智能小车PID运动控制系统设计
两轮自平衡小车双闭环PID控制设计

两轮⾃平衡⼩车双闭环PID控制设计两轮⾃平衡⼩车的研究意义1.1两轮平衡车的研究意义两轮平衡车是⼀种能够感知环境,并且能够进⾏分析判断然后进⾏⾏为控制的多功能的系统,是移动机器⼈的⼀种。
在运动控制领域中,为了研究控制算法,建⽴两轮平衡车去验证控制算法也是⾮常有⽤的,这使得在研究⾃动控制领域理论时,两轮平衡车也被作为课题,被⼴泛研究。
对于两轮平衡车模型的建⽴、分析以及控制算法的研究是课题的研究重点和难点。
设计的两轮平衡车实现前进、后退、转弯等功能是系统研究的⽬的,之后要对车⼦是否能够爬坡、越野等功能进⾏测试。
⼀个⾼度不稳定,其动⼒学模型呈现多变量、系统参数耦合、时变、不确定的⾮线性是两轮平衡车两轮车研究内容的难点,其运动学中的⾮完整性约束要求其控制任务的多重性,也就是说要在平衡状态下完成指定的控制任务,如在复杂路况环境下实现移动跟踪任务,这给系统设计带来了极⼤的挑战。
因此可以说两路平衡车是⼀个相对⽐较复杂的控制系统,这给控制⽅法提出了很⾼的要求,对控制理论⽅法提出来很⼤的挑战,是控制⽅法实现的典型平台,得到该领域专家的极⼤重视,成为具有挑战性的控制领域的课题之⼀。
两轮平衡车是⼀个复杂系统的实验装置,其控制算法复杂、参数变化⼤,是理论研究、实验仿真的理想平台。
在平衡车系统中进⾏解賴控制、不确定系统控制、⾃适应控制、⾮线性系统控制等控制⽅法的研究,具有物理意义明显、⽅便观察的特点,并且平衡车从造价来说不是很贵,占地⾯积⼩,是很好的实验⼯具,另外建⽴在此基础上的平衡系统的研究,能够适应复杂环境的导航、巡视等,在⼯业⽣产和社会⽣中具有⾮常⼤的应⽤潜⼒。
两轮平衡车所使⽤的控制⽅法主要有:状态回馈控制、PID控制、最优控制、极点回馈控制等,这些控制⽅法被称为传统控制⽅法。
1.2 本⽂研究内容(1)两轮⾃平衡⼩车的简单控制系统设计。
(2)基于倒⽴摆模型的两轮⾃平衡⼩车的数学建模。
(3)利⽤MATLAB⼯具进⾏两轮⾃平衡⼩车的系统控制⽅法分析。
智能小车设计ppt课件

当检测到障碍物时,采用绕行、停止等策略进行避障操作。
避障策略
硬件调试
检查电路连接是否正确,电源供电是否稳定,传感器是否工作正常等。
软件调试
采用单步调试、断点调试等方法对程序进行逐步排查,找出问题所在并进行修改。
问题解决方法
针对常见问题,如传感器失灵、小车无法直行等,提供相应的解决方法。同时,也可通过查阅相关资料、请教专业人士等方式寻求帮助。
问题三
智能小车的成本控制仍需改进。建议通过优化设计方案、降低采购成本、提高生产效率等措施,降低小车的制造成本和售价。
随着人工智能、物联网、云计算等技术的不断发展,智能小车将更加智能化、自主化和网络化,实现更高级别的自动驾驶和协同作业。
技术趋势
智能小车将在更多领域得到应用,如智能交通、智慧城市、智能家居等,成为未来智能生活的重要组成部分。
精确性
提高智能小车的导航精度和搬运精度,确保准确无误地完成任务。
设计目标
设计一款具有自主导航、避障、搬运等多种功能的智能小车,实现智能化、自动化运行。
稳定性
确保智能小车在各种环境下都能稳定运行,不出现意外情况。02CHAPTER
智能小车硬件设计
选用高性能、低功耗的微控制器,如STM32系列。
主控芯片类型
主控芯片原理
主控芯片优势
通过内部CPU、存储器和外设接口等资源,实现对小车各项功能的精确控制。
具有高集成度、高可靠性和易于开发等特点,满足智能小车复杂控制需求。
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红外传感器
超声波传感器
陀螺仪传感器
加速度传感器
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用于检测障碍物,实现避障功能。
基于PLC的自动送料小车的控制系统设计

基于PLC的自动送料小车的控制系统设计自动送料小车是一种常见的物流设备,可以用于在仓库中实现自动化的物料搬运和送料任务。
该系统的核心是PLC(可编程逻辑控制器),通过编程控制小车的运动和各种操作。
设计一个基于PLC的自动送料小车控制系统时,需要考虑以下几个方面:1.系统结构设计:首先,需要设计系统的硬件结构,包括小车的运动系统、送料装置、传感器和PLC控制器等。
根据实际需求,选择适当的电机和传动装置,确保小车能够平稳、高效地运动。
