在智能车比赛中,最主要的比赛内容是速度,而模型车的机械结构无疑是影响速度的关键因素之一。鉴于这个原因,我们对模型车的机械结构做了很多的工作,进行了大量的调整,达到了比较满意的效果。
3.1 车模组装与改造
3.1.1 车模组装
模型车的组装工作看似简单,却需要很多的耐心和经验。
首先,仔细阅读说明书。通过阅读模型车的装配图,可以了解各个不同零件的用途和安装顺序。
然后,根据模型车的装配图组装智能车模型。
由经验得到,在组装过程中,不但要注意模型车的组装顺序,而且由于模型车零部件较小,组装过程中要防止零部件滑落和丢失。特别是,由于模型车上的大部分零部件材质均为塑料,在拧螺丝以及对零件进行加工时要格外的小心,以免损坏。
3.1.2 前轮定位的调整
在调试中我们发现,模型车过弯时,转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载,我们对前轮定位进行了调整。前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性,转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮定位参数主要包括:主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束[8]。
主销后倾角是主销轴线与地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。
主销内倾角是主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。
前轮外倾角是汽车横向平面与车轮平面的郊县与地面垂线之间的夹角。
在一般情况下,主销后倾角为0-3度,主销内倾角为0-10度,前轮外倾角为0度或者1度。在本模型中,后倾角过大会使得模型车转向沉重,从而使舵机转向存在严重的滞后,故在模型车中将主销后倾角调整为0度;主销内倾角过大不仅会使得转向变得沉重,还将加速轮胎的磨损,因此将主销内倾角控制在5度以内;前轮外倾角和前轮前束分别设为0度、0mm。
3.1.3 差速的调整
模型车的差速对转弯时的影响很大,差速不好会导致后轮空转,发生侧滑现像。我们通过添加推力轴承和润滑油的手段,改进差速装置,使得模型车在转向时,右轮与后轴之间的摩擦大大降低,从而提高了差速的效果,从而提高了小车的转向性能。
3.1.4 舵机力臂的调整
相对于S12单片机的处理速度,舵机的响应存在着较大的延时,对舵机的改造着实需要。在相同的舵机转速条件下,转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远,转向轮转向变化越快,本模型车中通过用转向盘代替舵机上的曲柄来增大舵机的上连接点到舵机中心的距离,增加了输出转动力矩,使得前轮在转向时更加灵敏

图3.1 舵机的改造
3.2 摄像头的安装
考虑到单片机的处理速度和电路限制问题,把CCD图像传感器的数量定为1个。
如何安装CCD传感器将会影响到两个方面的性能,一是图像处理的复杂程度和精度,一是小车的机械性能。
由常识可以知道,如果小车的中心靠近后轴,对模型车动力性能是由益的;
重心靠近前轴,对模型车的制动性和操纵性有益。考虑到智能车大赛对模型车的动力性要求并不像真正的赛车比赛要求那么高,而模型车所能达到的最快速度并不高,所在安装CCD摄像头、电池和电路板位置时,应适当使模型车的重心位置前移,从而提高转弯性能。因此我们将摄像头架设在舵机的上方,这样不但能够明显的将模型车的整个重心前移,而且能够使得摄像头能够更好的获取前方路况信息。
模型车摄像头的架设主要要考虑一下几个因素:
1、确保摄像头位置的居中,因为当摄像头不居中,其采集进来的图像也不是居中的,而处理程序对舵机输出量是居中的,这样就会导致模型车在直道上也会存在左右摆动的问题。
2、摄像头的高度要足够高,这样可以使得模型车在摄像头的角度不是很高的情况下就能够前瞻到前方足够远处的路况信息,因为当摄像头的角度过大时候,采集进来的图像形变过大,且图像中的干扰信息增多,对模型车的处理算法十分的不利。
3、摄像头的架设一定要是可调整的,这样以便于摄像头居中的校正,以及在实际调试中选择最佳摄像头角度,以及对摄像头视野范围进行标定

经过多次的实验和总结,我们对摄像头的远度进行了标定,对摄像头的采集的图象信息进行了中心位置的校正。如图3.2所示,当摄像头架设为40cm高时候,倾角为42度时候能够采集到前方8cm到58cm的图象信息,对于识别直道、弯道和“S”道信息量已经足够。如图3.3所示,将小车位置放置于所作的方格纸中心位置,将摄像头的视频信息接入到电视机中,通过调节摄像头各个旋转变量使得摄像头的图象位置居中。校正后的摄像头能够采集到小车前方上底为20cm,下底为60cm,高为50cm的等腰梯形图象。

图3.3 图象中心位置校正
3.3 光栅编码器的安装
对光栅编码器的安装,可以将光栅盘安装在电机轴上,通过先计算电机转速再来计算模型车后驱动轴得知车速。但是,这种方法太麻烦,并且在电机轴上装光栅盘会影响电机的性能。所以,我们将光栅盘安装在模型车后驱动轴上,根据光电传感器的输出脉冲计算不同时刻模型车的后轮转速。

3.4 电路板的固定与安装
在电路板的安装这部分,我们考虑到结构的稳定性,以及规则中对车辆尺寸的限制,最终决定采用高架、立体的搭建方法,即用支架把主控板较高地固定在底盘上方。这种布局可以保证车辆行驶稳定。


