飞思卡尔大赛资料总结

（论坛网友分享，在此分享给广大参加比赛的同学，预祝取得好成绩）
机械调整主销内倾3度主销后倾0到1度前轮外倾1度前轮前束6mm
3.1 前轮的调整
现代汽车在正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动
回正，并减少轮胎和转向系零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的
相对安装位置，叫做车轮定位，其主要定位参数包括：主销后倾、主销内倾、车轮外倾
和前束。

对于模型车的前轮四项定位参数均可调。

1）如图3-1 所示，主销后倾角是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。

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。

因此，主销后倾角越大，车速越高，
前轮稳定性也愈好。

但是
过大的主销后倾角会使转向沉重，容易造成赛车转弯迟滞。

我们希望赛车能够转向灵活，
故把主销后倾角设定为1~5°。

图3-1 主销后倾纠正车轮偏转原理图
2）主销内倾角是主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，它也有使车轮自
动回整的作用。

主销内倾还会使主销轴线延长线与路面的交点到车轮中心平面的距离减
少，同时转向时路面作用在转向轮上的阻力矩也会减少，使得转向更轻便灵活。

所以为
了使得赛车转向更加灵活，我们将主销内倾角控制在0 度左右。

方法（1）垫片（2）偏心凸轮（3）长孔（4）球头旋转（5）支柱旋转（7）楔形垫片（6）调整轴承座（8）偏心螺栓（7）
偏心衬套（10）偏置球头
3）如图3-2，前轮外倾角对赛车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转
向安全性和转向操纵的轻便性。

前轮外倾角俗称“外八字”，如果车轮垂直地面一旦满载
就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。

所以事先将前轮外
倾角设在1°左右。

图3-2 前轮外倾角示意图图
3-3 前轮约束示意图
4）当车轮有了外倾角时，在滚动时就类似于圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。

如图3-3，前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向
中心线的夹角。

前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。

前轮在滚动
时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，
轮胎内外侧磨损的现象会减少。

3.2 舵机的安装与舵机力臂的调整
3.2.1 舵机的安装
舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，为了减小此时间常数，可以通过
改变舵机的安装位置，而并非改变舵机本身结构的方法就可以提高舵机的响应速度。

分
析舵机控制转向轮转向的原理可以发现，在相同的舵机转向条件下，转向连杆在舵机一
端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向变化越快。

这相当于增大力臂长度，提高
线速度。

故我们将舵机架在车的前端部分的较高位置，这样舵盘较小的转幅就能够满足
前轮较大的转角要求。

这样安装的优点是：1.改变了舵机的力臂，使转向更灵敏；2.舵机
安装在了正中央，使左右转向基本一致。

3.2.2 舵机力臂的调整
相对于S12 单片机的处理速度，舵机的响应存在着较大的延时，对舵机的改造着实
需要。

在相同的舵机转速条件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，
转向轮转向变化越快，本模型车中通过用转向盘代替舵机上的曲柄来增大舵机的上连接
点到舵机中心的距离，增加了输出转动力矩，使得前轮在转向时更加灵敏。

其机械结构
如下图3.4 所示。

图3.4 舵机力臂机械结构
3.3 差速器的调整
差速器的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动，并保证在轮胎抱
死时不损害电机。

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。

1不管你的CPU的速度如何的快,通信机制如何的优越,系统的精度永远无法超越传感器的精度
2默写应用中ADC可能需要连续的采样（4K SPS/S），这可能给CPU带来很大的负荷。

使用
PDB定时器触发ADC可以减轻CPU的一部分负担。

ADC 的DMA功能支持可以实现高性能的快
速ADC采样或者是ADC使用PDB做周期触发。

在转换完成时ADC可以触发DMA
3
4 可以对pll时钟进行超频
5
6
7
8硬件平均会比软件快吗？采集质量如何？
9
10PWM通道级联去配置一下128
11bangbang 赛道记忆
12
133.3.3 后轮差速机构调节
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。

当车辆在正常的过弯中（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，依次为：外侧前轮>外侧后轮>内侧前轮>内侧后轮。

