第二章智能车机械结构调整与优化学习资料
电子科大 Trinity
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：电子科技大学队伍名称：Trinity参赛队员：孙奎峰王道川张瑞带队教师：程玉华任亦希关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名：孙奎峰王道川张瑞带队教师签名：程玉华任亦希日期：2015年8月18日摘要本文以第十届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了两轮自平衡小车控制系统的软硬件结构和开发流程。
该比赛采用大赛组委会统一指定的E型车模，以Freescale半导体公司生产的32位单片机MKL26Z256VLL4为核心控制器，在IAR开发环境中进行软件开发，使用TSL1401系列的线性CCD进行赛道信息采集。
整个系统涉及硬件电路设计、控制策略、整车机械架构等多个方面。
为提高在高速运行下的稳定性，进行了不同方案的设计，并使用Matlab进行了大量的数据分析以及上位机的设计调试，确定了现有的整车架构和相关控制参数。
车模使用飞思卡尔加速度传感器MMA8451Q以及陀螺仪L3G4200D进行角度融合，获取车模姿态，完成平衡直立。
根据TSL1401采集到的赛道信息通过软件进行路径规划，通过两轮电子差速实现转向。
关键词：智能车，MKL26Z256VLL4，TSL1401，MMA8451Q，L3G4200D目录第一章引言 (2)1.1 大赛介绍 (2)1.2 系统设计框架介绍 (2)第二章智能车机械结构调整与优化 (4)2.1 智能车参数要求 (4)2.2 智能车整体参数调校 (4)2.3 编码器安装 (4)2.4 姿态传感器安装 (5)第三章硬件电路设计说明 (6)3.1 单片机最小系统模块 (6)3.2 电源模块 (7)3.2 传感器模块 (9)3.3 电机模块 (9)3.4 测速模块 (10)3.5 陀螺仪与加速度计模块 (10)3.7人机交互模块 (11)第四章智能车控制软件设计说明 (12)4.1MKL26Z256VLL4 片资源简介 (12)4.2 MKL26Z256VLL4 所用模块简介 (12)4.3 软件功能与框架 (14)4.4 控制算法与函数 (15)第五章系统开发及调试工具 (21)5.1辅助调试工具介绍 (21)5.2 系统调试 (24)第六章车辆主要参数 (25)第七章总结 (26)参考文献 (27)附录：部分程序源代码 (28)第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告第一章引言1.1 大赛介绍参加第九届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛的参赛选手须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8 位、16位、32 位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分（省）赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。
智能车机械结构调整与优化
智能车机械结构调整与优化1. 介绍随着智能驾驶技术的发展和智能车主的需求增加，现代汽车越来越注重智能车机的开发和应用。
智能车机作为智能汽车的核心部件，它包含了硬件和软件两个方面，其中机械结构也是非常重要的一个方面。
智能车机的机械结构一般包括支架、连接器、导轨、齿轮、电机等部件。
这些部件之间相互作用，可以实现智能车机的多种功能。
因此，调整和优化机械结构可以有效提高智能车机的性能和稳定性。
本文将介绍智能车机械结构调整与优化的相关知识，包括调整和优化机械结构的目的、方法和注意事项。
2. 调整机械结构的目的智能车机的机械结构调整通常是为了实现以下目的：•提高智能车机的稳定性和可靠性：通过调整连接器、导轨和支架等部件的位置和成组结构，可以使智能车机在运行中更加稳定。
同时，通过优化电机、齿轮和传感器等组件的匹配度，可以提高智能车机的可靠性。
•提高智能车机的灵活性和适应性：通过调整智能车机的机械结构，可以使其更适应不同的道路条件和应用场景，并增加其灵活性。
比如，可以安装不同类型的导轨，以适应不同的转弯角度。
•降低智能车机的噪音和能耗：通过优化机械结构和组件间的匹配度，可以减少智能车机的噪音和能耗，提高其使用效率。
3. 调整机械结构的方法调整机械结构的方法主要包括以下几种：3.1. 三维打印三维打印可以制造出精确的机械结构和组件，而且可以根据需要自定义设计每个部件的形状和尺寸。
三维打印可以有效地实现机械结构的调整和优化。
3.2. 数值模拟数值模拟可以通过计算机模拟车机的运动和应力分布情况，来优化机械结构和组件的设计。
数值模拟可以帮助设计人员确定机械结构的最佳设计方案，并节约大量的时间和成本。
3.3. 实验法实验法是通过实验验证不同的机械结构和组件的设计方案，以确定最佳方案。
实验法可以检测机械结构的性能和稳定性，找到问题所在，并提出相应的解决方案，从而优化机械结构。
4. 调整机械结构的注意事项在调整机械结构的过程中，需要注意以下几点：4.1. 安全性机械结构的调整和优化一定要确保安全性，防止因机械结构失效导致车辆或人员受到损害。
《智能车制作 “飞思卡尔杯”从入门到精通》教材部分章节节选
图 3-7 前置 置卧式
16 6
图 3-8 后置卧式
优点：安 安装原车模 模舵机布置方 方式、改动 动量小，重心 心低； 缺点：响 响应速度慢 慢、两边拉杆 杆长度不一 一样、转向不 不对称。 2）.扣式
图 3-9 扣式 扣
优点：重 重心低、响 响应速度快、 、转向平顺 顺对称； 缺点：安 安装过程复 复杂、不利于 于后续维护 护调整。 3）.卧式
图 3-14匀速圆 圆周运动
转向舵机因 因型号固定 定在供电电 压确定时其 其输出力矩 矩是固定的， ，我们知道 道力矩等于 于 力与 与力臂的乘积 积，即 M=F F*L。舵机 的输出力矩 矩与摆臂长度关系如下 下： 舵机转矩 矩=舵机摆臂 臂作用力*摆臂长度 摆 18 8
