工程訓練大賽小車演講人：日期:目錄CONTENTS02小車設(shè)計方案01項目背景介紹03制作實施過程04軟件編程開發(fā)05測試與優(yōu)化環(huán)節(jié)06競賽總結(jié)展望01項目背景介紹大賽主題與規(guī)則概述010203主題定位與技術(shù)導向大賽聚焦智能裝備與自動化控制領(lǐng)域，要求參賽作品具備自主導航、環(huán)境感知及任務(wù)執(zhí)行能力，核心技術(shù)需涵蓋機械設(shè)計、電子控制和算法優(yōu)化。規(guī)則框架與評分維度評判標準包括創(chuàng)新性（30%）、功能完整性（25%）、穩(wěn)定性（20%）及成本控制（15%），需提交技術(shù)文檔并完成現(xiàn)場答辯與動態(tài)演示環(huán)節(jié)。限制條件與合規(guī)要求小車尺寸不得超過指定范圍，禁止使用預(yù)制底盤，能源系統(tǒng)需符合安全規(guī)范，所有代碼需開源提交以供審核。小車設(shè)計目標設(shè)定多場景適應(yīng)性設(shè)計需兼容室內(nèi)外復雜環(huán)境，如避障、坡道通行及光線變化條件下的精準定位，傳感器布局需兼顧冗余與輕量化。模塊化功能擴展目標實現(xiàn)0.1米級定位精度、5秒內(nèi)動態(tài)路徑重規(guī)劃能力，并通過輕量化材料將整車質(zhì)量控制在1.5千克以內(nèi)。預(yù)留硬件接口支持后期升級，包括機械臂擴展、多機協(xié)作通信模塊等，軟件架構(gòu)采用分層設(shè)計以降低耦合度。性能優(yōu)化指標團隊組成與分工負責車體動力學仿真、3D打印部件優(yōu)化及減震系統(tǒng)設(shè)計，采用有限元分析驗證結(jié)構(gòu)強度與耐久性。機械結(jié)構(gòu)組主導STM32主控開發(fā)，集成IMU、激光雷達與編碼器數(shù)據(jù)融合，設(shè)計PCB實現(xiàn)信號抗干擾與低功耗管理。協(xié)調(diào)進度與資源分配，制定甘特圖跟蹤里程碑節(jié)點，同時負責技術(shù)文檔標準化與知識產(chǎn)權(quán)申報工作。電子控制組基于ROS搭建SLAM系統(tǒng)，開發(fā)自適應(yīng)PID控制算法，利用強化學習優(yōu)化動態(tài)避障策略，并建立仿真測試環(huán)境。算法開發(fā)組01020403項目管理組02小車設(shè)計方案機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原理采用輕量化鋁合金框架與可拆卸模塊化設(shè)計，便于快速維修與功能擴展，同時通過有限元分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)強度與重量分布。模塊化底盤設(shè)計選用高精度齒輪組與同步帶傳動，配合低摩擦軸承降低能量損耗，并通過扭矩測試驗證傳動系統(tǒng)的可靠性。動力傳動效率提升集成獨立懸掛與減震彈簧，適應(yīng)復雜賽道地形，結(jié)合動力學仿真調(diào)整懸掛參數(shù)以提升高速過彎穩(wěn)定性。懸掛系統(tǒng)優(yōu)化010302通過三維建模模擬不同負載下的重心偏移，調(diào)整電池與核心部件布局，確保急加速或急剎時車身姿態(tài)穩(wěn)定。重心平衡控制04整合陀螺儀、加速度計與編碼器數(shù)據(jù)，采用卡爾曼濾波算法實現(xiàn)精準位姿估計，誤差控制在±0.5°以內(nèi)。傳感器融合方案設(shè)計多級穩(wěn)壓電路與鋰電池保護模塊，支持動態(tài)功耗調(diào)節(jié)，延長續(xù)航時間至120分鐘以上。高效電源管理01020304基于實時性需求選擇32位ARMCortex-M7微控制器，支持多線程任務(wù)調(diào)度與硬件浮點運算，滿足復雜控制算法需求。主控芯片選型搭載低延遲2.4GHz射頻芯片，實現(xiàn)遠程監(jiān)控與參數(shù)調(diào)試，傳輸距離可達100米且抗干擾能力強。