沒有車手的“Ｆ１方程式”賽車

史經(jīng)奎　尹亮亮　鄭昕昕

你想象過沒有車手的“F1方程式”賽車大賽嗎?恐怕你馬上就會問：沒有車手怎么開車呢?本文就給你介紹一種由南京航空航天大學(xué)學(xué)生制作的自主式尋跡競速智能賽車。該車在去年曾獲得有“智能F1方程式”之稱的全國大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽一等獎。

沒有車手的智能車怎樣自動駕駛呢?原來，自主式尋跡智能車(又稱為AGVAuto Guided Vehicle)能不依靠人為的控制自動地按照給定的軌跡前進(jìn)或者后退。它具有自己的“眼睛”——紅外傳感器，“大腦”——主控計(jì)算機(jī)，“雙手”——驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)，還有自己能量的來源和“身軀”——電源和車體(如圖l所示)。

智能車的“眼睛”是安裝在車體前面的“一”字形的14對紅外傳感器，每對傳感器包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管(或光敏三極管)。大家都知道，不同的顏色對光的反射率不一樣，黑色的反射面反射最少，白色的反射面反射最多。如果在白色的賽道上畫上黑色的線條(如圖2所示)，這樣，智能車就可以根據(jù)紅外傳感器的信號得到黑線相對智能車的位置，從而循著黑線前進(jìn)了。

智能車最核心的部分是一臺計(jì)算機(jī)，當(dāng)然它不是我們平時(shí)見到的計(jì)算機(jī)，而是一種微型的處理器芯片(我們稱之為單片機(jī))，大小約4平方厘米，它就像車手的大腦一樣，將智能車的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速的運(yùn)算處理，控制智能車安全快速地行駛。

驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)是智能車的動作執(zhí)行者，由主控計(jì)算機(jī)告訴它們該怎么運(yùn)行。驅(qū)動電機(jī)相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)汽車的發(fā)動機(jī)，為智能車提供動力。為了使智能車能夠像普通汽車一樣進(jìn)行加速和減速，設(shè)計(jì)者專門為它設(shè)計(jì)了一套驅(qū)動電路，這樣我們就可以像踩油門一樣改變智能車的速度；舵機(jī)就類似于汽車的方向盤，它能根據(jù)主控計(jì)算機(jī)的要求輸出不同的轉(zhuǎn)角，再通過傳動機(jī)構(gòu)，就能驅(qū)動車輪左右轉(zhuǎn)動了。容量2000mAh的鎳鎘電池是整個(gè)智能車能量的來源，優(yōu)秀的車體機(jī)械結(jié)構(gòu)則是提高賽車運(yùn)行效率的關(guān)鍵。

在現(xiàn)實(shí)的F1大賽中。比賽的成績?nèi)Q于賽車的性能以及賽車手的駕駛技術(shù)。同樣，在智能汽車大賽中，比賽成績的好壞取決于智能車自身的性能(包括電源的供給、車身的重量、機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等)和控制策略的好壞?？刂撇呗允怯晌⑿陀?jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，涉及到很多高深的控制理論知識。誰的控制策略做得好，那么誰就是智能汽車大賽中的“舒馬赫”。

這款智能車在比賽中表現(xiàn)得非常出色，平均速度達(dá)到2.4m／s。最高速度達(dá)到5m/s。你也許覺得這個(gè)速度不快，但要知道這款賽車與實(shí)際賽車的大小之比是1:10，也就是說，它至少相當(dāng)于實(shí)際賽車平均速度80km／h；如果它是一款現(xiàn)實(shí)的車，那么它的最高速度可達(dá)180km／h。

值得一提的是，該智能車涉及到的技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛機(jī)動車、無人工廠、倉庫、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，各式各樣的智能汽車必將朝著智能化、信息化、大眾化的方向發(fā)展。