的操作。 車載基本運(yùn)動(dòng)軟件。轉(zhuǎn)向速電機(jī)由兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）通道，通過兩個(gè)H橋控制?？刂齐姍C(jī)速度簡單地通過改變脈沖寬度控制，而方向盤控制需要任務(wù)調(diào)度中的閉環(huán)反饋控制。電位器的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC ）的模擬電壓饋送微處理器。任務(wù)調(diào)度允許ADC的調(diào)用為其他的工作釋放處理時(shí)間，同時(shí)等待完成轉(zhuǎn)換。返回的ADC值送入經(jīng)典的比例微分控制器工作在250Hz。轉(zhuǎn)向角有51°，最左邊為50°，中心為25°和右側(cè)為0°，精確度為1°。25°偏移的建立時(shí)間是0.18秒。 圖5示出轉(zhuǎn)向控制器的性能。 坦克的基本運(yùn)動(dòng)軟件。坦克獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)皮帶，導(dǎo)致在向前和向后移動(dòng)中可以任意半徑的轉(zhuǎn)彎。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)可以簡單以直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)彎構(gòu)建路徑。狀態(tài)機(jī)是負(fù)責(zé)兩個(gè)演習(xí)的執(zhí)行順序。速度和航向?yàn)檩斎雲(yún)?shù)。我們假設(shè)方向的優(yōu)先級(jí)比速度的更高。完整的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)序列如表二中所述。直線和轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)依靠航向角反饋跟蹤系統(tǒng)。我們用一個(gè)簡單的比例微分反饋控制計(jì)劃使坦克在穩(wěn)定的方向上前進(jìn)。注意，左側(cè)和右側(cè)的驅(qū)動(dòng)程序是不相同的，一些電氣和機(jī)械的差異存在。一個(gè)比例閉環(huán)控制器改變左，右驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，以保持直線運(yùn)動(dòng)。 紅外傳感器測量采集。紅外傳感器采用另一個(gè)ADC通道，以提供的瞬時(shí)數(shù)字化測量。執(zhí)行率在任務(wù)調(diào)度時(shí)被指定，通常在為25Hz 。各種過濾器可以編碼，以適應(yīng)應(yīng)用需求。對于本文中所描述的應(yīng)用程序中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)障礙物檢測（見下文）的累積求和算法。另一個(gè)應(yīng)用程序，動(dòng)態(tài)可見性[12]，使用一個(gè)ENO計(jì)劃范圍傳感器所獲得的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法。 通信軟件。車輛的跟蹤數(shù)據(jù)堆疊在一起，并通過串行端口作為一個(gè)包發(fā)送。跟蹤數(shù)據(jù)的接收是中斷驅(qū)動(dòng)。接收整個(gè)包時(shí)，車輛可以提取其自己的和其他車輛的跟蹤信息。我們利用Windows API來跟蹤計(jì)算機(jī)上的串行端口接口。 E.跟蹤系統(tǒng) 車輛的跟蹤通過對兩個(gè)開銷相機(jī)的圖像分析完成。物理設(shè)置與[1]中相同。辨識(shí)汽車使用的標(biāo)記被放大了15％，標(biāo)記的位已被從線條更改為方格以免誤認(rèn)。圖4 （右）顯示了一個(gè)新型車輛的標(biāo)簽圖案示例。 此外，跟蹤算法的性能通過閾值處理，分辨那些由汽車標(biāo)簽形成的圖像的輪廓，得到增強(qiáng)。