同时,安装传感器来检测货物位置、安全障碍等信息,并将其与PLC连接起来,实现数据的传输和交互。
2.控制逻辑设计:在PLC控制器中,需要编写程序实现小车的控制逻辑。
根据实际应用场景,编写适当的算法,控制小车的启动、停止、加速、减速以及转弯等动作。
同时,根据传感器的反馈信息,判断货物的位置,确保小车能准确地将货物送到目的地。
此外,还可以添加一些安全措施,如碰撞检测、急停装置等,保障人员和设备的安全。
3.用户界面设计:为了便于操作和监控,可以设计一个人机界面(HMI),通过触摸屏或键盘等设备,与PLC进行交互。
在界面上,显示小车的状态、当前任务、货物数量等信息,同时还可以设置一些操作按钮,如启动、停止、重置等,方便用户进行操作。
4.网络通信设计:为了进一步提高系统的自动化程度,可以将PLC与上位机或其他设备进行网络通信。
通过网络通信,可以实现远程监控、数据传输、故障诊断等功能,提高系统的可靠性和效率。
最后,为了保证系统的可靠性和稳定性,需要进行充分的测试和调试。
对小车的运动、控制逻辑、传感器等进行全面测试,并进行相应的优化和调整,直到系统能够正常工作。
总之,基于PLC的自动送料小车控制系统设计,需要考虑系统结构、控制逻辑、用户界面和网络通信等方面,确保系统能够稳定、高效地运行,提高物流作业的自动化水平。
小车自动往复运动PLC控制系统

小车自动往复运动PLC控制系统简介自动化控制系统是现代工业生产的重要组成部分,在许多工业领域中有着广泛应用,其中PLC控制系统是其中的重要一员。
本文将介绍PLC控制系统在小车自动往复运动控制中的应用和实现方法。
PLC控制系统PLC即可编程逻辑控制器,它是一种数字化电子设备,主要用于工业自动化控制领域。
PLC控制系统由CPU、输入输出模块、程序存储器、数据存储器、通信模块等组成。
其主要功能是将输入的各种信号经过处理后控制输出信号控制继电器或执行器的工作。
控制系统设计概述在本文中,我们需要设计一个小车自动往复运动的控制系统。
首先我们需要定义控制系统的输入、输出以及控制目的:输入1.感应开关:用来检测小车到达终点位置的开关。
2.按钮:用来手动启动和停止小车。
3.限位开关:用来检测小车是否到达起始位置的开关。
输出1.电机:用来驱动小车运动。
2.灯:用来指示小车当前的运动状态。
控制目的设计一个控制系统,使小车能够自动往复地进行运动。
当小车到达终点位置时,控制系统需要自动将电机反向,使小车回到起始位置。
当按下按钮时,控制系统需要立即停止电机的运动。
程序设计下面是控制系统的程序设计流程,在编写程序之前,需要对控制系统的性能、特点和需求有一个深入的了解。
开发PLC程序1.定义输入输出口:// 定义输入口I:1.0I:1.1I:1.2// 定义输出口Q:1.0Q:1.12.编写PLC程序:LD I:1.0// 检测限位开关,判断小车是否在起始位置OUT Q:1.0// 驱动电机运动LD I:1.1// 检测感应开关,判断小车是否到达终点位置LDN I:1.2// 检测按钮是否按下AND I:1.0,I:1.1// 如果小车在起始位置并且到达了终点位置,转向运动OR N I:1.2// 如果按钮按下,即时停止电机运动OUT Q:1.1// 控制灯的亮灭JMP M100 // 重新执行程序设计控制器将输入输出口与PLC程序进行连接,并设置运行模式,测试程序是否正常。
智能小车毕业设计

智能小车毕业设计本文将介绍一种智能小车的毕业设计方案。
智能小车是一种结合传感器、控制算法和机械执行器的智能装置,它能够根据周围环境信息做出决策并执行相应的动作。
该毕业设计旨在设计和构建一辆可自主导航的智能小车,使其能够在室内环境中自由移动、识别和避免障碍物。
首先,该智能小车将配备各种传感器,如红外线传感器、超声波传感器和摄像头。
这些传感器将用于检测小车周围的障碍物,提供关键的环境信息。
红外线传感器可以检测前方是否有障碍物,超声波传感器可以估计距离,而摄像头可以用于图像识别和目标跟踪。
其次,该智能小车将使用基于PID控制的控制算法来实现自主导航。
PID控制算法可以根据传感器数据和设定的目标位置,计算出小车需要采取的动作。
通过不断修正预期动作,小车能够逐渐接近目标位置并避免障碍物。
此外,为了提高小车的性能,可以采用模糊控制或遗传算法等更高级别的控制方法。
接下来,需要设计和构建小车的机械结构和动力系统。
机械结构应具有一定的稳定性和可操作性,以确保小车能够平稳地移动和转向。