假设舵机 机输出力矩 矩是恒定的 ，其输出轴 轴的旋转角 角速度也是恒 恒定的，舵 舵机摆臂端 端 部的 的瞬时线速度 度随舵机摆 摆臂长度增 加而增大。摆臂的瞬 瞬时线速度大 大会导致转 转向系统灵 灵 敏度 度提高，这是 是我们最希 希望得到的。 。 同时，我 我们知道在 在转向时舵机 机摆臂的力 力传递搭到 到横拉杆，横 横拉杆的作 作用力大于 于 轮胎 胎阻力时才开 开始转向，小于或者 等于轮胎阻 阻力时不转 转向。开始转 转向后，横 横拉杆作用 力越 越大轮胎转的 的越快，也 也就是说转向 向响应速度 度越快。 而舵机力 力矩是恒定 定的，舵机摆 摆臂作用力 力与摆臂长 长度是成反比 比的，此长 长彼消。舵 舵 机摆 摆杆不能太长 长也不能太 太短，太短， 响应慢，太长，拉不 不动，响应 应也慢。 最合适的 的舵机摆臂 臂长度值， 可以通过转 转向系统四 四杆机构仿真 真结合实际 际测试来获 获 取。实际测试可 可以选用不 不同长度的舵 舵机摆臂装 装车后测试转 转向灵敏度 度。 获取最佳舵 舵机摆臂长 长度后，可 以对摆臂的 的外形做优 优化以达到减 减重、美观 观的效果。 图 3 3-15 为优化 化后的舵机摆 摆臂，选用 用 1mm 不锈钢板线切 切割成型。 不锈钢板有 有良好的刚 刚 度、韧性，为了 了减重将摆 摆臂中部切除 除一块。
飞思卡尔机械结构调整
第四届飞思卡尔机械报告第一章比赛细则1.1 智能竞赛车模的规定1）禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；2）禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机的传动比；3）禁止改造滚珠轴承；4）禁止改动舵机，但可以更改舵机输出轴上连接件；5）禁止改动驱动电机及电池，车模前进动力必须来源于车模本身直流电机及电池；6）为了安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等。
1.2 赛道的基本参数1）赛道路面用专用白色基板制作2）跑道分为普通赛道和窄道区两部分。
普通赛道宽度不小于60厘米，窄道区的宽度不小于45厘米；3）跑道表面为白色，黑色为引导线，黑线宽25mm；4）跑道最小曲率半径不小于50厘米。
5）赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路；6）在驶入窄道区和驶出窄道区时，赛道上有标志。
该标志距离窄道区25厘米。
标志如下图所示：在进入和驶离窄道区有两种标志：●黑色正三角形，位于赛道中心，边长25cm；●赛道凸起，颜色白色，厚度0.5cm，宽度3cm；第二章车模概述2.1 车体结构智能车竞赛所使用的车模是一款带有差速气器的后轮驱动模型赛车，它由大赛组委会统一提供如图所示。
其基本尺寸参数见下表要求赛车最终尺寸不得大于400mmX250mm。
模型车底盘采用的是登长双横臂式独立悬架，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距会发生较大变化，故车轮发生侧向滑移的可能性较大。
2.2 前轮定位2.2.1 主销后倾角主销向后倾斜，主销轴线与地面垂直线在赛车纵向平面内的夹角称为主销后倾角。
主销后倾角在车轮偏转后形成一回正力矩，阻碍车轮偏转，主销后倾角越大，车速愈高，车轮偏转后自动回正力越强，但回正力矩过大，将会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振，并使转向沉重，通常后倾角为1～3度。
可通过增加垫片的数量来增大主销后倾角，共有4片垫片，前2后2，后倾角为0；前1后3，后倾角为2～3度；前0后4，后倾角为4～6度。
机械结构优化设计概述..
4）必要时对数学模型进行规范化，以消除诸组成项间由于量 纲不同等原因导致的数量悬殊的影响。
© XUJI POWER 11/12/2019 v1.0
对于最优化问题一般可作如下分类：
（2）满应力准则法。该法认为充分发挥材料强度的潜力，可以算是结构优化的一个标 志，以杆件满应力作为优化设计的准则。这一方法在杆件系统如桁架的优化设计中 用得较多。在此基础上又发展了与射线步结合的齿行法以及框架等复杂结构的满应 力设计。
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3．数学规划法 将结构优化问题归纳为一个数学规划问题，然后用数学规划法来求解。结 构优化中常用的数学规划方法是非线性规划，有时也用线性规划，特殊情 况可能用到动态规划、几何规划、整数规划或随机规划等。
线性问题
最优化问题动静态态问问题题约无约无束约束约束问束题问题非线线非性性规线规性划划问题一n维维问问题题
还有其它的一些划分方法： 如按设计变量的性质分：连续变量、离散变量、整数变量
规划问题: 二次规划、几何规划、随机规划等。
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优化设计流程
机械优化设计应用实例
美国波音飞机公司对大型机翼用138个设计变量进行结构 优化，使重量减少了三分之一；大型运输舰用10个变量进行优 化设计，使成本降低约10%。
实践证明，最优化设计是保证产品具有优良的性能，减轻 自重或体积，降低产品成本的一种有效设计方法。同时也可使 设计者从大量繁琐和重复的计算工作中解脱出来，使之有更多 的精力从事创造性的设计，并大大提高设计效率。
智能车结构优化方案
智能车结构优化方案1. 引言智能车是基于人工智能和自动控制技术的交通工具，具备自主感知、决策和执行能力。
智能车结构的优化对于提高车辆的性能、降低能耗和提升安全性至关重要。
本文将针对智能车的结构进行优化方案的探讨。
2. 智能车结构的问题在智能车的结构中存在一些问题，如重量过大、能耗高、故障率高等。
这些问题不仅影响了智能车的性能，还限制了其在实际应用中的普及和推广。
2.1 重量过大智能车通常需要搭载大量的传感器、计算设备和电池，这些设备的重量会导致智能车整体结构的重量过大。
过重的结构会影响车辆的加速性能、制动性能和操控性能，同时还会增加能耗。