此时所使用车模配备的是后轮差速器。

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。

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。

好的差速器，在电机不转的情况下，右轮向前转
过的角度与左后轮转过的角度之间误差很小，不会有迟滞和过转向情况。

差速器的调整可以使用车模套件里的相应工具拧后轮的螺母，如图3-21 所示。

14 75
图7-4 模糊控制器结构图
处理模糊运算分为三个阶段：
（1）首先根据隶属度函数将过程变量变成模糊输入，这部分工作在模糊化接口中完成，
然后将结果放入存储器；
（2）推理运算部分根据规则库和模糊运算输入得到模糊输
出，也放入存储器；
（3）解模糊部分通过隶属度函数及相关规则将模糊输出变成控制输出，送往执行机构。

在计算曲率时取了三个有效点，如图7-5：
图7-5 计算曲率的有效点
曲率计算示意图
定义曲率
CURVE= (X1-X2)-(X2-X3)
= X1+X3-2*X2
式中的X1，X2，X3 定义见上图
计算出来的曲率值恒为正，因为有专门的程序判别是左弯还是右弯，所以只需知道赛道的
弯曲程度就可以了。

将CURVE 模糊化，模糊子集定义为：
CURVE={零，极小，小，大，非常大}
注：如果为零，表示曲率半径无穷大，该赛道为直道。

将CURVE 的语言变量定义为：
Z = 零
VS = 极小
S = 小
B = 大
VB = 极大
将CURVE 量化为7 个等级，分别为0，1，2，3，4，5，6
那么CURVE 的论域为：CURVE={0，1，2，3，4，5，6}
对于KP 值同样进行模糊化，模糊子集定义为：
Kp = {零，极小，小，大}
将Kp 的语言变量定义为：
Z = 零
VS = 极小
S = 小
B = 大
然后建立模糊控制规则表，如下表：
表7-2 模糊控制规则表
CURVE
Z
VS
S
B
VB
KP
Z
VS
S
B
B
15
当智能车在直道行走的时候，可以给最高速度；当智能车在弯道出直道时，
速度相对高速；当智能车直道入弯的时候，速度突然减下来；当智能车在弯道时，相对低速。

16
2.3.4 采样周期的选择
香农（Shannon）采样定律：为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续
信号最高频率分量的二倍。

根据采样定律可以确定采样周期的上限值。

实际采样周期的选择还要受
到多方面因素的影响，不同的系统采样周期应根据具体情况来选择。

采样周期的选择，通常按照过程特性与干扰大小适当来选取采样周期：即对于响应快、（如流
量、压力）波动大、易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；反之，当过程响应慢（如温度、成
份）、滞后大时，可选取较长的采样周期。

采样周期的选取应与PID参数的整定进行综合考虑，采样周期应远小于过程的扰动信号的周期，
在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点；在计算机运算
速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好；当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期
为纯滞后时间的1/4～1/8。

17人们通过对PID 控制理论的认识和长期人工操作经验
的总结，可知PID 参数应依据以下几点来
适应系统的动态过程。

1、在偏差比较大时，为使尽快消除偏差，提高响应速度，同时为了避免系统响应出现超调，Kp
取大值，Ki取零；在偏差比较小时，为继续减小偏差，并防止超调过大、产生振荡、稳定性变坏，
Kp值要减小，Ki取小值；在偏差很小时，为消除静差，克服超调，使系统尽快稳定，Kp值继续
减小，Ki值不变或稍取大。

2、当偏差与偏差变化率同号时，被控量是朝偏离既定值方向变化。

因此，当被控量接近定值
时，反号的比列作用阻碍积分作用，避免积分超调及随之而来的振荡，有利于控制；而当被控量远未接近各定值并向定值变化时，则由于这两项反向，将会减慢控制过程。

在偏差比较大时，偏差变化率与偏差异号时，Kp值取零或负值，以加快控制的动态过程。

3、偏差变化率的大小表明偏差变化的速率，e －e 越大，Kp取值越小，Ki取值越大，反
之亦然。

同时，要结合偏差大小来考虑。

4、微分作用可改善系统的动态特性，阻止偏差的变化，有助于减小超调量，消除振荡，缩短
调节时间t ，允许加大Kp，使系统稳态误差减小，提高控制精度，达到满意的控制效果。

所以，s
在e 比较大时，Kd取零，实际为PI 控制；在e 比较小时，Kd取一正值，实行PID控制。

18PID自整定Kp Ki 自动调整方程
19 PID参数整定一般步骤
a.确定比例增益P
确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID 为纯比例调节。