具體而言，建立一個(gè)邊界矩形使得它封閉了一個(gè)輪廓，而不必與圖像平行，而不是圍繞每一輪廓建立最小面積的矩形（矩形的兩面平行于圖像平面）。由此，可以限制矩形的長度和寬度，而不是它的面積，前者提供了更具有識(shí)別力的判別過程。 修訂后的視頻跟蹤算法達(dá)到最大航向誤差3 ?，而老算法最大的誤差為9 ?，而且還保持平均為1個(gè)像素的位置誤差。此外，如果沒有噪聲或閉塞（即用于清潔圖像輸入文件）的存在下，車輛被誤判的概率降低。 圖6 。開環(huán)測試車輛的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1-2） 。星星代表在測試平臺(tái)上的汽車的運(yùn)動(dòng)，而圓點(diǎn)代表一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬的議案 III 。車輛運(yùn)動(dòng)模型 A. 簡單的汽車模型 以下方程組，改編自[1 ] ，汽車運(yùn)動(dòng)的模型 其中x和y均代表實(shí)驗(yàn)室參考系中的車輛的位置坐標(biāo)，v為車速（正，如果前進(jìn)和倒退如果負(fù)） ， θ表示車輛的角度標(biāo)題中，M是車輛質(zhì)量，F(xiàn)為在車輛的最大驅(qū)動(dòng)力，β是與地面的摩擦系數(shù)。參數(shù)LCAR是汽車的長度。輸入控制參數(shù)Q1 ∈ { -255 ，255 }對應(yīng)的實(shí)力油門， 255 -255是全面落后，全面推進(jìn)， q1max = | Q1 | 。該參數(shù)Q2 ∈{ 0，50 }表示的51種可能的車輪的轉(zhuǎn)向角。圖6比較車輛運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真測試平臺(tái)上的物理實(shí)現(xiàn)的命令。在這里， F = 631.8 ×M cm/sec2 whereM是車輛質(zhì)量。 LCAR是從前輪后輪和β = 3.0米/秒的長度。 B.差分驅(qū)動(dòng)器模型 我們適應(yīng)模型[18 ]為坦克制定一階系統(tǒng)： ωL和ωr是左，右履帶的角速度（弧度/秒）， r是與坦克帶具有相同的履帶周長的圓的半徑， Ltank是坦克的寬度減去一條履帶的寬度。實(shí)踐中，我們只有當(dāng)dx / dt = dy / dt = 0時(shí)限制坦克的議案的d / dt > 0?？紤]這個(gè)限制：|ωL| = 3.3357ωc/255 - 0.9656 ，其中： ωC ∈ {0 ，160 }是左側(cè)皮帶的控制參數(shù)。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)， ωL = - | ωL | = - ωR 。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)ωR = - | ωR | = - ωL 。當(dāng)向前（向后） ， ωL = ±| ωL | = ωR 。 四。合作轉(zhuǎn)向控制法 A.基本理論 我們考慮最近一次的Frenet - Serret基于幀合作轉(zhuǎn)向控制算法中存在的障礙，由于摩根和施瓦茨[14]，來源于Justh和 Krishnaprasad原創(chuàng)作品的靈感[15] 。微曲線Z（ S） ∈ IR2弧長參數(shù)化描述的車輛的運(yùn)動(dòng)。設(shè)x表示從車輛的位置，在切線向量dz/ds方向的和y=x⊥相對于x的正方向。每個(gè)車輛的運(yùn)動(dòng)模擬 其中k是該車輛指數(shù)。車輛以單位速度移動(dòng)和第k個(gè)車輛路徑的曲率為標(biāo)量uk?？刂坡赏ㄟ^動(dòng)態(tài)改變英國創(chuàng)建車輛兩兩之間的相互作用指定。定uk=,其中 有，η =η (|r|), μ = μ (|r|), α = α (|r|)是制定函數(shù) 式子使車輛垂直于他們的共同的基準(zhǔn)線。