2013-10-30
“飞思卡尔”智能汽车竞赛培训
重庆大学光电工程学院
车 模
电机：540
舵机：S-D5
B车模
车 模
车模：G768
电机 RN-260
舵机：TABA3010
C车模
车 模
电机 RN-260
D车模
车 模
E车模
电机 RS-380
电磁组：四轮车模双向运行。
车模使用 C 型车模,车模运行方向允许双向运行。
车 模 运 行 方 向
光电组：四轮车模双向运行。
车模使用 B 型车模,车模运行可以在比赛过程中，
根据赛道要求随时调整运行方向。
车 模 运 行 方 向
光电组：车模直立行走。
使用 D、E 型车模。车模
运行时只允许动力轮着地，
车模直立行走。车模运行
方向应按照图3 所示：
车 模 运 行 方 向
车 模 改 装 规 则
禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；如有必
要可以对于车模中的零部件进行适当删减。
禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机
的传动比。
禁止改造车模运动传动结构。
禁止改动舵机模块本身，但对于舵机的安装方式，
输出轴的连接件没有任何限制。
车 模 改 装 规 则
禁止改动驱动电机以及电池，车模前进动力必须来源
于车模本身直流电机及电池。
禁止增加车模地面支撑装置。在车模静止、动态运行
过程中，只允许车模原有四个车轮对车模起到支撑作
用。对于摄像头平衡组，车模直立行走，在比赛过程
中，只允许原有车模两个后轮对车模起到支撑作用。
为了安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装
辅助支架等。
车 模 调 整 参 数
前轮调整
后轮调整
减震弹簧
其他调整
前 轮 调 整
前轮是转向轮，前轮调整包括以下几个方面：
主销内倾 ；主销后倾；前轮外倾；前轮前束
前 轮 调 整
主销内倾
主销内倾是指主销装在前轴略向内倾斜的角度，它的作用
是使
前轮自动回正，增大摩擦力，避免甩尾。角度越大，前轮自动回正
的作用越剧烈，但是转向时也越费力，轮胎磨损也增大。主销内倾
角一般在50～80之间。
主销内倾是将主销（转向轴线）的上端向内倾，是主销轴
线与通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。
主销内倾由前轮悬挂上的螺纹来调节。
前 轮 调 整
主销内倾
前 轮 调 整
主销后倾
主销后倾是指主销装在前轴端略向后倾斜的角度，它的作
用使车转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，
迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置，主销后倾越大，在高
速时，前轮越稳定，但是转向时也越费力。主销内倾角一般在小于
30。
主销后倾是将主销（转向轴线）的上端向后倾，是主销轴
线与通过前轮中心的垂线之间形成的夹角。
主销内倾由前轮悬挂上的垫片来调节。
前 轮 调 整
主销后倾
前 轮 调 整
前轮外倾
前轮外倾是指前轮安装后，其上端向外倾斜，前轮的旋转
平面与纵向垂直平面间形成一个夹角，称之为前轮外倾角，其主要
作用是使转向轻便，前轮外倾角一般在～20之间。
前轮外倾的作用在于提高了前轮工作的安全性和转向操纵
轻便性。前轮设置外倾角后，地面对前轮的反作用力沿前轮旋转
轴线的分力将前轮压向转向节内侧，可防止汽车行驶中前轮向外
脱出，同时地面反力的作用线更接近于转向节轴的根部，可以减
小转向力，使转操纵轻便灵活。
前 轮 调 整
前轮外倾
前 轮 调 整
前轮前束
小车两个前轮安装后，左右两前轮的旋转平面不平行前
端略向内收束，这种现象称为前轮前束。左右两前轮间后端距离A
与前端距离B之差（A-B）称为前轮前束值。前轮前束值一般为0～
12 mm。
前 轮 调 整
前轮前束
前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨
损，前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内倾斜，如果前束
适当，轮胎滚动时的偏斜方向会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会
减少。
前轮前束由舵机拉杆
的螺纹来调节！
后 轮 调 整
差速器调整
汽车拐弯时，左右两轮的转速
不同，
差速器的作用是利用“能量最低原理”
自动分配两轮的转速，使汽车平稳过湾
飞思卡尔智能车使用的是滚珠差
速器，虽然差速性能不及行星轮差速器，
但是调整的好，足以满足车模的需要。
通过后轮的紧固螺母来调节。
减 震 弹 簧 调 整
改变减震弹簧的预紧力可以改变底盘的刚度，从而改变形式效果。
飞思卡尔车模的弹簧预紧力可以通过垫圈的个数来调节。
传感器数量不超过 16 个。传感器数量统计规则如下：
光电传感器接受单元计为 1 个传感器，发射单元不计算。
CCD 传感器计为1 个传感器。
磁场传感器在同一位置可以有不同方向传感器，计为一个传感器。
电磁组用于检测起跑线永磁铁的干簧管或者霍尔传感器，无论多
少个均计为一个传感器。
对于车模的车速和姿态进行检测的传感器也计算在内。
传 感 器 数 量 要 求
赛 道 规 则
赛道材质
赛道路面用专用白色 KT 基板
制作，可以铺设一至三层KT 板材。赛道
铺设背景的材料和颜色没有任何限制。
赛道尺寸
初赛，跑道所占面积在 5m×7m 左
右，决赛阶段时跑道面积可以增大。赛道为
封闭曲线形式，赛道的总长度没有限制。
光电组和摄像头平衡组的赛道宽度不小于
45cm；电磁组没有赛道宽度限制。赛道与
赛道的中心线之间的距离不小于60cm；如
下图所示。
赛 道 规 则
赛 道 规 则
赛 道 元 素
赛 道 规 则
赛 道 元 素
赛 道 元 素
电 池 的 使 用