动力系统可以选择电机或无线充电电池等适当的动力源,以提供足够的动力。
最后,为了使智能小车能够更好地执行任务,可以考虑添加一些额外的功能和特性。
例如,可以加入语音识别和语音合成功能,使小车能够听从用户的指令并进行相应的回应。
此外,可以设计一个用户界面,以便用户能够直观地控制和监控小车的运行状态。
在设计和实现智能小车的过程中,需要进行系统建模、控制算法设计、实验测试等一系列工作。
此外,还需要使用相关软件和硬件工具,如Arduino开发板、CAD软件等。
总之,本文介绍了一种智能小车的毕业设计方案。
设计和实现一辆智能小车需要综合运用多个学科的知识,包括电子工程、机械工程和控制工程。
通过完成这个项目,不仅可以加深对智能系统的理解,还能提高问题解决能力和团队合作能力。
基于PID算法的巡线小车的设计与实现

基于PID算法的巡线小车的设计与实现作者:任翠平来源:《电子技术与软件工程》2016年第12期本文描述了如何使用PID算法实现小车巡线的运动,针对依靠直流电机驱动双轮小车平台,依靠引导线进行运动的特点,设计了基于PID驱动算法与加权平均扫描法,实现对小车的巡线控制。
在算法中对比,整合PID的三个参数,使在小车巡线过程中协调发挥作用,实现在离散状态下小车巡线的精确控制。
通过实践表明该算法具有适应性强,控制精度高,调整误差小的优点。
【关键词】PID 算法巡线加权平均扫描1 引言PID技术广泛应用于各种领域,其因为结构简单,参数明确,容易实现,其P(Pro-portional)是比例项,I(Integral)是积分项,D(Derivative)是微分项。
PID能够精确控制各种被控对象,比如在控制小车巡线方面。
在实际应用中可以采用P,PI,PD或PID等控制形式,同时约可以加入人工智能模糊控制,在使用PID时要根据被控对象的系统响应变化特点作出选择和调整。
PID算法的原理是根据设定值r(t)与输出值c(t)之间的偏差e(t)=r(t)-c(t),通过线性组合按照比例,积分,微分运算后生存控制变量,及时控制小车巡线运动。
PID系统结构如图1所示。
其中,u(t)为输出项;为比例放大系数;为积分时间;为微分时间; e(t)为误差值;为控制量基准值。
比例放大系数能加快系统响应速度,但容易产生超调现象,在机器人巡线行走过程中会出现左右搬动现象;积分时间参数主要作用是消除系统的稳态误差;微分时间参数作用是改善系统的动态性能,对误差趋势能够进行提前干预。
2 双轮巡线小车结构设2.1 小车位置判定在PID算法设计中,构建比例因子是最重要的。
第一步就是确定比例采样方法,构建比例方法。
在小车运动巡线过程中,在小车前端的7路颜色传感器不断反馈扫描的信息给CPU,7路颜色传感器从左到右依次为P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P4传感器只要引导走直线,P1和p7,P2和P6,P3和P5分别为一组,通过不同组的传感器反馈回的信息能实时判定小车的位置状态,通过不同组反馈的位置信息与P4传感器位置偏差e(t),通过比例因子就可以构建PID算法中比例控制项了。
PID

不知道大家是否喜欢制作小车,这里有一些资料或许正在制作的朋友有所启发。
记不得这是以前查资料制作时从哪里找到的了。
在没有了解自控以前,对于寻迹小车只知道一种调节方法,就是比例调节,即向左偏就向右调节,向右偏就向左调节,最容易想到,也是最容易用软硬件实现的,但是结果也是最容易出问题的。
当时的感觉就是小车太灵敏了,忽左忽右,不是很稳定。
后来查了资料后知道了其他的调节方式。
[转]控制算法电机控制算法的作用是接受指令速度值,通过运算向电机提供适当的驱动电压,尽快地和尽快平稳地使电机转速达到指令速度值,并维持这个速度值。
换言之,一旦电机转速达到了指令速度值,即使在各种不利因素(如斜坡、碰撞之类等使电机转速发生变化的因素)的干扰下也应该保持速度值不变。
为了提高机器人小车控制系统的控制精度,选用合适的控制算法显得十分必要。
控制算法是任何闭环系统控制方案的核心,然而并非越复杂、精度越高的算法越好,因为比赛要求非常高的实时性,机器人必须在非常短的时间内作出灵敏的反应,所以现代的一些先进控制算法,比如模糊控制、神经元网络控制等就不能应用到小车控制系统里。
本系统选用了最常规、最经典的PID控制算法,通过实际应用取得了很好的效果。