隱函數(shù)f（|rjk|）調(diào)節(jié)車輛車輛之間的間距，式子μxj · YK使車輛轉(zhuǎn)到一個(gè)共同的方向。這種控制法需要的位置信息內(nèi)的其他代理（如下文所述）的鄰域。 局部耦合和領(lǐng)導(dǎo)跟隨的控制法 本地連接表現(xiàn)為限制每輛車的車輛周圍，附近的可視距離范圍。任何兩個(gè)車輛內(nèi)指定的彼此的距離以確保群集。本地連接控制律為： 其中ujk同（7），并有 由于代理這樣的局部耦合有利于大量的通信步驟的可擴(kuò)展性。 一個(gè)指定的領(lǐng)導(dǎo)者車輛駕駛一群在一個(gè)特定的方向。其余的車輛（追隨者車輛）遵循相應(yīng)的，通過使用本地耦合控制法，追隨者和領(lǐng)導(dǎo)的車輛之間具有較強(qiáng)的的耦合。 其中LC是一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者的耦合常數(shù)，l （k）是第k車輛最接近的領(lǐng)導(dǎo)車輛的索引。領(lǐng)導(dǎo)者車輛的控制律依賴于特定的應(yīng)用。 （12） UGK是全球控制律和UL k是局部控制法。如果有m個(gè)領(lǐng)導(dǎo)車輛，， n – m跟隨代理同倫的控制法為 其中UJK在方程（7）中已經(jīng)給出。LC 1是一個(gè)反映領(lǐng)袖對追隨者吸引強(qiáng)烈的耦合常數(shù)。領(lǐng)導(dǎo)代理同倫控制規(guī)律如下： 當(dāng)存在一個(gè)以上的領(lǐng)導(dǎo)，本地連接可以利用分開成兩個(gè)子群群，作為領(lǐng)導(dǎo)車輛驅(qū)動(dòng)器在不同的方向和跟隨車輛按照其各自的最接近的領(lǐng)導(dǎo)。下一節(jié)在測試平臺(tái)上證明了這樣一個(gè)例子。 D. 求目標(biāo) 要靠近一個(gè)指定的目標(biāo)，第k車輛使用 其中， rk為從第k個(gè)代理的位置到目標(biāo)矢量，γ是加權(quán)常數(shù)。只有第一項(xiàng)涉及的車輛之間的相互作用，以避免碰撞。第二項(xiàng)指示每輛車走向目標(biāo)。這種控制法不保證蜂擁，但如果代理商開始在群取向，它很可能是他們呆在一起。 E.避免屏障 考慮一個(gè)固定凸對象在平面中，這是指由一組m個(gè)點(diǎn)的雙向∈ IR2的外部。平均勢壘的方向矢量的計(jì)算方法為 其中，c （ · ）是零以外的指定半徑的切斷功能的一個(gè)步驟。避免屏障的控制律，然后將式子x代入控制規(guī)律（10）。這個(gè)長期定位車輛垂直于VK，這個(gè)標(biāo)志引導(dǎo)車輛遠(yuǎn)離平均勢壘方向。 五，執(zhí)行 在本節(jié)中，基于上述控制規(guī)律，我們考慮了幾種路徑規(guī)劃戰(zhàn)略。至目前為止仍未有許多已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)研究，使用這一類的控制律。我們提到一篇相關(guān)的論文[16] ，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于曲率轉(zhuǎn)向墻壁邊界控制律，并演示了一個(gè)單一的代理。配套文件[17]我們開發(fā)了控制律運(yùn)動(dòng)偽裝使用我們的新測試平臺(tái)的框架[15 ]實(shí)施。在下面的例子中，我們考慮兩種單代理和多智能體任務(wù)，包括那些依靠的范圍內(nèi)傳感器來確定回避的障礙。 轉(zhuǎn)向角 要描述uk與汽車的期望轉(zhuǎn)向角Φk的曲率控制 ，我們使用公式ρ = LCAR /tan φK [ 18 ] ，其中ρ是汽車的轉(zhuǎn)彎半徑。因此，一輛汽車的轉(zhuǎn)向角可以計(jì)算為： LCAR測量到4厘米。轉(zhuǎn)向規(guī)律假定汽車擁有單位速度，因此，我們擴(kuò)展LCAR根據(jù)實(shí)際車速。 