• 正确充电：
•推荐使用比赛选配的充电器。该充电器是为玩具电池设计的廉价的
充电器，内部没有智能充电控制电路，只能采用恒功率充电模式，
最大充电电流为700mA，平均充电电流300mA，涓流充电电流小于
100mA，充电时间约为10小时。
电 池 的 使 用
• 正确放电：
•由于镍镉电池具有记忆效应，对电池的不完全放电将
会人为的降低电池的电容量；
•从放电曲线可以看出，随着电池电量的减少，其电压
也会逐渐降低，当电压降低到某个阈值后继续放电，
电池电压将很快的跌落。这个阈值就是电池的放电下
限电压。厂家给出了放电下限电压为6V。因此，在使
用时，建议在动力车的电源设计中加入电池保护电路，
当电池电压低于6V时切断电路，用来保护电池。如果
没有保护电路，要注意，电池接通时人不要离开。因
为当电池电压降到接近6V时，电池已经给不出多少电
流，已经没有能力驱动电机了，此时一定要及时断开
电路，到了给电池充电的时候了。
放电曲线（在3A的大电流放电条件下得到的结果）
电 池 的 使 用
小 车 系 统 结 构 框 图
•汽车动态分析
•车速控制系统
•方向控制系统
•赛道检测系统
•电子控制系统
•策略规划系统
•行为决策系统
•路况记忆系统
•数据传输系统
电 机 及 电 机 驱 动
电机参数每个组都不一样，自己
查相关参数！
额定功率
额定电压
额定电流
额定转速
电路连接好后，用一个逻辑输出
的信号来控制马达。高电平（逻辑1）让继
电器导通，马达转动；低电平（逻辑0）让
继电器断开，马达停止。
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来
接，可以控制马达的反转，断开继电器就能控制
停止。
问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转和
反转和速度，怎么办？
电 机 及 电 机 驱 动
我们想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——最
简单的就是H桥电路。H桥电路的“H”的意思是它实际电
路在电路图上是一个字幕H的样式。
我们先来看一个概念：马达速度。当我们在其中一种状态
下，频繁的切换开关状态的时候，马达的转速就不再是匀
速，而是变化的了，相应的扭矩也会改变。通常反应出来
的是马达速度的变化。
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
直流斩波器－－电动机系统原理图和电
压波形
输出电压计算
电动机得到的平均电压为：
电 机 及 电 机 驱 动
电 机 及 电 机 驱 动
PWM
t/T:为PWM脉冲的
占空比，决定平均
电压的大小！
T内平均电压 脉冲电压幅度
UP
高电平
“1”
低电平
“0”
T
t
电 机 及 电 机 驱 动
舵 机 及 舵 机 驱 动
舵机基本参数
型 号： S3010
电 压： ~ [V]
•角度控制： 1°/ 400us
工作速度： +
•堵转力矩： + [
]
三线连接方式
•红线：电源线+6V
•黑线：地线
•白线：PWM控制信号
舵 机 及 舵 机 驱 动
PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，
获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，
获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电
路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减
速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为0，电机停止转动。
舵 机 及 舵 机 驱 动
利用占空比的变化，改变舵机的位置。方波脉冲信号的周期
为20ms，当方波脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，
角度变化与脉冲宽度的变化成正比。
舵 机 及 舵 机 驱 动
关于赛道检测方式
赛道路径几何特点:
由直线和圆弧组成。
赛道路径检测内容：
确定路径中心位置。
确定路径方向。
确定路径曲率。
需要在赛道垂直方向上
3－5点便可确定道路参数。
赛道路径检测方法
竞赛规则：
校内赛：每个组别选取前两名参加赛区赛，并颁发
学校一、二、三等奖。
赛区赛：每个组别选取参赛队数的10%参加全国总决
赛，并颁发赛区一、二、三等奖以及优胜奖。
全国总决赛：每个组别前三名获得特等奖，40%左右
参赛队伍获得一等奖，其余成功参赛的获得全国二
等奖。
“飞思卡尔”智能汽车竞赛时间、规则
最 佳 路 线 问 题
最佳路线问题
基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统
特点：
•赛道与赛车环境模拟
•控制算法的仿真验证
•路径识别的方案分析
•离线/在线仿真相结合
基
本
构
架
赛道设计界面
最佳路线问题
基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统
最佳路线问题
基于虚拟仪器技术的智能车仿真系统
硬件设计的一般流程
1、确立设计需求。
2、选择合理的方案。
3、绘制原理图和PCB图。
4、焊接、组装。
5、电路调试。
6、实际环境验证。
软件设计的一般流程
1、确立软件需求。
2、构思软件结构。
3、算法设计。
4、 选择硬件平台。
5、编制程序。
6、仿真及调试。
7、软件维护。
主要算法：
位置式PID，增量式PID，
模糊PID， 赛道记忆算法。
软件设计的一般流程
工程化方法与团队精神
齐心协力，在才能上互
补，共同完成目标任务
的保证就在于发挥每个
人的特长，并注重流程，
使之产生协同效应。
法拉利车队人员各尽其责
团结就是力量!
