1.1. 系统分析智能车竞赛要求设计一辆以组委会提供车模为主体的可以自主寻线的模型车，最后成绩取决于单圈最快时间。

因此智能车主要由三大系统组成：检测系统，控制系统，执行系统。

其中检测系统用于检测道路信息及小车的运行状况。

控制系统采用大赛组委会提供的16位单片机MC9S12XS128作为主控芯片，根据检测系统反馈的信息新局决定各控制量——速度与转角,执行系统根据单片机的命令控制舵机的转角和直流电机的转速。

整体的流程如图1.1，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由执行系统控制直流电机给出合适的转速，同时控制舵机给出合适的转角，从而控制智能车稳定、快速地行驶。

图2.11.2. 系统设计参赛小车将电感采集到的电压信号,经滤波,整流后输入到XS128单片机，用光电编码器获得实时车速，反馈到单片机，实现完全闭环控制。

速度电机采用模糊控制，舵机采用PD控制，具体的参数由多次调试中获得。

考滤到小车设计的综合性很强，涵盖了控制、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科领域，因此我们采用了模块化设计方法，小车的系统框图如图2.2。

第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告图2.21.3. 整车外观图2.31.4. 赛车的基本参数智能车竞赛所使用的车模是东莞市博思公司生产的G768型车模，由大赛组委会统一提供，是一款带有摩擦式差速器后轮驱动的电动模型车。

车模外观如图3.1。

车模基本参数如表3.1。

图3.1表3.1车模基本参数1.5. 赛车前轮定位参数的选定第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。

模型车的前轮定位参数都允许作适当调整，故此我们将自身专业课所学的理论知识与实际调车中的赛车状况相结合，最终得出赛车匹配后的前轮参数[6]。

1.5.1. 主销后倾角主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角γ，如图3-2。

模型车的主销后倾角可以设置为0、 2°〜3°、 4°〜6°，可以通过改变上横臂轴上的黄色垫片来调整，一共有四个垫片，前二后二时为0°，前一后三为2°〜3°，四个全装后面时为4°〜6°。

由于主销后倾角过大时会引起转向沉重，又因为比赛所用舵机特性偏软，所以不宜采用大的主销后倾角，以接近0°为好，即垫片宜安装采用前二后二的方式，以便增加其转向的灵活性。

如图3.3。

图3.2 图3.31.5.2. 主销内倾角主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角β，如图3.4,它的作用也是使前轮自动回正。

对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于前轴与主销近似垂直的关系，故主销内倾角第三章赛车机械结构与参数调整与车轮外倾角关系密切。

实际调试过程中，一般为了找寻合适的车轮外倾角而改变主销内倾角度。

最终确定的角度为4°〜5°。

图3.41.5.3. 前轮外倾角前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角α，如图3.5，实际汽车一般采用正外倾，即从正面看车轮呈现"八"字。

主要目的是为承载车辆车轮磨损均匀，并有一定的回正力矩，尤其适用于城市排水街道的拱形路面。

模型车没有提供专门的外倾角调整配件，一般情况下由主销内倾角决定。

鉴于比赛中赛车经常出现的急弯，车轮适当的内倾对改善转向特性有很明显的效果。

前轮外倾角和主销内倾角近似相同，调定采用4°左右的内倾角。

图3.51.5.4. 前轮前束所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，如图3.6，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。

习惯上沿赛车行进方向俯视，两前轮呈内八字即第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告前端小后端大的称为"前束"，反之则称为"后束"。

其主要作用是减少对有外倾的汽车轮胎的磨损、而对于车轮内倾的赛车，要有相应的后束才能保证轮胎向前滚动而不会滑动，轮胎磨损均匀。

我们采用的后束基本有3mm左右。

图3.61.6. 赛车后轮减速器差速机构调整模型车采用大赛组委会统一采用的RS-380SH电机驱动，电机轴与后轮轴之间的理想传动比为18：76(电机轴齿轮齿数为18，后轴传动齿数为76〕。

减速器对车模的驱动能力有很大的影响。

齿轮啮合不恰当，会大大降低电机驱动效率，严重影响最终成绩。

调整的一般原则是：两传动齿轮轴保持平行，齿轮齿顶系数、重合度等要适当，齿顶宽要在保证一定范围。

齿轮轴不平行，会使阻力陡增，轮齿不正常磨损，电机抖动等；齿轮啮合过松容易打齿，过紧则会增加齿轮磨损，齿顶变尖，最终都使传递效率降低，噪音增大；重合度小的啮合噪音严重，动力波动很大，赛车会出现跳动。

判断齿轮传动是否良好的依据是，听一下电机带动后轮空转时的声音。

声音剌耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有打齿现象；声音闷，则说明齿轮间的齿顶间隙过小，若同一控制量下转速明显低则可能是齿轮轴不平行，要更换后轴或重新固定电机以改善同轴度。

调整好的齿轮噪音很小，调速过程中也不会有碰撞杂音，跑动中也无任何杂音，达到"润物细无声"的境界。

差速器对车模的转向灵活性，直线行驶稳定性等影响较大。

差速器调整不第三章赛车机械结构与参数调整当，过松会严重影响驱动能力，尤其原地起步时滑动严重，噪声大；过紧则转向不灵活，甚至无法滚动过弯，全靠车轮的侧滑使车体通过弯道，致使转弯半径增加，对速度提升不利。