基本圈跟蹤的實(shí)現(xiàn) 這個(gè)例子是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上圍繞一個(gè)特定點(diǎn)半徑已知的遠(yuǎn)的汽車。我們使用兩輛車的模型，在該模型中，一輛車固定在圓的中心。我們設(shè)定μ = 0， α = η = 1時(shí)，r0等于圓的半徑r且| R |等于從汽車到圓心的距離?；究刂品ㄗ兂桑? 其中，r = R2 -R1的汽車之間的距離。圖7給出了基本圓跟蹤控制規(guī)律在測試臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)。同一個(gè)汽車隨R的變化有如下三個(gè)不同的圓形路徑序列，達(dá)到一個(gè)特定的方向。 同倫控制法的實(shí)現(xiàn) 由于測試平臺(tái)的物理尺寸的限制，上面所討論的同倫控制律修改的序列的三個(gè)階段。在第一階段，指定兩個(gè)領(lǐng)導(dǎo)，轉(zhuǎn)向程序uleader K（ λ = 0） 在精簡通用控制方程（7）后得到的控制法方程（14）給出的。定期的全球控制的法律，在這種情況下只包括領(lǐng)導(dǎo)人。依照控制規(guī)律（13）中的ufollower K（ λ = 0）定義四個(gè)追隨者。在第二階段，領(lǐng)導(dǎo)切換到uleader k （ λ = 1 ） 圖7。同一輛汽車的路徑軌跡（實(shí)線），依次是同心圓（虛線）的半徑為65.5厘米， 41.7厘米，28.3厘米時(shí)的軌跡。 其中， SK是一個(gè)明確的非交互式控制法，使領(lǐng)導(dǎo)彼此遠(yuǎn)離?？刂坡傻淖冯S保持不變，兩個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)導(dǎo)人的帶領(lǐng)下蜂擁造成傳播。在第3階段，全局控制法方程（7）領(lǐng)導(dǎo)人之間的恢復(fù)，造成兩群合并一起回來。注意控制律（ 7）沒有定義群的方向，方向是任意的，組重新合并的結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致在合并后的總方向不同，如圖8所示的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。 D. 目標(biāo)追求的實(shí)施，動(dòng)態(tài)障礙檢測和避免 我們結(jié)合目標(biāo)尋求[IV- D] ，避免壘[ IV -E和累積和算法[19 ]障礙物檢測動(dòng)態(tài)生成路徑。一個(gè)（ W23 × L6 × H13）厘米的盒子沿朝著一個(gè)共同的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的四輛汽車的路徑放置。所有的汽車有盒子的尺寸和方向的先驗(yàn)知識(shí)，但它的位置不知道。盒子的最寬的表面垂直于汽車的初始方向。我們指定兩個(gè)前車作為觀察員。他們用車上遠(yuǎn)距離紅外線傳感器估計(jì)盒位置。一旦定位障礙物，數(shù)據(jù)被發(fā)送到計(jì)算站，產(chǎn)生一個(gè)虛擬屏障。此信息被分配到所有四個(gè)汽車。虛擬屏障的結(jié)構(gòu)如下：pi為第i個(gè)觀察者檢測到的障礙物上的點(diǎn)。接著靠著群在（ P1 + P2） / 2的位置，根據(jù)壁障側(cè)面的中心構(gòu)造一個(gè)長（2Lobstacle- |P1 - P2 |）、寬2Wobstacle的矩形。由于我們只有兩個(gè)措施障礙物的距離，通過擴(kuò)展障礙，以確保避免碰撞。當(dāng)車以一定距離通過從障礙時(shí)，減少阻擋項(xiàng)的權(quán)重，以避免經(jīng)過障礙物后路徑交叉和車的碰撞。圖9示出的執(zhí)行情況的運(yùn)動(dòng)軌跡和快照。 圖8 前四個(gè)圖像為測試平臺(tái)中六輛汽車執(zhí)行V-C部分中所述方案的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。中間圖為軌跡。