第四章、机械设计篇
智能车系统任何的控制都是在一定的机械结构基础上实现的，因此在设计整个软件架构和算法之前一定要对整个车模的机械结构有一个感性的认识，然后建立相应的数学模型。从而再针对具体的设计方案来调整赛车的机械结构，并在实际的调试过程中不断的改进和提高。本章将主要介绍智能车车模的机械结构和调整方案。
4.1 车模简化改装
由于今年电磁组车模采用了原来竞赛C型车模，它是双后轮驱动，由于竞赛规定C型车模直立行走，因此我们对车模前轮以及部分相关部件都可以进行简化。具体改装步骤如下：
（1） 去掉前轮及其支撑部件，去掉后轮悬挂缓冲支架，拆卸后的情况如图4.1所示。
图4.1 左图：完整的C型车模底盘；右图：简化后的C型车模底盘
（2） 固定车模底盘与后轮支架
原有车模为了减轻后轮振动对于车体的影响，后轮的支架与底盘之间采用了活动连接方式。但是，为了保证车模直立车体稳定性，需要将原有车模底盘与后轮支架固定在一起，使后轮与车体之间形成一个刚体，便于进行直立控制。于是我们按照比赛规则利用PCB板制作了连接件，通过在板上打孔利用螺钉螺母将底盘与后轮直接连接成为一个刚体。
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第四章 机械设计篇
4.2 传感器安装
车模中的传感器包括有：速度传感器，车模姿态传感器（陀螺仪、加速度计）以及电磁检测感应线圈。下面分别介绍这些传感器的安装。 （1）速度传感器安装
速度编码器我们采用了编码器，安装方法如下：
用十字扳手套筒将车的后轮拆卸后，安装编码器，固定编码器的固定件是根据车得尺寸及与编码器的相对位置手工制作的连接固定件。固定件的尺寸如图4.2所示。
图4.2 编码器固定件
在安装完后轮后，在利用十字扳手套筒将后轮装上。
安装时应注意调整好齿轮间隙。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动的现象。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。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。如图4.3所示。
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第七届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
图4.3 编码器安装图
（2）电磁传感器安装
为了减少小车转向时的转动的转动惯量，应尽量减小传感器支架的重量，同时应保证传感器有较好的稳定性，保证一定的强度，最后我们选择用碳素杆作为支架材料。
为了能够更好的检测前面的道路，将电感尽可能的安装在车模运行前方较远的地方。我们参照了官方方案的方法，进行了电感架的搭建，如图4.4所示。在宽度符合竞赛规则的条件下，尽量使电感保持水平，减少电感位置变动在行车过程中对车产生影响。
图4.4 传感器安装
（3）车模倾角传感器
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第四章 机械设计篇
车模倾角传感器包括陀螺仪和加速度计。它们都是表贴元器件，固定在电路板上。与电路板一同固定在车身底盘上。
4.3 电路板的安装
为了使小车具有较好的稳定性及转向性能，我们在搭建小车时尽量选择降低重心，因此也将电路板安装在了底盘的下部，靠近与后桥的连接处，从而实现降低重心。
4.4 电池安装
同样为实现降低重心，提高小车稳定性的目的，我们将电池安装在车身背面后桥的位置，最大程度上降低重心。
4.5 其他机械结构的调整
另外，在模型车的机械结构方面还有很多可以改进的地方，比如说车轮、传感器的保护等方面。
由于直立小车的直立行驶及转向都是通过后轮实现的，因此当小车在转向时，模型车的轮胎与轮辋之间很容易发生相对位移，可能导致在加速时会损失部分驱动力，而且使小车的状态不稳。因此，我们在实际调试过程中对车轮进行了粘胎处理，可以有效地防止由于轮胎与轮辋错位而引起的驱动力损失的情况。
同时，车模直立运行，我们在制作电路板的时候尽可能减少电路板的尺寸，一方面便于固定，另一方面可以减少车模的惯量。固定电路板时我们尽可能贴近车模的底盘，使其能够稳固。
为了保护模型车传感器支架，在车模机械设计的时候，我们增添了防撞杆，使一旦车模倾倒或者失控，防撞支架可保护车模机械的安全性，保证小车状态的稳定性。
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第五章、软件编写与调试篇
通过前面的介绍，车模控制电路制作与安装均已完毕。车模是否能够正常高速稳定运行，需要通过软件编写和调试来完成。
5.1 软件功能与框架
软件的主要功能包括有： （1）车模运行状态检测； （2）电机PWM输出；
（3）车模运行控制：直立控制、速度控制、方向控制； （4）车模运行流程控制：程序初始化、车模启动与结束； （5）系统界面：状态显示、上位机监控、参数设定等。 上述功能可以分成两大类：
第一类包括1-3功能，它们属于需要精确时间周期执行，因此可以在一个周期定时中断里完成。第二类包括4-5功能。它的执行不需要精确的时间周期。可以放在程序的主程序中完成。这两类任务之间可以通过全局变量实现相互的通讯。主程序框架如图5.1所示。
图 5.1 主程序框架
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