2.2 能耗高智能车的传感器和计算设备需要消耗大量的能量来进行工作。
在传统的智能车结构中，能量的供应通常是通过电池提供的。
由于能量有限，车辆运行时间受限，而且频繁充电也会增加使用成本。
2.3 故障率高智能车结构复杂，涉及到大量的电子和机械设备。
这些设备存在故障的风险，一旦发生故障可能导致整个车辆无法正常运行。
目前存在的问题主要有传感器故障、电池损坏、电路故障等。
3. 智能车结构优化方案为了解决智能车面临的问题，我们可以从以下几个方面对智能车结构进行优化。
3.1 使用轻质材料传统智能车结构多采用金属材料，而金属材料的密度相对较大，使得车辆整体结构过重。
我们可以考虑使用轻质材料，如碳纤维复合材料等，来替代传统的金属材料。
轻质材料相对较轻，可以降低整体结构的重量，从而提高车辆的性能和能耗。
3.2 优化能源管理系统智能车的能源管理系统对于提高能源利用率和降低能耗至关重要。
优化能源管理系统可以根据车辆的实时需求，智能地控制能源的供应和分配。
例如，可以根据车辆的运行状态和路况信息，智能地控制电池的放电速率，从而延长续航里程。
3.3 引入多传感器融合技术传感器故障是智能车结构中常见的问题之一，因此引入多传感器融合技术可以提高智能车的稳定性和可靠性。
多传感器融合技术可以通过将多种不同类型的传感器数据进行融合和处理，从而提高感知的准确性和鲁棒性。
智能车
产品形象（产品价格） 产品形象（产品包装） 产品形象（产品功能）
产品形象（产品质量）
产品形象（产品经济性） 产品形象（产品安全性） 产品形象（产品原材料优劣）
36.24
36.73 35.72 35.94
80.549
81.922 82.623 81.729
0.351
0.206* 0.374 0.365
0.184
0.164 0.288 0.241
0.661
0.668 0.658 0.659
*
Part 1
Part 2
Part 3
Part 4
认知的影响因素分析（基于因子）
信度分析
文化传承量表（a=0.601）
项已删除的 刻度均值
文化传承（产地风俗习惯）
文化传承（产地历史积淀） 文化传承（流传着许多生动的故事）
.199 .303 .420 .356
项已删除的 Cronbach's Alpha值
.737 .674 .631 .675
6.51 6.55 6.52 6.55
Part 1
Part 2
Part 3
Part 4
认知的影响因素分析（基于因子）
效度分析
修正前总量表的效度
取样足够度的Kaiser-Meyer-Olkin度量
调试
改造
比赛
1
理论基础 贝尔模型 集群品牌形象特点 相关文献资料
2
3
*
4
影响因素分析 样本特征分析 认知分析 因子分析 信效度分析……
SUGGESTION
Part 1
Part 2
Part 3
Part 4
总结
分析可知，产品形象、产品形象、区位环境以及文化传承是提升公众对品牌价值和辨识度 的重要因素。而产业形象统一、产品区位环境的凸显、产品形象的和文化传承的凝练和提 升需要通过建立区域品牌才能实现。
机械结构优化设计教学
【例2.1】直升机尾仓部分桁架结构的优化设计
如右图a,b桁架结构，在设计时要求其 总质量最小，但各杆受载时，对其单 元的应力i 、节点位移 yi 以及振动的
固有频率都应有限制。
分析：图示桁架结构共有108个杆单元， 28个节点（其中有4个固定），每个节 点考虑3个自由度，共有72个自由度， 用有限元方法计算yi 、 2、和 i 。当 取各杆横截面积 Ai 为设计变量时，相 应的计算公式是：
y 2
2 y
x 2
2 xy
xy
2 y
z 2
2 z
y 2
2 yz
yz
2 x
z 2
2 z
x 2
2 xz
xz
变形协调方程
不同平面内的正应变与剪应变之间的关系(3个）：
本章内容：
◆机械结构中的优化技术 ◆优化方法发展进程的简要回顾 ◆形状优化的发展趋势
结构的优化设计
广义角度
结构尺寸优化 结构形式优化 拓扑优化 布局优化
可靠性指标的优化 优化性能 材料性能的优化
动力性能的优化 控制结构优化
优化设计可看成是一个研究结构设计的理论和方法的问题
例如：处理静态问题
a: 结构分析的设计模型
变形协调方程
变形协调方程也称变形连续方程，或相容方程。描述六个应变分 量之间所存在的关系式。
同一平面内的正应变与剪应变之间的关系（3个）：
从几何方程中消去位移分量，第一式和第二式分别对y和 x求二 阶偏导数，然后相加可得
2 y
x2
2 x
y 2
2 (v xy x
u ) y
2 xy
xy
2 x
体积力 分布在物体体积中的力（如重力、离心力、惯性力等）都是体积力。它们在
(推荐)智能车机械部分调试精选PPT
（3〕具体策略
1.过弯之前刹车，入弯后就不要刹了， 以免减速过度。这时应该关闭电机
2.以目前车的构造看，前轮不太可能侧 滑〔因为是后驱的），因而前轮参数调 整的必要性也就不大了。保持平行即可
3.后轮随动转向？（......）梯形驱动？
4.曾经提到过的阿克曼角
要求：时刻保证3线共点是不可能的， 只要最大角与1/2角保证相交即可
过弯最好的方法莫过于飘移，这 是速度最快的一种。鉴于本车上 没有人乘坐，所以也不用考虑其 舒适性
但——关键是看能否实现
具体要求： 白板上画图说明 结论——转弯时不断变化打角
补充一点技术性问题： 可以建模分析，得出重心的理想位
置之后再直接动手组装吗？
否。 在实际汽车开发过程中，需要各种参数的辅助， 没有条件的时候，最现实的办法就是一点 点挪动，直至效果最佳为止 也许真正到了赛场上发现路况不大对劲〔例如太 滑〕而来不及再改，唯一的办法就是——增加配 重
造成翻车
1-1重心布置——专业篇
(1)重心靠后利于上坡时提高其抓地力，安全性更高 （2〕侧滑的关键因素就在于重心前后。当重心太靠 后的时候，甩尾的力度将会相当大，很容易滑出赛道。
***为了安全，重心靠后的车在过弯时都不能速度太大， 这成为了制约成绩的一个关键因素
综上所述，重心越低，越靠中间越好
（2〕控制算法——也许是理想中的
智能车结构浅谈
陈思佳
• 1.转向问题 • （1〕重心布置 • （2〕控制算法 • （3〕具体策略
2.抖动问题 （1〕固定装置 （2〕激振频率
