2.1 路线识别传感器设计
2.1.1 路径识别传感器的选择
路径识别是智能汽车系统设计的关键部分，智能车的路径识别传感器相当于人的眼睛，其性能的好坏直接影响的整个系统的优劣。大赛提供的赛道是采用白色背景并有黑色线作为引导线的模式，根据赛道，可行的识别方案有CCD摄像头传感器和红外发射接收式传感器。其中CCD 传感器的探测距离远，黑白识别分明，但由于其硬件电路设计较为复杂，数据处理量大，实时性差，故暂且摒弃此方案；直流脉冲式红外发射接收传感器虽有探测距离近的先天劣势，但由于红外光抗干扰性强，其电路设计、调试较为容易，信号数据量小且稳定，实时性好，适应性强等优点，故我们选择此种传感器方案。
红外发射接收传感器有连体式和分立式两种。连体式集成化、抗干扰性好，但各参数均由型号固定，不利于特性的选择和调整；而分立式可根据需要随意调整其参数（发射管接受管的间距和角度、发射管发光功率、接受管的取样电阻），并可自行设计制作， 故选择分立式。
2.1.2 红外发射接收传感器的工作原理及特性
不同颜色对红外光的吸收率不同，故经不同颜色反射后的红外光强也不同，黑色和白色更能形成明显的反差。红外接收管对于接收到的不同强度的红外光形成的光电流不同，那么经过取样电阻后所产生的电压也就不同，根据此特性，可对赛道的黑和白做出准确的判断。
经测试表明，如图图2.1 所示，当红外发射管正对白色区域时，此时采样电压最高，当接收管正对黑线时，采样电压最低，具体的最高值和最低值可根据需要调整取样电阻值获得。当接收管处于黑色和白色区域交界处时，采样电压在最高值和最低值之间大致呈线性变化，具体关系经实验并用MATLAB 软件分析得图2.2 所示。利用以上特性，我们通过软件可以精确识别小车的横向方位。
图 2.1
图 2.2
2.1.3 红外发射接收传感器的布局设计
在设计传感器布局时，主要考虑到以下几个因素：①单排安装或分排安装。由于传感器个数的限制，单排安装相对分排安装的分布密度更大，可提高道路空间识别密度，但相邻发射接收管信号干扰严重；②排布几何形状。此参数根据具体的转向策略设计；③管的分布密度。分布密度大，则横向识别精度大，相邻管信号干扰明显；分布密度小，识别精度差，车模稳定运行性不好，但可通过软件插值的方法弥补此缺点；④传感器相对离地高度和水平倾角。这两个参数决定了路面反射回来的光的多少，直接影响到传感器信号的采集，同时也决定了检测的前瞻距离；⑤传感器探出距离。此参数影响到车模在行驶时转向特性，传感器伸出越长，加大整车转动惯量，同时也使车模重心前移；传感器探出距离和其安装的高度和水平倾角共同决定了车模的真实向前探测范围。综合以上因素，再结合控制策略，我们使用两排传感器结合的路径识别方案。后排传感器主要用于起跑线和十字交叉线的识别，根据参赛情况改变赛车的速度量参数；前排传感器主要用于识别道路黑线控制转向以及提前识别弯道做好入弯的充分准备。根据传感器的功能不同，其设计方案和安装方案也就各不相同。具体设计方案如下：
2.1.3.1 后排传感器各参数设计（图2.3）
· 排布形式：“一”字形均布排列
· 发射接收管对数：6 对
· 发射管接收管间距：10mm
· 相邻发射（接收）管间距：25mm
· 所套热缩管长度：10mm
· 安装水平倾角： 00
图 2.3
2.1.3.2 前排传感器各参数设计（图2.4）
· 排布形式：“一”字形均布排列
· 发射接收管对数：8 对
· 发射管接收管间距：20mm
· 相邻发射（接收）管间距：25mm
· 所套热缩管长度：17mm
· 安装水平倾角：35
图 2.4
2.2 路径识别传感器支架设计
传感器支架是车体硬件中比较重要的一部分，需要考虑多方面的因素，如车体重量，车体摆动时的转动惯量等，否则对赛车性能有很大影响。因此支架须设计得轻巧且还应有足够的刚度。具体结构如图2.5 所示。
图 2.5
支架大部分用料为铝合金角形材，同时配以铜螺柱和螺钉加以辅助。铝合金角形材具有质量轻、刚度大的特点，配上通过巧妙设计的“X”型加强筋的辅助，使传感器支架整体具有很高的刚度，提高了其使用寿命。支架与车体间采用独立模块设计思想，支架只通过四个螺钉、一个压片和车体连接，这样使车体拆装变得简便易行，同时也降低了维修的难度。
2.3 主电路板支架设计
主电路板是赛车的核心部件，其上面承载了各工作模块和MCU，主板支架的设计慎重考虑。主电路板采取前支后吊的形式，如图2.6：
图 2.6
前面两个点由铜螺柱支撑，支撑处均采用绝缘垫片连接，防止短路。后面两点用铝合金角材制作的吊臂吊起.主板下面的区域为电池捆绑区。由于主电路板是不能受横向力的，可前支点的铜螺柱在固定时由于底板不平整，其垂直度不能保证，会产生一定的变形，从而压迫主电路板。这里是这样解决的：
图 2.7 三角形支撑板
如图2.7，以后悬架的减震器支撑点和主板两个前支撑点加装了一个合适尺寸的.
2.4 转速传感器设计
如图2.8，本车使用了对射式光电传感器作为车速传感器，此种传感器有如下优点：
测量精度
响应时间短，适合高速下测速
采用非接触式测量，无磨损
图 2.8 转速传感器
2.5 转向舵机安装
安装赛车的舵机时，参考了原车安装手册上的安装方法加以改进而成，如图2.9。
图 2.9 转向舵机安装
舵机工作时，转轴是以恒定角速度旋转的。根据这一特点，将舵机的摆杆加长就有利于提高舵机的响应速度。在舵机角速度一定的情况下，车轮转动相同的角度时，摆杆所要转过的圆周距离缩短了。
S = ω * t
考虑到舵机工作时主要受沿车轴方向的力，因此将舵机支架设计成了“L”型，这种结构沿车轴方向刚度很大，而沿车体方向刚度一般，这样可以使材料在有限的空间内得到有效利用，实现轻量化和结构最优化的目的。
2.6 差速器调试和分析
赛车采用了摩擦式差速器后轮驱动。摩擦盘间的松紧对差速器性能有很大影响。当差速器过松时，电机传来的扭矩不能有效的传到驱动轴上，从而浪费了动力。同时由于差速器打滑，加速了差速器的磨损。当差速器过紧时，电机力矩虽然能有效传递到驱动轴，但差速器差速功能下降，使赛车转弯不灵活，影响赛车行使性能。所以差速器应调整倒适当的松紧程度，使赛车平稳行驶。