输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的
60%~70%。

比例增益P调试完成。

b.确定积分时间常数Ti
比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。

记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。

积分时间常数Ti 调试完成。

c.确定积分时间常数Td
积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。

若要设定，与确定P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。

d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求
20主程序为一个顺序执行的无限循环的程序。

主程序首先对系统硬件和系统各变量进行初始化。

先关中断，设
置MCU工作频率和各个外设的状态，初始化各端口，控制算法初始化，然后开中断，最后程序进入主循环。

21
弯心前减速，弯心后加速
转弯坡道减速直道加速
22 差速调的好，过弯可以不减速
因为要节能，所以尽量不要加减速
23直道的速度直接由弯道决定，再除去轮胎等情况的问题下，
弯道能达到多快是决定一切的一个重要因素。

以曲率最小的方式度过弯道就是最优的路径，就是说以最缓的轨线压过赛道
24 差速可以是外轮加速内轮减速
25大神说S3010舵机的最适合频率是50Hz
26前瞻40cm或更长
27关于单电机车模后轮的硬件差速问题，大家都知道，车体的转向一方面靠前轮控制方向，一方面靠后轮的差速。

但是这次我们使用的是单电机，不能像双电机一样程序控制差速。

所以要用到硬件差速。

具体实现就是调后轮的螺丝。

听学长们说把电机开着，用手捏着一个轮子（不让它转动），另一个轮子还能转动，这样硬件差速就算调好了
28电机控制用增量+棒棒
29完整的pid系统是和时间有密切相关的。

时间反应到程
序中我想就是咱们说的采样周期吧。

在控制电机的时候，采样周期一定要尽可能的短。

这样才能使响应时间尽可能的短。

编码器的话在有条件的情况下尽可能选择线数大的。

我们这次采用的是200线的编码器。

后来发现计得的数值比较小。

不太利于控制。

30关于调试板，由于比赛不可以考程序，我们只能带着爱车和一块取代电脑地位的调试板去比赛，
调试板可以用拨码开关：八位可以有256个状态，怎么配合使用是自己的思路了；
31最好还是在前轮加上一个减震的弹簧，垫在前轮的导杆和轮子之间，这样减震很明显，不会有那么明显的“车震”了~
32车甩尾过弯打滑无非三种情况，轮胎太硬需要打磨，
直道入弯没有减速，差速不当
33补充差速可以试试内侧不减速外侧加速或者外侧不变内侧减速
34直立式安装方案是目前采用最多的安装方
式，这种安装方案，安装很简单，在淘宝店都可以买到对应的安装支架，买回来按照安装图直接安装就好了，并且每个商家还会提供配套的圆盘和转向连接片，很方便，这种安装方案是大多新车手首选的安装方案。

安装简单，调试也简单。

直立式安装方案里，很多车友会在舵机支架下面再加个铜柱，目的是提高连接片的长度，也就是增长舵机的有效力臂长度，进而提高了舵机的灵敏性和响应速度，实际应用中，这种方法非常有效，尤其是在调车前期，程序不太完备的时候，转弯的灵敏性决定了车的最终成绩。

推荐大家可以尝试这种方法，但是如果要采用这种方法，连接片就要自己根据自己所加铜柱的高度，自制一个合适的连接片。

直立式的优点是安装简单，力矩长，响应速度快，这也使它重心升高，转弯容易侧翻。

35
放电池的地方需要打磨
36
不判断直道和弯道，或者说所有都看成是弯道。

赛道是连续的，判断直道和弯道就是突变了，效果不可能好。

不过后期提速在速度策略上可以判断直道和弯道，通常根据ad
王神的pd不是分段的
省轮子是指恰到好处的舵量
动态p可以说是n段p，n一般很大
调弯道切线的算法。

看你们的和北科的视频，明显感觉到是在切内弯
摩擦轮胎
电磁组想跑的快，参数的作用只占1/3左右
Pid调节超调小到满意，振荡小到满意，响应快到满意
直道中心，以车头为圆心旋转40度（左右共80度）的时候，就可以丢线了！！！！！
最近看到论坛很多差比和的，但我实际看曲线，曲线区间只有25cm，因为当车往右水平移动过程中，左端电感到达电磁线正上方时，差比和曲线就已经达到最大值了，
那这个区间不是太过窄了吗？
可以在这个时候锁定差值，和值继续变化。