1-1 重心布置——常识介绍
• （1〕重心高低——越低越 好
•
离心力的作用点就是
重心位置,轮胎与地面的接
机械结构分析与优化设计
5、优化结果：得出最优设计方 案，并进行验证和试验。
案例分析
以某轴为例，具体阐述如何运用机械结构分析与优化设计的方法和步骤。
1、问题描述
某轴是机械设备中的关键部件，其主要功能是传递动力和支撑旋转。由于转 速较高，轴在运行过程中会受到较大的力和弯矩作用，因此需要对其进行结构分 析和优化设计，以提高其承载能力和稳定性。
实施方案如下： 1、对现有轻型机械臂进行充分调研和分析，了解其优点和不足。 2、针对优化目标，制定详细的优化设计方案，包括改进的结构、选用的材 料、优化的控制算法等。
3、完成机械臂的初步设计和样品制作，进行实验验证和性能测试，评估优 化效果。
4、根据实验结果，对优化方案进行调整和改进，最终得到性能优良、稳定 性高的轻型机械臂产品。
2、建立数学模型
设计变量：轴的直径、长度、材 料等。
目标函数：降低轴的振动幅值， 提高其稳定性。
约束条件：轴的材料、制造工艺 等限制。
3、有限元分析
利用有限元软件对轴进行静力学和动力学分析，得到其应力分布、变形情况 和振动频率等性能指标。
4、优化算法选择
采用遗传算法对目标函数进行优化，在满足约束条件下寻找最优设计方案。
机械结构分析与优化设计
01 引言
03 案例分析
目录
02 方法与步骤 04 设计变量：轴的直径、
长度、材料等。
目录
05 约束条件：轴的材料、 制造工艺等限制。
07 总结
06 讨论与思考 08 参考内容
引言
机械结构是机械设备的重要组成部分，其性能和稳定性直接影响到机械设备 的整体性能和使用寿命。随着科学技术的发展，机械结构分析与优化设计越来越 受到人们的。本次演示将介绍机械结构分析与优化设计的基本方法和步骤，并通 过实际案例分析，探讨如何运用这些方法和步骤进行机械结构分析和优化设计。
第二章智能车机械结构调整与优化
第十二届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：华南理工大学队伍名称：华工冰魄队参赛队员：郑立楷黄理广杨少基黄迪臻带队教师：陈安邓晓燕目录关于技术报告和研究论文使用授权的说明................................................. 错误！未定义书签。
第一章系统设计方案说明. (4)1.1 系统设计要求 (5)1.2 系统总体方案设计 (5)第二章智能车机械结构调整与优化 (6)2.1 智能车整体 (6)2.2 前轮定位 (6)2.3舵机安装 (7)2.4 传感器安装 (7)2.5 编码器的安装 (7)第三章电路设计说明 (8)3.1 主板硬件设计方案 (8)3.1.1 电源管理模块 (8)3.1.2 电机驱动模块 (9)3.1.3 数模转换模块 (10)3.1.4 单片机及其他电路部分设计 (10)3.2 智能车传感器模块设计 (11)3.2.1 电感传感器的原理 (12)3.2.2 磁传感器信号处理电路 (12)第四章智能车软件控制模块 (15)4.1 控制系统整体 (15)4.1.1系统整体结构图 (15)4.1.2整体底层模块说明 (15)4.2.赛道偏移量计算与处理 (16)4.2.1电感值采集与处理 (16)4.2.2赛道识别 (16)4.3 电机与舵机控制 (16)4.3.1模糊控制算法简介 (16)4.3.2 基于模糊控制的速度与舵机控制 (16)4.3.3基于位置式pid的速度控制 (17)4.4 双车控制 (17)4.4.1 双车距离获取 (17)4.4.2双车距离控制 (18)4.4.3环形超车 (18)4.4.4十字超车 (18)第五章总结 (19)参考文献 (20)第一章系统设计方案说明本章主要简要地介绍智能车系统总体设计要求及方案，在后面的章节中将整个系统分为控制电路模块和控制算法两部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。
02机械优化设计第二章(哈工大—孙靖民)
海赛矩阵的正定性：
G(x) 正定----- x为全局极小值点的充分条件 G(x ) 负定----- x为全局极大值点的充分条件
21
2024年8月30日10时36分
6 3 1 例3 判定矩阵 G 3 2 0 是否正定？
1 0 4
f (x1, x2 ) f (x10, x20 )
f
' x1
(
x10
,
x20
)x1
f
' x2
(
x10
,
x20
)x2
1 2
f
'' x12
(
x10
,
x20
)x12
2
f
'' x1x2
(
x10
,
x20
)x1x2
f
'' x22
(
x10
,
x20
)x22
1 2
f
'' x12
(
x10
,
x20
)x12
解：因为 则
f X
x1
2x1 2x2
f X
x3
f X
x2
2x3 2x2
2x2
2 x1
2 x3
3
f X 2x1 2x2, 2x2 2x1 2x3 3, 2x3 2x2 T
又因为：
故Hesse阵为：
2 f x12
2,
2 f x22
2,
2 f 2, x1x2 2 f 2, x2x3
2 f 0 x1x3
6x1 4x2
机械结构设计与优化作业指导书
机械结构设计与优化作业指导书一、简介本作业指导书旨在帮助学生理解机械结构设计与优化的基本概念、方法和流程，并指导学生完成相关作业。
通过学习本指导书，学生将能够掌握机械结构设计与优化的各个环节，培养解决实际机械结构问题的能力。
二、机械结构设计与优化的基本概念1. 机械结构设计的概念与意义机械结构设计是指根据产品功能需求和工艺制造要求，通过合理的结构布局、材料选择和设计参数确定等，设计出满足要求的机械结构。
良好的机械结构设计能够提高产品的性能、降低成本、延长使用寿命等。
2. 机械结构优化的概念与意义机械结构优化是指在满足设计要求的前提下，通过调整设计参数、优化结构布局等手段，使得机械结构在性能、质量、成本等方面达到最优或接近最优的状态。
机械结构优化能够提高产品的可靠性、降低能耗、提高效率等。
三、机械结构设计与优化的流程1. 需求分析与规划根据产品功能要求、市场需求和用户反馈等信息，明确机械结构的设计目标和优化方向。