圓點(diǎn)為領(lǐng)導(dǎo)位置；三角點(diǎn)為追隨者的位置。下面的圖為第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)跟隨上層領(lǐng)導(dǎo)和三個(gè)跟隨下層的領(lǐng)導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。在第二次運(yùn)行時(shí)，該組在合并后的總方向是不同的，跟蹤信息用像素域解釋，相應(yīng)的參數(shù)=== 1,每一個(gè)代理的= 600，領(lǐng)導(dǎo)R0 = 50和跟隨車輛的r0 = 40 ， LC = 20。 累計(jì)和障礙物檢測算法。隨著觀察者的接近障礙物，傳感器讀數(shù)增加背景噪聲電平指示的對象的存在。圖10顯示了原始傳感器讀數(shù)一個(gè)例子。要過濾的信號(hào)，我們使用特定版本一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的累積和算法[19] [20]。讓Xn表示原始傳感器信號(hào)在時(shí)間n級(jí)和μ表示沒有任何障礙存在的背景噪聲平均值。定義Zn= Xn -μ- c，其中c是由于障礙物的預(yù)期變化的一小部分傳感器讀數(shù)。接下來，定義Wn = （0，Zn + Wn -1） 。計(jì)算值Wn中應(yīng)保持在零附近，直到狀態(tài)發(fā)生變化，在這一點(diǎn)上它上升。在圖10中顯示了一個(gè)示例。一旦Wn中通過一個(gè)指定的閾值（大到足以避免誤報(bào)有很高的幾率），表示對象被檢測。使用汽車底盤，全油門的1/5 ，我們測試了不同的c值從150到400不等的累積和算法。結(jié)果在多個(gè)試驗(yàn)可以再現(xiàn)。這些價(jià)值在于密切的線性擬合，因此為了最好的效果，我們在實(shí)踐中使用c = 200，。 圖9。目標(biāo)尋求和避免障礙。前四個(gè)圖顯示同一個(gè)方案在不同的時(shí)間的示范快照。時(shí)間順序?yàn)?，從左上方到右下方。底部的圖顯示汽車汽車通過實(shí)際障礙（暗）和根據(jù)觀察員的范圍傳感器計(jì)算的較大的虛擬屏障（亮）的軌跡。在實(shí)施中，跟蹤信息用像素域解釋，為尋求長期目標(biāo)，相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置為 = 1, = 25, = 60，= 100。避障加權(quán)常數(shù)是85和通過屏障后從180變?yōu)榈? 。 六。結(jié)論 圖10。累積和算法在同一輛汽車接近障礙的傳感器數(shù)據(jù)的應(yīng)用。原始數(shù)據(jù)和累計(jì)（左上），選擇不同的C時(shí)的累加和（右上），樣車?yán)美鄯e和傳感器輸出避障的路徑（下）。 第二代測試平臺(tái)是在第一個(gè)版本的一個(gè)顯著的改良 ，加入了板載處理和檢測，提高通信速率，車輛多樣性和可擴(kuò)展性。所有的升級(jí)，同時(shí)保持原來的測試平臺(tái)的低成本和微觀尺度的特征來實(shí)現(xiàn)的。兩種不同車輛平臺(tái)的實(shí)用性，可以更廣泛的研究，協(xié)同控制。在本文中，我們驗(yàn)證的幾個(gè)動(dòng)態(tài)多代理一些修改算法與硬件架構(gòu)的協(xié)同控制的規(guī)律效力。 致謝 我們感謝亞歷山大 夫斯基對累積和算法路徑規(guī)劃算法的有用的意見和戴夫·摩根的建議。這項(xiàng)研究是支持由ARO穆里補(bǔ)助50363 - MA - MUR ONR授予號(hào)N000140610059 ， ARO授予號(hào)W911NF -05-1 -0112 。此外， AJ和VV支持由美國國家科學(xué)基金會(huì)的研究培訓(xùn)小組津貼DMS - 0601395 參考文獻(xiàn) [1] C.H.Hsieh ， Y.莊， Y.黃， K. 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