用导线将电机接地！！！
写锁差值算法时，把丢线处理注释掉！
差比和，某个时候锁差值。

当左右电感差值大于某个值时，锁定这个差值！（看入弯的时候，注意区别大小s）（也就是大弯锁差值，而小弯不锁）（过连续的大弯即大S弯时，要及时解除锁定的差值，否则过第二个弯时会反向打角）
当左右电感差值小于某个值时（一般是弯入直道的地方），解除这个差值！
前瞻过长，等过弯道的时候一定要加锁。

杆子伸出去了会检测不到电磁信号。

一定程度上可以说连续弯道走得越直，速度就越快，但是这样看起来就更慢了。

如果看起来左右转非常迅速的，那种看起来快，但是实际却不一定很快。

C车差速目测根据偏差给的很多，也可能有根据类似计算曲率给的，也许更多的应该是以偏差为基础，优化给的。

根据角度的V_left = V * ( 1 + ( B * tan@ ) / ( 2 * L))
V_right = V * ( 1 - ( B * tan@ ) / ( 2 * L))
注：V为设定速度，B为后轮轮距，L为前后轮轮距，@为车身与路线夹角。

偏差决定左右电机速度
吧友可以将舵机打到固定角（如0-500）在每个角固定时推车记下两个轮子的轨迹测出半径R之比就是速度之比
可能有问题或缺陷
s3010转动速度是0.16s转60度，要打死，需要0.1s左右，如果速度3米每秒，打死前已经前进了30cm
前瞻长过直角和大弯才能流畅！！！！！
前瞻给50吧！！！
经过实际的尝试，我最后是选择了用软件模拟机械差速（a'b 车差速器）的方法，再模拟lsd限滑差速，从而达到了一个比较好的效果。

为什么用模拟机械差速的方法呢？模拟差速器是一种被动的差速器，它不会主动的去改变两个轮子的速度，所以也就不需要去建立复杂的模型，它会随着两边轮子实际的负载情况和实际的路程而改变输出（参考机械差速的原理），从而使小车更稳定。

当然，若采用被动的差速，那么就不能像电子主动差速那样想着靠差速来增强转向了。

ps:可以在这个基础上跟随转向控制量增加一定偏移量的输出，也是可以的。

首先是模仿机械差速：一侧快多少，另一侧就慢多少（总速度为0，右边正转一圈，左边就会反转一圈）。

当总的期望速度不变时，一侧比总的期望快了多少，另一侧的期望就要慢多少，然后PID控制。

但是跟机械差速又不同，理论上这样会发散，一定会出现一个轮子最低速，一个最高速，所以还需要增加一些处理，比如增加阻尼和LSD限滑的方法等等，让整体稳定。

37起跑线只会在直道，那么弯道触发就忽略，然后检测到起跑线要有一个延时，最好可以用外部中断触发啦~
38 oled的CS可以接地看看跑起来还会不会花屏
39电机都是有死区电压的，每个电机的死区电压可能不一样，所以就算你给了相同的占空比，转速也不一定一样。

40两个竖直的电感检测直角，发现直角再根据这两个电感的
差值打角（可以考虑）
中断内程序执行时间来确定中断控制周期（我的理解是程
序执行时间不能大于中断控制周期）
53 舵机频率就用50HZ吧100太软了打不到位或者
70~80可以试试
54 改变FTM的分频是不是也能提高舵机打脚精度？好像
是
55舵机频率一般是指pwm波的频率
56双电机的差速控制采用
位置式的PD 控制，速度闭环控制采用了增量式PID 控制
57 左右两边电感值一旦偏差大于某个值（一般较小偏差）就进行差速控制，偏差越大，差速越大。

58 在执行PID之前给舵机设一个软件死区（很小的死区），防止舵机频繁抖动引起的不稳定。

If满足软件死区条件，执行空语句，else，执行PID。

（不知道有没有必要，试试效果吧）
if(uk_old<-80|uk_old>80|ad4old>-5&ad4old<5&ad5o ld>-5&ad5old<5)
//如果前后变化不大的话舵机就不动作
{
}
else
{
PID();
} */
59 十字交叉线的磁场信号和９０度弯的磁场信号极为相似，容易发生车子行驶时直接忽略９０度弯的情况。