2. 结构设计初步方案基于需求分析结果，制定初步的机械结构设计方案，包括结构布局、零部件选型等。
3. 结构参数设计与优化根据初步设计方案，确定各个零部件的设计参数，并对参数进行优化，以达到性能最优化的目标。
4. 结构仿真与分析采用CAD等工具进行结构的三维建模，并进行仿真与分析，评估结构的强度、刚度、振动等性能。
5. 结构优化与改进根据仿真与分析结果，对结构进行优化和改进，进一步提高结构的性能和质量。
6. 结构制造与装配基于最终的设计方案，进行结构的制造和装配，确保结构的加工精度和装配质量。
7. 结构测试与验证对制造好的结构进行性能测试和验证，检验结构的设计与优化是否达到预期效果。
四、作业要求在完成本次作业时，请按照以下要求进行操作：1. 根据所学知识和实际情况，选择一个机械结构进行设计与优化，并明确设计目标和优化方向。
2. 进行结构的初步设计，并确定设计参数。
3. 利用相应的仿真与分析工具，进行结构的仿真与分析，评估结构的性能指标。
机械优化设计ppt课件第二章机械优化设计的数学基础
f(x)f(x(k))f(x(k))(xx(k))1f(x(k))(xx(k))2 2
f(x(k))f(x(k))x1f(x(k)) x2 2
二元函数f (x1，x2)的泰勒展开：
f(x1,x2)f(X(k))fx1(X(k))(x1x1(k))fx2(X(k))(x2x2(k))
1 2[fx12(X(k))(x1x1(k))22fx1x2(X(k))(x1x1(k))(x2x2(k))
f (X (k))
ds X (k ) min
df
f (X (k))
ds X (k ) max
精选课件ppt
11
所以，目标函数在某一点的最速下降方向为 负梯度方向
与负梯度方向成锐角的方向为目标函数 值的下降方向，成钝角的方向为目标函 数值的增加方向。
• 目标函数的梯度方向是目标函数等值线 （面）在同一点的法向矢量方向。
一个点集（或区域），如果连接其中任
意两点的线段都全部包含在该点集内，则 称该点集为凸集。否则，称为非凸集。
• 凸函数（见图2M10）
设函数f (X)定义域为凸集G，X(1)、X(2)
为凸集G上的任意两点，若函数f (X)在线段
X(1)X(2)上的函数值总小于或等于用f (X(1))及
f (X(2))作线性内插所得的值，则称函数f (X)
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• 目标函数的等值线（面）
• 可计算函数与等值面
给定一组设计变量的值，就对应一个确
定的目标函数值f(X)=C，具有这种性质的 函数叫可计算函数。反之，给定目标函数 f(X)的值C，即f(X)=C，那么将有无限多个 设计点X使该式成立，这些设计点在n维设 计空间中将组成一个点集，称之为等值曲 面（三维空间）或等值超曲面（n>3），通 称等值面。在二维平面中为等值线。若给
机械结构设计与优化
机械结构设计与优化第一章机械结构设计的基本概念机械结构设计是机械工程学中的一个重要分支，它是指在一定的技术要求和限制条件下，通过合理的设计和选用机械零件、元件等，使其满足一定的运动或工作要求，从而实现机械产品的设计和制造。
机械结构设计涉及到多方面的知识，包括机械设计原理、机械加工工艺、力学原理、材料力学等等。
在机械结构设计中，需要根据不同的要求和条件进行合理的选择和组合，并加以考虑材料、加工、装配、使用时的各种情况，以达到最优的设计和制造效果。
第二章机械结构设计的基本流程机械结构设计的基本流程包括需求调研、产品功能、工作条件、材料选择、设计方案、CAD绘图、多种工效计算、CAE分析、加工制造以及测试验收等。
这些流程是相互关联的，需要逐一进行。
需求调研是机械结构设计的起点。
需求调研的目的是确定机械产品的功能、工作条件和性能要求。
在需求分析过程中，需要考虑使用环境、使用寿命、制造成本、产品可靠性等方面的因素。
产品功能定义是机械结构设计的关键环节。
它需要准确地描述产品的功能特点和工作原理，从而为后续的设计提供明确的指导。
在材料选择中，需要考虑到强度、韧性、耐蚀性以及制造成本等多个因素。
根据设计要求和工作条件，选用合适的材料，可以在保证产品性能的同时有效控制制造成本。
设计方案根据产品功能和使用条件，通过运用机械设计原理、力学原理等知识，对材料、结构、工艺进行选择和组合，形成多种可行的设计方案。
CAD设计是机械结构设计重要的技术手段，它可以通过数学建模、三维模拟等手段，有效提高设计效率。
多种工效计算是机械结构设计时必不可少的环节。
通过计算可以有效预测机械零件的性能、寿命和稳定性，从而得到合理的设计方案。
CAE分析是一种计算机辅助的结构分析方法，能够为机械结构设计提供准确的分析结果和优化建议。
加工制造是机械结构设计的实施环节。
在加工制造中，需要根据设计图纸进行制造，保证产品的质量和性能。
同时，在加工制造过程中，需要进行严格的质量控制和过程管理，确保产品的一致性和稳定性。
智能车机械结构部分
关于机械结构的调试和传感器总结固定的总结机械结构设计一、影响车速的机械结构因素调试中发现，在车模过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。
为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。
前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系因此，前轮定位非常的关键，其作用如下作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。
由主销内倾、前轮定位安装位置由主销后倾决定前轮外倾前轮前束1、主销后倾：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。
由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
2、主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。