1 比例项控制回路中的第一个偏差转换环节就是比例项。
这一环节简单地将偏差信号乘以常数K 得到新的CV值(值域为-100~100)。
基本的比例控制算法如下:loop:PV=ReadMotorSpeed()Error=SP-PVCV=Error*KpropSetpwm(cv)Goto loop上一段程序中的SetPWM()函数并非将CV值作为绝对的PWM占空比来对待。
否则,不断降低的偏差值会使输出值接近零,而且由于电机工作时需要持续的PWM信号,控制系统将会使电机稳定在低速运转状态上,从而导致控制系统策略失败。
相反,CV值一般被取作当前PWM占空比的改变量,并被附加到当前的PWM占空比上。
这也要求SetPWM()函数必须将相加后得到的PWM占空比限制在0%~100%。
2024版智能小车控制PPT课件

不同类型的传感器具有不同的作用原理。例如,超声波传感器通过发射超声波 并接收其反射波来测量距离;红外线传感器则利用红外线的反射或吸收特性来 检测物体;摄像头则通过捕捉图像信息来实现视觉感知。
电机驱动方式及性能比较
电机驱动方式
智能小车的电机驱动方式主要有直流电机、步进电机、伺服电机等。这些电机具有不同的特点和适用场景,需要 根据智能小车的实际需求来选择合适的电机。
要点一
深度学习在路径规划中的应用
要点二
强化学习在路径规划中的应用
随着深度学习技术的发展,越来越多的研究将深度学习技术 应用于路径规划中,通过训练神经网络模型来学习路径规划 策略,提高路径规划的智能化水平。
强化学习是一种通过与环境交互来学习策略的机器学习方法, 可以应用于路径规划中,通过不断试错来学习最优路径规划 策略。
实施效果评估
通过实际测试和数据分析,评估避障策略的实施效果,并进行优 化和改进。
06
智能小车调试与性能评估
硬件组装注意事项
选择合适的组件和配件,确保其 质量和性能符合设计要求。
按照电路图和说明书正确连接各 个模块,避免出现短路或断路现
象。
注意电源线的接线方式,确保正 负极正确连接,避免反接或虚接。
传感器数据采集与处理策略
传感器类型选择
根据智能小车功能需求,选择合适的 传感器,如超声波、红外、陀螺仪等。
数据采集与处理
设计合理的数据采集电路和信号处理 算法,提高传感器数据的准确性和稳 定性。
电机控制算法实现与优化
电机控制算法
实现基本的电机控制算法,如PID控制、 模糊控制等,确保小车能够稳定、准确地 行驶。
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路径规划与导航技术探讨
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智能小车PID运动控制系统设计学生姓名:学生学号:院(系):电气信息工程学院年级专业:电子信息工程指导教师:助理指导教师:二〇一五年五月摘要本文主要介绍了智能小车控制系统的软硬件设计及开发过程。
车模系统的简单工作原理是单片机收集红外传感器返回来的赛道信息,通过相应运算后,软件判断其有效性,结合控制算法控制随动舵机给出合理舵值,控制前轮舵机转向,单片机再给出合适的PWM波占空比以控制电机转速。
小车设计主要包括硬件电路设计和软件控制设计两大部分。
此智能车系统采用模块化设计思想,完成了系统硬件电路的设计,其主要包括核心控制模块、电源管理模块、电机驱动模块、舵机控制模块、车速检测模块、路径识别模块等。
本系统以16位的微处理器AT89S52为控制核心,AT89S52微控制器是M68CHS12系列16位单片机中一种,其内部结构主要有单片机的基本部分和CAN 的功能块部分组成。
为了提高系统性能的运行,对控制策略转向、行驶速度策略控制及后轮驱动闭环PID算法控制策略等进行了详细的分析与详细设计。
在此基础上,完成了该系统软件的具体方案设计和实现。
