学校：中南民族大学
队伍名称：双子星
参赛队员：李双
卢星
欧阳水清
带队教师：吴嘉蓝加平

第一章引言

全国大学生智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为指导思想，鼓励创新的一项科技竞赛活动，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

本次竞赛中，节能信标要求车模运行的能源来自于无线接收线圈感应电流提供的电能，同时要求自制无线接收系统。我们选择的是自制车模，使用 PCB板作车模的整体骨架，使用3D打印轮毂，无线充电系统采用恒功率控制方案，应用同步整流技术，Buck 同步整流降压技术，理想二极管技术，最终实现了恒功率控制无线接收系统，实验过程中，峰值效率达到了 73.6%。

车模主控部分，我们采用了英飞凌公司的TC212作为小车主控器，利用总钻风摄像头作为信标位置信息获取的重要传感器。采用TPS61088 和 TPS63070 稳压电源芯片完成车模的电源管理部分。采用集成的电机驱动芯片，提高了能量密度，降低了 PCB 面积。

在这份技术报告中，我们小组通过对小车设计制作整体思路、电路、算法、调试、车辆参数的介绍，详尽地阐述了我们的思想和创意，具体表现在电路的创新设计，以及算法方面的独特想法，而对程序具体参数的调试也让我们付出了艰辛的劳动。

在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，这次磨练对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们共同努力后的成果，在此对学校以及老师表示衷心的感谢。

第二章总体设计方案

本章主要简要地介绍智能车系统总体设计思路，各模块的作用。

2.1 总体方案的选定

根据规则要求，本次比赛中我们采用自制车模采用一片TC212系列芯片，用来实现恒功率无线充电和智能小车运行的控制，同时在ADS开发环境中进行软件开发。

传感器方面，使用陀螺仪加速度计集成模块 ICM20602，通讯得到相应数据，利用闭环控制算法，并通过编码器实时测速，经过 PD 进行差速控制，实现三轮车能够准确沿着预设路径寻迹转向，并完成速度闭环控制。此外，还增加了五向按键和显示屏作为输入输出设备进行参数的调试和信息显示，无线模块传送调试数据。 TC212

▲ 图 2-1 系统框图

2.2 各模块设计

由以上总体方案，智能小车共包含五大模块：无线充电模块、电源模块、主
模块、电机驱动模块、传感器模块和人机交互模块。各模块作用如下：

1． TC212主控模块：作为整个智能车的“大脑”，将采集电感传感器、编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动电机完成对智能车的控制。
2．传感器模块：是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的赛道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。
3．无线充电模块：通过程序控制实现恒功率充电，为超级电容储能。
3．电源模块：为整个系统提供合适而又稳定的电源。
4．电机驱动模块：使主控模块输出的 PWM 信号能驱动电机完成智能小车的加减速控制。
5．人机交互模块：主要用于智能车系统的参数调试、小车状态显示。

第三章车模机械系统

车模的机械结构是整辆小车的基础，它代表着硬件架构的稳定性，影响小车驶的性能，对小车的性能影响最大。特别对于自制节能小车来说，小车既要保证结构的稳定性还要考虑能量的消耗。因此，在设计整个软件架构和算法之前，一定要对整个模型车的机械结构有一个全面清晰的认识，并在实际的调试过程中不断的改进优化和提高结构的稳定性。本章将主要介绍智能汽模型车型车的机械结构和调整方案

3.1 智能车车型选择

由于考虑到能耗问题，我们自制车模时尽量减少车身重量，因此采用PCB作为小车骨架，并使用大量3D打印件作为小车轮毂及其它连接件。

3.2 摄像头的安装

对于摄像头的安装，我们采用了活扣式结构，方便在调车的时候微调摄像头角度，并使用碳素棒辅助固定摄像头，减少抖动。

3.3 速度传感器的安装

速度传感器我们选用了传统的编码器，这样方便直接安装。将其通过齿轮与车轮齿轮耦合固定，就能读出当前速度。

3.4 无线充电线圈及超级电容安装

车头部分放置无线充电线圈，超级电容放置在PCB车尾身后。

3.5 整体车模结构

▲ 图 3-1车模展示

3.6 主要技术参数

第四章无线充电接收系统

4.1 接收方案选取

方案一：恒功率无线接收
此种方法，在 LC 谐振和整流之后，还需要经过恒功率控制，最后接入超级电容两端。

▲ 图 4-1 恒功率控制

方案二：LCC网络补偿接收

为了适应负载的波动，往往采用LCC电路补偿形式。它可以在了负载变化的情况下，维持发送线圈中的电流恒定，从而提高了系统的稳定性。此时并不用采用恒功率控制，在LCC网络之后接入整流电路，最后直接输入超级电容两端。

经过测试和对比，我们发现，方案一虽然电路较为复杂，需要有电路功率检测电路和控制电路，但是它对环境的变化不敏感，不需要考虑线圈放置的位置和高度，其总体效率会比方案二高。

方案二少了恒功率控制部分的电路，但是它需要很精确地匹配谐振电容、补偿电感和补偿电容。同时线圈放置的位置和高度也影响着接收功率。考虑到理想状态下的接收情况，
对两种方案进行理论计算，

采用5节50F超级电容串联，计算得到10V电压所需时间的理论值。对于方案一：

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智能车竞赛技术报告 | 节能信标组 - 中南民族大学 - 双子星

第一章引言

第二章总体设计方案

2.1 总体方案的选定

2.2 各模块设计

第三章车模机械系统

3.1 智能车车型选择

3.2 摄像头的安装

3.3 速度传感器的安装

3.4 无线充电线圈及超级电容安装

3.5 整体车模结构

3.6 主要技术参数

第四章无线充电接收系统

4.1 接收方案选取

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3.2 摄像头的安装

3.3 速度传感器的安装

3.4 无线充电线圈及超级电容安装

3.5 整体车模结构

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