不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。
3、前轮外倾角：通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平的交线与地面垂线之间的夹角，称为前轮外倾角。
在组装是采用前轮外倾角为1度。
这样，一方面可以在汽车重载时减小或消除主销与衬套、轮胎与轴承等处的装配间隙，使车轮接近垂直路面滚动而滑动，同时减小转向阻力，使汽车转向轻便；另一方面还可防止由于路面对车轮垂直反作用力的轴向分力压向轮胎外端的轴承，减小轴承及其锁紧螺母的载荷，从而增加这些零件的使用寿命，提高汽车的安全性。
它对汽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。
所以事先将车轮校偏一个外八字角度，4前轮前束: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。
《机械优化设计》课件
成本最低、 利润最大、 效率最高、 能耗最低、 综合性能最好
f(x*)
0
x*
x
在规定的范围内（或条件下），
寻找给定函数取得的最大值（或最
小值）的条件。
………
绪论
1.2 优化设计 优化设计是使某项设计在规定的各种设计限制条件下，
优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。
1.3 传统设计与优化设计 传统设计：求得 可行解，人工计算。 优化设计：解得 最优解，计算机计算。
优化问题的数学模型是实际优化问题的数学抽象。在
明确设计变量、约束条件和目标函数之后，优化设计问
题可以表示成一般的数学形式。
求设计变量向量
使
且满足约束条件
或可写成miຫໍສະໝຸດ f ( X ) f (x1, x2, , xn )
s.t.
gu ( X ) gu (x1, x2, , xn ) 0 (u 1, 2, m) hk ( X ) hk (x1, x2, , xn ) 0 (u 1, 2, k)
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第二章 优化设计的数学基础
等值线的分布规律： 等值线越内层其函数值越小（对于求目标函数的极小化来说） 沿等值线密的方向，函数值变化快；沿等值线疏的方向，函数值变
没有“心”：例，线性函数的等值线是平行的，无“心”，认为 极值点在无穷远处。
多个“心”：不是单峰函数，每个极（小）值点只是局部极 （小）值点，必须通过比较各个极值点和“鞍点”（须正确判别） 的值，才能确定极（小）值点。
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优化设计概述
一 优化设计内涵 二 优化设计基本过程——人字架的 优化设计 三 优化设计问题的描述——数学模型
控制算法设计说明
第十三届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：盐城工学院队伍名称：三蹦子队参赛队员：陆扬王梓旭印乔丹带队教师：孟海涛周云龙关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第13届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和恩智浦半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名：带队教师签名：日期：引言随着电子科技的不断发展，越来越多的自动化设备开始进入到人们的生产生活中，嵌入式的迅猛发展为智能研究提供了更广阔的平台。
在工业生产、科学探索、救灾抢险、军事等方面，人工智能发挥着越来越重要的作用，在此背景下，智能控制策略变得尤为重要。
“恩智浦”杯全国大学生杯智能汽车竞赛是国家教学质量与教学改革工程资助项目，以恩智浦半导体公司生产的16、32位单片机为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应程序，制作一个能够自主识别道路的汽车模型。
因而该竞赛是涵盖了智能控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科的比赛，对学生的知识融合和实践能力的提高，具有良好的推动作用。
本文介绍了基于恩智浦公司S9KEAZ128AMLK微控制器的基于电磁场检测巡线智能车系统。
针对比赛的具体情况，我们建立了赛车、赛道和自主控制系统的基本模型，给出了理论分析、仿真计算、在线调试的基本开发方法，在比较各种算法的性能特点后，我们确定最终方案，并完成了智能车的制作和调试。
本系统以ARM-Cortex M0+系列微控制器KEA为核心，软件平台为IAR EWARM 开发环境，车模为组委会统一提供的F车模。
论文介绍了整个智能车系统的硬件和软件设计开发过程。
使用KEA作为主控芯片，用安装在车头的磁感应传感器来检测赛道信息，用光电编码器检测车模速度，用干簧管检测起跑线信息。
汽车机械制造的机械力学模型优化分析
汽车机械制造的机械力学模型优化分析1.引言汽车作为现代交通工具的重要代表，承载着人们的出行需求。
而汽车的机械力学模型则决定了汽车在行驶过程中的性能和稳定性。
因此，对汽车机械力学模型进行优化分析，对于提高汽车的性能和安全性具有重要意义。
本文将围绕汽车机械力学模型的优化分析展开讨论。
2.汽车机械力学模型的建立在进行机械力学模型优化分析之前，我们首先需要建立一个准确的汽车机械力学模型。
该模型应包含汽车各个部件的力学特性，如发动机、悬挂系统、制动系统等。
2.1 发动机部分发动机是汽车的动力源，其机械力学模型的优化对汽车的动力性能具有重要影响。
我们可以采用功率和扭矩曲线来描述发动机的工作特性，并结合实际数据进行建模。
2.2 悬挂系统部分悬挂系统在保证车辆平稳行驶的同时，也能影响到车辆的操控性能。
通过对汽车悬挂系统的力学特性进行建模，我们可以优化悬挂系统的刚度和阻尼参数，从而提升行驶的舒适性和稳定性。
2.3 制动系统部分制动系统对车辆的安全性起着至关重要的作用。