关键词模块化PID 单片机PWMABSTRACTThis paper mainly introduces the hardware and software of the control system of intelligent car design and development process. The simple models system working principle is to collect infrared sensor mcu return circuit information, through the corresponding operation, the software judge its effectiveness, combining control algorithm with dynamic steering gear control, reasonable front wheel steering gear control rudder values steering,mcu and then presents the right PWM waves occupies emptiescompared to control motor speed.Car design includes hardware circuit and software control design of two parts. The smart car system adopts the idea of modular design, complete the hardware circuit design, and its main including core control module, power management module, motor driver module, steering gear control module, speed detection module, path recognition module, etc.This system to MC9S12DG128 as control core, M68HC12 series MC9S12DG128 microcontroller is one of 16 bit mcu, its internal structure is mainly a mcu basic parts and CAN function blocks parts.In order to improve the operation of the system performance, the steering control strategy and speed closed-loop control strategies and rear wheel drive strategy of PID control algorithm is a detailed analysis and design. On this basis, completed the specific software system design and implementation.Keywords modular PID MCU PWM目录摘要 (I)ABSTRACT................................................................................................................................. I I1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外研究现状、水平 (1)1.3 本课题的发展趋势 (3)1.4本课题的研究内容和任务 (4)1.4.1 本设计实现的技术指标 (4)1.4.2 本设计的创新点 (4)2 系统总体设计方案 (6)2.1总体方案设选择 (6)2.1方案论证 (7)3 系统的硬件设计 (9)3.1单片机的选择与其性能分析 (9)3.1.1 单片机概述 (9)3.1.2 单片机AT89C52介绍 (9)3.2各模块电路设计 (11)3.2.1 时钟电路设计 (11)3.2.2 复位电路设计 (13)3.2.3 按键电路设计 (15)3.2.4 电机驱动电路 (15)3.2.5 显示电路设计 (16)3.2.6 测速电路设计 (18)4 软件设计 (20)4.1 程序仿真软件简介 (20)4.1.1 keil uVision4编程开发工具的简介 (20)4.1.2 软件仿真流程 (20)4.2 整体设计思想 (23)4.3 PID算法 (24)4.3.1 PID算法简介 (24)4.3.2 模拟PID (26)4.3.3 数字PID (27)4.4 PID控制算法的编程实现 (28)4.5 各模块程序 (29)4.5.1 按键模块设计 (29)4.5.2显示块程序设计 (30)5 组装与调试 (33)5.1系统组装 (33)5.2硬件调试 (33)5.3软件调试 (34)5.4软硬联调 (34)结论 (35)参考文献 (36)附录A:程序代码 (38)附录B:实物展示 (43)致谢............................................................................................................. 错误!未定义书签。