無線通信模塊電子系統(tǒng)核心組件劃分感知層（數(shù)據(jù)采集）、決策層（路徑規(guī)劃）與執(zhí)行層（電機驅(qū)動），通過消息隊列實現(xiàn)模塊間解耦與異步通信。針對直線速度控制采用增量式PID算法，彎道自適應(yīng)調(diào)節(jié)引入模糊邏輯，動態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)向角與動力分配?；贠penCV的邊緣檢測與HSV色彩空間分析，實時提取賽道邊界線，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)預(yù)測最優(yōu)路徑。部署硬件看門狗與軟件心跳包檢測，異常時自動切換備用控制模式或緊急制動，確保系統(tǒng)魯棒性。控制邏輯框架構(gòu)建分層式架構(gòu)設(shè)計PID與模糊控制結(jié)合賽道特征識別策略故障自檢與容錯機制03制作實施過程材料采購與準備核心部件選型根據(jù)小車功能需求，采購高性能電機、輕量化車架、高精度傳感器及穩(wěn)定供電模塊，確?；A(chǔ)性能達標。工具配套配備電烙鐵、萬用表、示波器、激光切割機等專業(yè)工具，并校準其精度，避免因工具誤差導致裝配失敗。輔助材料清單準備螺絲、軸承、導線、絕緣膠帶等裝配耗材，以及3D打印定制件所需的PLA或ABS材料，保證裝配過程無縫銜接。按設(shè)計圖紙分階段安裝底盤、傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，重點控制齒輪嚙合間隙與輪軸同心度，減少運行時摩擦損耗。機械結(jié)構(gòu)組裝分層布局主控板、驅(qū)動模塊與傳感器線路，采用屏蔽線纜和焊點加固工藝，防止電磁干擾或接觸不良引發(fā)的信號丟失。電路系統(tǒng)集成使用CNC加工或手工打磨完成外殼定型，結(jié)合噴漆或貼膜工藝提升外觀辨識度，同時確保外殼不干擾功能部件運作。外殼與裝飾裝配步驟與關(guān)鍵工藝調(diào)試問題解決方案動力不足排查通過電流檢測儀分析電機負載狀態(tài)，調(diào)整PWM占空比或更換高扭矩齒輪組，解決爬坡或加速乏力問題。傳感器誤判處理重新校準紅外、超聲波傳感器的閾值參數(shù)，優(yōu)化濾波算法，排除環(huán)境光線或噪聲對檢測結(jié)果的干擾。路徑偏離修正在控制程序中加入PID反饋調(diào)節(jié)模塊，實時修正車輪轉(zhuǎn)向角度偏差，確保小車沿預(yù)設(shè)軌跡穩(wěn)定行駛。04軟件編程開發(fā)路徑規(guī)劃算法基于PID控制理論設(shè)計電機調(diào)速系統(tǒng)，通過比例、積分、微分參數(shù)調(diào)節(jié)實現(xiàn)精準速度跟蹤與轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。運動控制算法多任務(wù)調(diào)度策略使用狀態(tài)機或RTOS（實時操作系統(tǒng)）管理傳感器數(shù)據(jù)采集、決策邏輯與執(zhí)行動作的優(yōu)先級，避免資源競爭導致的系統(tǒng)延遲。采用A*或Dijkstra算法實現(xiàn)最優(yōu)路徑搜索，結(jié)合柵格地圖或拓撲地圖進行環(huán)境建模，確保小車在復雜場景中高效避障與導航。算法設(shè)計基礎(chǔ)傳感器集成實現(xiàn)整合紅外、超聲波、激光雷達等傳感器數(shù)據(jù)，通過卡爾曼濾波或互補濾波算法消除噪聲，提升環(huán)境感知精度。多傳感器數(shù)據(jù)融合利用正交解碼技術(shù)采集電機轉(zhuǎn)速信號，結(jié)合脈沖計數(shù)與時間戳計算實時里程，為閉環(huán)控制提供反饋依據(jù)。編碼器信號處理部署OpenCV庫處理攝像頭圖像，實現(xiàn)車道線識別、顏色追蹤或目標檢測功能，擴展小車的自主決策能力。