通过对制动系统的力学特性进行建模，我们可以优化制动盘和制动片之间的接触面积、摩擦系数等参数，从而提高制动效能和稳定性。
3.机械力学模型优化分析方法对于汽车机械力学模型的优化分析，我们可以采用以下几种方法：3.1 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的优化分析方法，它基于数学模型和计算机技术，通过对汽车机械力学模型进行数值求解，得到相应的优化结果。
例如，可以通过有限元分析对汽车结构进行强度和刚度的优化。
3.2 实验测试方法通过实际制造汽车样车，结合试验测试手段，对汽车机械力学模型进行实验验证和优化。
例如，可以通过车辆动力学测试和悬挂系统测试等手段，获取实际数据，并用于模型的优化分析。
3.3 优化算法方法优化算法方法是一种基于数学优化理论和计算机算法的分析方法。
通过建立目标函数和约束条件，采用优化算法进行搜索和优化。
例如，可以采用遗传算法、粒子群算法等对汽车机械力学模型进行优化设计。
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第十二届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：华南理工大学队伍名称：华工冰魄队参赛队员：郑立楷黄理广杨少基黄迪臻带队教师：陈安邓晓燕目录关于技术报告和研究论文使用授权的说明................................................... 错误!未定义书签。
第一章系统设计方案说明. (4)1.1 系统设计要求 (5)1.2 系统总体方案设计 (5)第二章智能车机械结构调整与优化 (6)2.1 智能车整体 (6)2.2 前轮定位 (6)2.3舵机安装 (7)2.4 传感器安装 (7)2.5 编码器的安装 (7)第三章电路设计说明 (8)3.1 主板硬件设计方案 (8)3.1.1 电源管理模块 (8)3.1.2 电机驱动模块 (9)3.1.3 数模转换模块 (10)3.1.4 单片机及其他电路部分设计 (10)3.2 智能车传感器模块设计 (11)3.2.1 电感传感器的原理 (12)3.2.2 磁传感器信号处理电路 (12)第四章智能车软件控制模块 (15)4.1 控制系统整体 (15)4.1.1系统整体结构图 (15)4.1.2整体底层模块说明 (15)4.2.赛道偏移量计算与处理 (16)4.2.1电感值采集与处理 (16)4.2.2赛道识别 (16)4.3 电机与舵机控制 (16)4.3.1模糊控制算法简介 (16)4.3.2 基于模糊控制的速度与舵机控制 (16)4.3.3基于位置式pid的速度控制 (17)4.4 双车控制 (17)4.4.1 双车距离获取 (17)4.4.2双车距离控制 (18)4.4.3环形超车 (18)4.4.4十字超车 (18)第五章总结 (19)参考文献 (20)第一章系统设计方案说明本章主要简要地介绍智能车系统总体设计要求及方案，在后面的章节中将整个系统分为控制电路模块和控制算法两部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。
1.1 系统设计要求根据竞赛规则相关规定，智能车系统采用大赛组委会统一提供的 B型车模，以飞思卡尔半导体公司生产的 32 位微控制器 K60 作为核心控制器，在 keil开发环境中进行软件开发。
要求赛车能够识别赛道中心的电磁线信号，并根据该信号完成循迹。
整个智能车控制系统要求尽可能稳定，快速，并具有较好的适应性。
1.2 系统总体方案设计根据系统的设计要求，大体可将系统分为以下几个模块：K60 最小系统模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块、舵机控制模块、辅助调试模块。
各模块的作用如下：1、K60 最小系统模块，作为整个智能车系统的控制中枢，将采集电感传感器、编码器、超声波等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服舵机完成对智能车的控制。
2、传感器模块，是智能车的获取赛道信息途径，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 K60 控制中枢做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。
3、电源模块，为整个智能车的硬件系统提供稳定合适的电源。
4、电机驱动模块，驱动直流电机按照控制中枢给出的控制信号进行加减速。
5、速度检测模块，反馈智能车两路后轮的实时转速，用于电机转速的闭环控制。
6、舵机控制模块，控制小车的左右转向。
7、调试模块主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。
第二章智能车机械结构调整与优化2.1 智能车整体2.2 前轮定位前轮的调整包括前轮主销后倾角，主销内倾角，前轮外倾角，前轮前束的调整。
在调试过程中，我们发现前轮定位对小车的转向影响很大。
主销后倾，是指将主销（即转向轴线）的上端略向后倾斜。
从汽车的侧面看去，主销轴线与通过前轮中心的垂线之间形成一个夹角，即主销后倾角。
主销后倾的作用是增加汽车直线行驶时的稳定性和在转向后使前轮自动回正。
主销后倾角越大，方向稳定性越好，自动回正作用也越强，但转向越沉重。
主销后倾角一般不超过3°。
B车模的主销后倾角不易调节，我们保持了车模原有的后倾角。
主销内倾，是指将主销（即转向轴线）的上端向内倾斜。
从汽车的前面看去，主销轴线与通过前轮中心的垂线之间形成一个夹角，即主销内倾角。
主销内倾的作用是使车轮转向后能及时自动回正和转向轻便。
对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主内倾角的大小，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°左右，不宜太大。
前轮外倾角，是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，对汽车的转向性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。