1 绪论1.1 课题背景随着全世界范围内汽车的普及率提高,汽车极大地方便人们生活的同时也带来了一些问题,比如交通安全问题、城市交通堵塞和环境污染等。
解决交通问题直接的办法是提高路网的通行能力。
但是,就目前状况来看,汽车数量的快速增加已经导致已有的道路远远不能满足经济发展的需要,单纯地进行道路基础设施建设由于受土地,经济基础,时间等多重因素的影响下,不可能解决全部交通问题,真正有效可行的方法是如何提高现有道路的容量和效率。
在这样背景下,运用高新科技技术,将现有道路和车辆综合一起考虑,构造出智能交通系统来解决交通中发生的问题的思想就这样产生了。
智能的交通系统是把先进信息的科技技术、数据的通讯以及计算机技术很有效地运用到整个管理体系和车辆建立起来的范围、全方位来发挥实时作用、准确、高效、先进的运输管理系统。
智能车作为智能交通管理系统中的一种非常关键的技术,是一个由环境的感知性、规划的决策性、多等级的辅助驾驶等功能集于一体的操作系统,它集中运用计算机系统和现代传感系统、信息的融合、通信的系统、人工智能以及自动控制原理等技术,属于很典型的高新技术综合体。
然而,智能车的系统属于一个很复杂的系统,如何根据相关高新技术来实现智能交通系统运用,正处于高速发展和完善中。
因而,利用先进交通技术构建的研究平台是非常有必要的。
综上而言,通过车辆的智能化研究技术和开发,可以很好地提高车辆控制技术和驾驶水平,保障车辆的行驶安全与高效。
不断地完善智能化车辆系统的研究,相当于延伸了驾驶员的控制、视觉和感官功能,能极大地提高道路交通安全性,并对构建智能交通系统有着非常重要的意义。
1.2 国内外研究现状、水平世界科学界与工业设计界,拥有众多的研究机构在研发智能车辆,其中特别有代表性的智能车包括:美国NavLab系列智能车辆系统。
该系统是由美国卡内基·梅隆大学机器人研究所研制的。
NavLab.V系统的车体采用Pontiac运动跑车。
其传感系统包括视觉传感系统、差分GPS系统、光纤阻尼陀螺系统和光码盘系统。
计算机系统包括1台SparcLx便携式工作站和l台HCII微处理器。
工作站完成传感器信息处理融合、全局与局部路径的规划;HCU完成底层车体的安全和控制的监控。
当前NaVLab系列己经发展到了NaVLab.11。
德国VaMoRs—智能车系统。
这个系统是由德国的国防大学和德国的汽车奔驰公司共同研制而成的。
该车车体主要采用奔驰的500型轿车。
传感器的系统主要包括有4小型彩色摄像机组成的两组主动式双目视觉系统、3惯性加速度的设计和角度的变化传感器、测速表和发动机的状态测量仪等。
执行机构包括由方向力矩电机、电子油门和液压制动器等。
计算机系统由基于Transputer并行处理单元和2台PC-486组成的。
用于图像特征的抽取、物体的识别、对象状态的估计、行为决策、控制计算、方向控制和信息通信、I/O的操作、数据库的操作、图形的显示等。
两台PC-486主要用途是软件开发和人机交互、数据登录等。
国内的智能车研究起步相对较晚,以及受经济条件的制约,在智能车的研究领域上与发达国家有着不小的差距,当前开展这些研究的单位主要是一些大学和高层科研机构,具有典型代表性的系统有:THMR系列的智能车辆管理系统。
这个系统主要是由清华大学计算机系智能技术系统和国家重点试验室国防科工委和国家863的计划帮助下研制而成的。
THM—II的车体主要选用BJl022的面包车改制而成。
该车上主要由二维彩色摄像机、磁罗盘定位、GPS、超声等传感器共同集成而来的。
计算机的主要系统采用了Sun Spark 01 两台、PC-486 一台和8098单片机多台。
Sun完成的任务规划,根据地图的数据库等信息来进行全局规划,l台PC机来完成视觉的信息处理,另1台来完成局部的规划、反射的控制及系统的监控,多台8098来完成超声测量、位置的测量、车体方向控制的速度。