理想差速器应为两轮不转则主减速齿轮不会转动，一轮抱死另外一轮以双倍驱动轴转速旋转，驱动轴不转，左右两轮旋转任意某个，另一个会等速反转，无延时和角度偏差，声音和顺。

对此，我们尝试了各种磨损程度的摩擦环与主减速器上均布的滚珠配合，终于得出一些经验：新车的差速普遍好，关键在于滚珠突出、摩擦环平整；对于有磨损的摩擦环，应与旧主减速器配合使用。

同时，一副好的差速，最好不要单独更换其中某一部件。

否则会使磨损加剧，影响差速器整体寿命。

1.7. 赛车其他重要参数的调整智能车在比赛中要保持高速行驶状态，故对赛车操纵稳定性要求很高，尤其是重心位置与质量分布，悬架刚度等，对于坡路，还要考虑到车辆的通过性要求。

因此，我们在组装车模时充分考虑小车的整体性能，重心偏后而且低些，对小车行驶稳定性提升很有帮助，我们通过更换前轮减震弹簧刚度、长度等，与轮胎搭配调试出比较合适的刚度比；在保证通过性的前提下，力求将重心降到最低，而重心降低则用调整垫片、更换后轴的轴承座即调整电池座等，实现小车性能要求；前轮减震弹簧刚度较小时，转向时前轮跳动较小，转向平顺，而后悬架纵向刚度调的较大以保证驱动轮传递动力的稳定性，横向刚度需向车模添加弹簧以改善后轴侧偏特性，同时大刚度对直线行驶能力有所帮助，但经过突起时后轮跳起严重，最终我们采用过突起减速的控制策略。

1.8. 传感器、主板的固定和舵机的架设传感器的固定主要包括电感PCB板和光电编码器两者的固定。

PCB板的固定既要考虑前瞻性，又要考虑小车的通过性。

因此我们用自己做的铝架将PCB板固定在小车前端，距离地面有一定高度，避免小车过坡时PCB 板碰到坡道，而且此时采集到的信号也满足控制要求。

如图3.7。

第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告图3.7光电编码器的安装精度要求较高，编码器轴与赛车后轴平行，通过齿轮与赛车差速器相啮合。

用组委会提供的旧电机上自带的齿轮进行改造后固定在编码器上，由于该齿轮不仅模数与差速器齿轮相同，而且反馈回来的是电机的实际转速，使得速度控制的程序可读性增强很多。

编码器最终用铝板支架固定于赛车尾部。

如图3.8。

图3.8电路板设计成与车底盘形状接近的梯形。

安装时为防止静电干扰，用垫片将其抬离底盘表面一定距离。

最终用三个螺钉稳定地固定在底盘中前端，舵机后侧的空间内，如图3.9。

舵机依旧沿用去年第四代爱德车的舵机架固定，只是增加了两个固定螺钉，通过旋紧度，还能微调赛车前轮内倾角度，使调整机械更细化，赛车的性能更稳定。

图3.10。

图3.9 图3.10系统的硬件电路分为主控板和电机驱动两大部分，下面对两大部分分模块进行详述。

1.9. 主控板主控板主要由电源模块、传感器信号采集（AD）、及其他模块（电机、舵机控制、无线模块）接口组成，实现信号采集和处理、输出控制及为系统提供稳定的工作电压。

1.9.1. 单片机最小系统MC9S12XS128使用的是龙丘的成品，故外围电路无须另行设计，在此不赘述，单片机各个端口分配情况如表4-1所示：表4.1 单片机端口分配表1.9.2. 电源模块的设计稳定的电源对于一个控制系统来说非常重要，关系到整个系统是否能够正常而稳定的工作，因此在设计控制系统时为每个工作系统设计了合适的电源。

第四章电路设计说明由于智能车竞赛要求车模用7.2V 2000mAh Ni-Cr电池供电，而单片机、光电编码器以及传感器等均需要5V的供电电压，伺服电机工作电压4V-6V（电压越大伺服电机反应时间越短），直流电机可以直接由提供的电池供电，因此智能车电压调节电路如图4.2所示：图4.25V电源模块用于给单片机、传感器等供电，由于低压差线性稳压芯片LP3853ES-5.0的纹波电压小，能对负载的变化迅速作出调整，适合为微处理器供电，故采用如下电路搭建了5V稳压电路图4.3无线模块所要求的电压为3.3V，采用了低压差降压稳压芯片LD1117-3.3来为无线模块供电，在压差为1V左右就能输出3.3V电压，最大输出电流为800mA，能够满足需求，其典型应用电路如图4.4所示：第五届全国大学生智能汽车竞赛技术报告图4.46V 电源模块用于给舵机供电。

赛车调试过程中发现，若直接用电池给舵机供电，虽然舵机反应迅速，但电机驱动时对电源的电流冲击会是电源电压波动，导致舵机在给定打角时仍然会出现左右频摆的现象。

故采用AMS1117-ADJ稳压芯片，其最大输出电流为1A，满足需求。

应用电路如4.5所示：图4.5电机通过驱动芯片获得电压，具体将在电机驱动模块进行叙述，在此不再赘述。

1.9.3. 信号采集模块所选传感器为10mH工字型电感，经过简单滤波后经三极管放大，再经过整第四章电路设计说明流后直接由单片机内部AD采集信号，所用电路图4.6：图4.61.9.4. 无线模块在调试赛车的过程中，经常需要查看某些参数和变量值，虽然通过BDM可以实时的在电脑上看全局变量的值，但是在赛车跑动时非常不方便，特别是当车速较高时更加困难。