在汽车的横向平面内，轮胎呈“八”字型时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为正外倾。
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，导致轮联接件损坏。
所以事先将车轮校偏一个正外倾角度，一般这个角度约在1°左右。
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。
像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”或“负前束”。
2.3舵机安装参考往年的舵机安装方式我们发现舵机有立式安装和卧式安装两种，比较两种安装方式，我们可以发现力臂较短的连接方式优点是能够输出更大力矩，调节精度更高，但是不足的是反应速度不够快，而对于长的连接方式优点是反应速度快，但是调节精度低，输出力矩不足，所以综合考虑SD-5舵机输出力矩较大，速度较慢的特性我们决定立式安装舵机，最大限度地增加舵机的灵敏度，舵机安装如下图所示：2.4 传感器安装以工字电感为采集信号的传感器，需安装于车模前上方，有一定的前瞻用以预测赛道信息，并使车模结果紧凑、稳定，减轻重量，最终选用直径5mm的碳棒为基本构架，再利用3D打印件固定于车模底板上，做到在车子运行时，传感器不会出现抖动的现象，以保证得出电感值的可靠性，为了采集更精确的赛道信号，同时考虑到程序控制方面的便捷性，我们设计用六个电感传感器采集赛道信号。
三个横向电感，两个斜向电感，一个中间竖直电感。
而为了减轻车前重量使整车车身重心靠后，传感器的架设采用双杆结构。
2.5 编码器的安装速度传感器一般可以选择对射式光栅或光电编码器。
对射式光栅的重量轻，阻力小精度也高，然而光栅暴露在外界容易受到外界光线或粉尘等的影响，导致计数不准确；而光电编码器就不存在此类问题。
所以最后我们选择了光电编码器，该编码器线数为512线，可以达到很高的精度，符合我们的要求。
在安装编码器的时候要保证有合适的齿轮咬合。
咬合完美的原则是：两个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；传动部分要轻松、顺畅，容易转动。
判断齿轮传动是否调整好的一个依据是，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，咬合过紧，或者两齿轮轴不平行，电机负载加大。
调整好的齿轮传动噪音小，并且不会有碰撞类的杂音。
第三章电路设计说明3.1 主板硬件设计方案可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，将大电流的电机驱动部分与小电流的控制电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求。
3.1.1 电源管理模块本车模上存在4 种供电电压：（1）智能车使用镍镉充电电池，充满时电压在7.8～8.2V。
直接用于驱动电机以获得足够的驱动能力。
在电池输入的两端做好滤波处理，并联大容量极性电容和小电容滤除电源电压的低频及高频噪声，防止出现在电机加减速过程中，由于电机电流过大而使电池电压突变的情况出现。
模拟电路模块，数字电路模块，和舵机，MOS驱动模块分别通过0欧电阻单点接地，以隔离各个模块的信号。
（2）逻辑电路和编码器的供电使用直流5V，5V 电源选用线性稳压芯片LM2940。
（3）使用3.3V为单片机供电，采用线性稳压芯片AMS1117-3.3。
输入端接LM2940输出端。
（4）使用6.5V为舵机供电，采用线性稳压芯片LM2941。
该部分电路如图所示。
3.1.2 电机驱动模块电机驱动电路由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器组成，其功率元件由8 支N 沟道功率MOSFET 管组成，额定工作电流可以轻易达到100A 以上，大大提高了电动机的工作转矩和转速。
该驱动器主要由以下部分组成：PWM 信号输入接口、升压电路、上桥臂功率MOSFET 管栅极驱动电压泵升电路、功率MOSFET 管栅极驱动电路。
该部分原理图如图所示。
3.1.3 数模转换模块由于K60 的内部AD 比较精确，所以使用了单片机内部AD，简化了电路设计，考虑到我们所使用的传感器数量，引出8路AD(留两路备用)。
其接线方法如图所示。
3.1.4 单片机及其他电路部分设计核心控制单元：K60（主频150MHz，FlashRom512KB，具备SPI，SCI，IIC，FTM 等常用接口）测速模块：在电机前方架编码器，当电机转动时带动编码器转动，由此获取速度信息。
用编码器测速较光栅片测速精度更高。
测速模块供给主板的信号要经过整波，使用上拉电阻提高其峰值电压。
该部分电路原理图：。
人机交互：增加五向开关，拨档开关用于输入参数，策略调整，加入液晶屏显示小车状态便于调试。
蜂鸣器，led指示灯用于提示小车运行状态，蓝牙模块用于实时回传小车运行过程中的各种状态。
该部分整体电路如图所示。
3.2 智能车传感器模块设计根据竞赛组委会的相关规定，电磁组的智能车是基于100mA 的交变电流产生的电磁场上，由于赛道是通有20KHz 交变电流的导线，因此需要通过检测导线周围所产生的电磁场确定道路与小车的相对位置。
3.2.1 电感传感器的原理根据电磁学，我们知道在导线中通入变化的电流（如按正弦规律变化的电流），则导线周围会产生变化的磁场，且磁场与电流的变化规律具有一致性。
如果在此磁场中置一由线圈组成的电感，则该电感上会产生感应电动势，且该感应电动势的大小和通过线圈回路的磁通量的变化率成正比。
由于在导线周围不同位置，磁感应强度的大小和方向不同，所以不同位置上的电感产生的感应电动势也应该是不同。
据此，则可以确定电感的大致位置。
3.2.2 磁传感器信号处理电路确定使用电感作为检测导线的传感器，但是其感应信号较微弱，且混有杂波，所以要进行信号处理。
要进行以下三个步骤才能得到较为理想的信号：信号的滤波，信号的放大，信号的检波。