所以程序
要加一个直角弯的判断，可以区分十字，即垂直的两个电感
都有值，则为十字，只有其中一个有值，则为直角。

60 节能的另外一种方案是不用舵机，直接用C车电机差速跑。

61调整主销后倾主销内倾前轮前束
62 Main函数里面除了初始化程序
就是起跑线检测，而所有的核心操作放在定时中断中。

63 把ad采集也放到中断中，对比跑的稳定性和总时间。

64
65 在直道不用垂直的两个电感，弯道加垂直电感辅助过弯，小S可能可以不用。

（弯道处的垂直电感权重可以调整）
66 拨码开关要能控制舵机电机的PID参数，小车的速度。

67 PIT中断5ms应该可以
68 一个PIT中断应该就够了
69 不足转向特性导致小车在转弯时发生侧滑现
象；过渡转向的特性导致小车在转弯时发生甩尾
现象。

智能车竞赛是追求速度的比赛，适当的过渡
转向特性有助于小车迅速过弯。

70 配置PLL超频在MK60 conf.h里
71每次比赛之前记得把Debug改为Release模式
72 K60和KL26没有通道级联应该是改FTM或者TPM的
分频
73 S3010 频率50Hz 即周期20ms
74考虑到控制周期较长，假设按2.5m/s 的平均速度计算，则一个控制周期小车大概可以跑过2.5cm，如果按这种周期用上述PID 调节速度，则会导致加速减速均过长的后果，严重的影响小车的快速性和稳定性。

为了解决这个问题，可以在PID 调速控制中加入BANG-BANG 控制思想：根据error1 的大小，如果正大，则正转给全额占空比；如果负大，则自由停车或给一个反转占空比；否则就采用PID 计算的占空比。

75 舵机转角和双电机差速有映射关系。

我记得应该可以直接用偏差与差速映射！
可是出现特殊情况，比如锁差值和丢线处理时的偏差没办法与差速形成映射，所以还是舵机打角跟差速映射吧。

76
77 前瞻与水平面的角度20度
78
79
80 在模型车中，前轮前束是通过调整伺服电机带动的左右横拉杆实现的。

主销在垂直方向的位置确定后，改变左右横拉杆的长度即可以改变前轮前束
的大小。

所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心
线与纵向中心线的夹角。

一般前束为012mm。

所谓主销内倾，是将主销（即转向轴线）的上端向内倾斜。

对于模型车，
通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于过大的内倾角
也会增大转向阻力，增加轮胎磨损，所以在调整时可以近似调整为0°~3°
81 增量式PID在实际代码实现时，处理成
vl_PreU += （Kp * d_error + Ki * error + Kd*dd_error) (4.2)
将测速模块得到的单位时间脉冲数给vi_FeedBack，vi_Ref 为设定速度。

error = vi_Ref - vi_FeedBack (4.3)
d_error = error - vi_PreError
(4.4)
dd_error = d_error - _PreDerror
(4.5)
82合理选用一台合适功率的电动机，避免出现大马拉小车的情况出现。

若电动机容量选得过大，虽然能保证设备正常运行，但不仅增加了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电力的浪费。

83 前瞻
84 自制车模的平面形状做为近似三角形，前面一个万向轮。

85 改改加权递推平均滤波的权重，看看车子灵敏度的改变。

特点是给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，
但信号平滑度越差。

86 利用采集到的偏差检测信号与车模速度控制
信号进行加和减，形成左右轮差动控制电压，使得车模左右轮运行加速度不一
致进而控制车模方向。

87为了防止频繁调节和意外输出过大，设置调节死区(-LOCA_DEADLINE,
LOCA_DEADLINE)。

loca_error在死区内，不进行调节，维持上一状态。

设置调
节范围（-LOCA_MAX，LOCA_MAX），假如loca_PreU 算出结果越界，那么就赋给
边界值 LOCA_MAX。

88 蓝宙KL26 主频48M 最高可超频到80M
89 机械调整主销内倾3度主销后倾0到1度前轮外倾1度前轮前束6mm
90 电机PID的偏差是实际速度与编码器测得速度的差值。

91 对电机的速度控制，采取增量式PID+bang-bang的控制思路。

采取拟合的速度给定方法。

根据二次曲线顶点式：
（公式13）
只要知道顶点坐标（h,k）和其中一个点坐标即可知道曲线的解析式。

因而我们可以只设定小车行进的最大速度和最小速度就能求得到输出的速度值。

速度控制以编码器反馈回来脉冲数进行控制。

考虑到PID 数字位置式积分的累积误差大，占用较多存储单元，而数字PID增量式可以对较少的历史数据递推使用，占用存储单元少，编程简单，运算速度快。

为使小车更快地响应加减速，引入了bang-bang控制，当速度较大的时。