它使车辆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上。由此主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。
图2-5-1 主销后倾角
车轮外倾角（Camber）是指从前放看前轴时，轮胎的中心平面不是垂直的，而是上面向外倾斜一个角度，如图2-5-3。设置转向轮的外倾角是为了平衡和协调因为车重造成的前轮内倾倾向，使轮胎和路面呈垂直接触的最佳状态。
图2-5-2 主销内倾角和车轮外倾角
转向轮前束(Toe out)是指同一轴两端车轮轮辋内侧轮廓线的水平直径的端点为等腰梯形的顶点，底边为车轮轴线。等腰梯形两底边长度之差为前束。如图2-5-3 所示，当梯形前低边小于后底边时，前束为正（A 11 图2-5-3 前束 2.6后轮调整 车模后轮采用的电机由竞赛主办方提供，电机轴与后轮轴之间的传动比为 9:38（电机轴齿轮齿数为18，后轮轴传动轮齿数为76）。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装不恰当，会增大电机驱动后轮的负载；齿轮配合间隙过松则容易打坏齿轮过紧则会增加传动阻力。所以我们在电机安装过程中尽量使得传动齿轮轴保持平行，传动部分轻松、流畅，不存在卡壳或迟滞现象。 差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高，以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。后轮差速的调整主要是调整差速器中差速齿轮的咬合程度，差速的松紧与自己所要求的速度相匹配，已达到自己想要的状态。 第三章 系统硬件的设计及实现 3.1 硬件设计方案 从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。 可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，并将数字地（DGND）与模拟地（AGND）用零欧姆电阻进行单点连接，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。 高效是指本系统的性能要足够强劲。我们主要是从以下两个方面实现的： (1) 采用硬件实现图像的二值化，不仅提高了可靠性，也减小了CPU的负荷； 12 (2) 使用了由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器，该驱动器的额定工作电流可以轻易达到100A以上，保证了电动机的工作转矩和转速。 简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低模型车的重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。主板整体效果如下： 传感器的选择 3.2.1 摄像头 摄像头是智能小车系统信息提取关键，其信息输出信息的好坏将首先决定小车的性能。因此摄像头的选取必须慎重，既要保证图像质量好，满足后续处理和赛道识别的要求，又要考虑到单片机采集和处理的能力。对于由单片机组成的小系统来说，摄像头的分辨率不是越高越好。 因为这样只会徒增单片机的负担。摄像头由镜头、图像传感芯片和外围电路构成。而图像传感芯片是摄像头最重要的部分。摄像头按图像传感器分可分为CCD 图像传感器和CMOS 图像传感器，CCD图像传感器通常比CMOS 图像传感器高10 倍的感光度（ISO）。人眼能看到1Lux照度（满月的夜晚）以下的目标，CCD 图像传感器通常能看到比人眼略好，大约能看到在0.1~3Lux 照度以下的目标，是CMOS 图像传感器感光度的3 到10倍。CMOS 图像传感器的感光度一般在6Lux 到15Lux 的范围内，CMOS 图像传感器有固定比CCD 图像传感器高10 倍的噪音, 固定的图案噪音始终停留在屏幕上好像那就是一个图案，因为CMOS 图像传感器在10Lux 以下基本没用。但是CMOS 图像传感器可以将所有逻辑和控制环都放在同一个硅芯片块上，可以使摄像头变得简单，因此CMOS 图像传感器可以做得非常小、便于携带。同时CMOS 图像传感器非常快速，比CCD 图像传感器要快10 到100 倍，而且CMOS传感器不需要复 13 杂的处理过程，可直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号。 而根据摄像头输出信号的形式摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头。数字摄像头是一种数字视频的输入设备，利用光电技术采集影像，而不像视频采集卡那样首先用模拟的采集工具采集影像，再通过专用的模数转换组件完成影像的输入。数字摄像头的优点是使用简单，输出即为数字信号。模拟摄像头多为CCD 的，按不同档次分辨率不同。与数字摄像头同级的模拟摄像头一般有较高的分辨率，较好的实时性。模拟摄像头要与单片机相连必须先经过视频解码芯片进行解码，然后再交予单片机进行处理。 我们的主板上具有模拟视频输入接口，因此我们选择模拟摄像头。经过一 些比较，我们选择了一款模拟针孔CCD 摄像头。如图： 3.3.1单片机最小系统板 Kinetis系列微控制器是飞思卡尔公司于2010年下半年推出的基于ARM Cortex-M4内核的微控制器，是业内首款Cortex-M4内核芯片。Kinetis系列微控制器采用了飞思卡尔 90纳米薄膜存储器 (TFS) 闪存技术和 Flex存储器功能(可配置的内嵌EEPROM)，支持超过1000万次的擦写。Kinetis 微控制器系列融合了最新的低功耗革新技术，具有高性能、高精度的混合信号能力，宽广的互连性，人机接口和安全外设。 3.3.2稳压电源模块 稳定的电源对于一个控制系统来说至关重要，关系到系统能否正常工作，因此在设计智能车系统时为各个模块配置了合适、稳定的电源并且在电路设计上尽量避免不同电源和相同电源不同模块之间的干扰，保证了整个系统的稳定运行。 智能车系统的总的电源供应来自 7.2V 大容量镍镉电池，但是单片机K60最小系统3.3V 的电源，SD 卡和无线调试模块需要3.3V 低压，伺服电机工作电压范围在4V 到6V 之间，CCD 摄像头用12V 供电，驱动电路需要5V 的电源，直流电机需要7.2V 电池直接供电，因此智能车电压调节电路框架如图3.3 所示。 14 5V 电源模块用于为单片机系统、传感器模块和LM1881 等芯片供电。经过比较，由于在电机驱动时电池压降较大为提高系统稳定性，必须使用低压差稳压芯片。为此我们选用了低压差线性稳压芯片LM2040-5.0V 为单片机和摄像头供电、LM1881 和传感器等供电，它们的纹波电压小，能对负载的变化迅速做出反应，适合为各个模块供电，故用如下图3.4 所示： 3.3V 稳压电路 SD 卡及无线模块所要求的标准电源电压为3.3V，为此选用了低压差降压稳压芯片LM2940 来为它们供电，在压差为1V时就可稳定输出3.3V电压，最大输 出电流为800mA,能够满足要求，所采用电路如图3.6 所示。 3.2.3 6V 稳压电路 6V 供电电压用来给舵机供电。赛车调试过程中，发现若直接给舵机电池电压，电机驱动时对电源的电流冲击会使电源电压波动，导致舵机出现在给定打角时仍左右频繁摆动的现象，更严重的是这种方法会导致舵机烧掉的概率大大提高。经过比较LM317 和LM2941，发现LM317 的压降要2V 以上，而LM2941 只需1V 左右，而且LM317 在大电流负载的情况下纹波较大，且它的输出阻抗较小，在舵机大摆角的情况下输出6V 电压会被拉低。故最后我们选用了LM2941-ADJ 稳压芯片，完全能够满足舵机所需要的电压和电流，而且输出电压在6V 左右可调以便满足不同要求。应用电路如图3.7 所示。 15