視覺傳感器應(yīng)用代碼優(yōu)化技巧內(nèi)存管理優(yōu)化采用動態(tài)內(nèi)存分配策略減少RAM占用，避免內(nèi)存泄漏；使用const修飾符和宏定義提升常量訪問效率。執(zhí)行效率提升通過內(nèi)聯(lián)函數(shù)減少函數(shù)調(diào)用開銷，利用查表法替代復雜運算，優(yōu)化中斷服務(wù)程序的響應(yīng)速度。模塊化與可維護性采用面向?qū)ο缶幊谭庋b功能模塊，定義清晰的接口文檔，便于團隊協(xié)作與后期功能擴展。05測試與優(yōu)化環(huán)節(jié)動態(tài)穩(wěn)定性測試使用高精度傳感器檢測小車沿預(yù)設(shè)路徑行駛的偏差值，分析算法對路徑識別的響應(yīng)速度和糾錯能力，確保在復雜賽道中保持穩(wěn)定循跡。循跡精度驗證負載能力測試逐步增加小車載重并觀察電機扭矩輸出、電池續(xù)航變化，確定最大有效載荷范圍，避免因超載導致機械結(jié)構(gòu)變形或電路過載。通過模擬不同速度下的轉(zhuǎn)向、急剎和過彎場景，評估小車在運動中的平衡性和抗側(cè)翻能力，需記錄車身傾斜角度與恢復時間等關(guān)鍵參數(shù)。性能測試標準方法問題診斷與修復動力系統(tǒng)異常分析針對電機發(fā)熱、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等問題，需依次檢測驅(qū)動電路電壓穩(wěn)定性、PWM信號占空比及齒輪箱潤滑狀態(tài)，排除接觸不良或機械磨損故障。控制邏輯漏洞修復當小車出現(xiàn)路徑規(guī)劃錯誤時，需復核代碼中的轉(zhuǎn)向決策算法（如PID參數(shù)），通過仿真工具驗證邏輯分支的覆蓋率和響應(yīng)時效性。傳感器信號干擾排查若出現(xiàn)循跡失效或誤判，需檢查光電/紅外傳感器是否受環(huán)境光影響，必要時加裝屏蔽罩或調(diào)整閾值參數(shù)以過濾噪聲信號。030201采用碳纖維或3D打印鏤空框架減輕車身重量，同時優(yōu)化電池與電路布局以降低重心，提升能量利用率與運動敏捷性。效率提升策略輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)中分配獨立線程處理傳感器數(shù)據(jù)采集、運動控制和狀態(tài)反饋，減少主循環(huán)阻塞，確保實時性需求高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。多任務(wù)并行處理優(yōu)化在制動階段通過反向電動勢回收部分動能至超級電容，延長電池續(xù)航時間，尤其適合頻繁啟停的賽道場景。能量回收技術(shù)應(yīng)用06競賽總結(jié)展望賽場表現(xiàn)評估機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性小車在高速轉(zhuǎn)向和急停時表現(xiàn)出色，得益于輕量化鋁合金車架和四輪獨立懸掛設(shè)計，但部分連接件在長時間運行后出現(xiàn)輕微松動，需優(yōu)化緊固方案。傳感器響應(yīng)精度激光雷達與視覺融合系統(tǒng)在復雜賽道環(huán)境下識別障礙物的準確率達95%，但在強光干擾下存在誤判，需增強環(huán)境適應(yīng)性算法。動力系統(tǒng)效率雙電機驅(qū)動方案使爬坡性能提升40%，但電池續(xù)航僅支撐連續(xù)運行2小時，需升級高能量密度電池或優(yōu)化功耗管理策略。機械組與程序組前期溝通不足導致傳感器安裝位置反復調(diào)整，后續(xù)需采用模塊化設(shè)計并建立每日交叉評審機制。團隊協(xié)作流程賽場突發(fā)Wi-Fi信號干擾導致遠程控制延遲，暴露無線通信冗余設(shè)計不足，應(yīng)增加本地備用控制模塊。應(yīng)急預(yù)案缺失未模擬潮濕賽道環(huán)境，導致輪胎打滑率超預(yù)期，今后需建立多維度測試矩陣覆蓋極端工況。測試覆蓋率不足經(jīng)驗教訓總結(jié)未來改進計劃搭建自動化測試平臺集成機械應(yīng)力分析、控制代碼覆蓋率檢測