在智能车竞赛竞速组中，节能组要求车模自行设计，并且不允许采用普通车轮运行，所以这个组别在车模整体方案百花齐放。本文对比分析了第十四届智能车竞赛节能组全国总决赛排名前三支队伍的设计方案特点。为将来参赛同学提供思路。
能组排名前三名队伍以及比赛成绩
【1】车模基本情况
节能组的节能性能很大部分来自于车模机械设计方面。下面对比了车模的机械结构和节能策略。
（1）太原工业学院：
基本尺寸：长：290mm，宽：220mm；高145mm；重量317克；大小车轮轴距：42mm;
基本配置：传感器：10mH电感×5；干簧管×2；MPU6050陀螺仪×1；夏普红外测距模块×1；OLED×1；MCU：KEAZ128×1，储能电容：3.6F。车模匀速行驶电流：1300mA
节能策略：选择了相对稳妥的履带方案，节能车最主要就是节约能量,所以关键就是要轻,我们采用ABS材料通过 3D打印制作各部分打印件,然后使用碳杆连接起来,节省了很多不必要的连接件,减少了重量,同时在轻的基础上也保证了底盘足够牢固。
（2）北京科技大学
基本尺寸：长：290mm，宽：230mm；高137mm；重量：360g。
基本配置：传感器：10mH电感×4；干簧管×2；MPU6050陀螺仪×1； 夏普红外测距模块GP2Y0A02YK0F×1；OLED×1；
MCU：MK60DN512×1
节能策略：针对车模能耗方面，程序方面有所作为的并不多，其应主要从车模重量、车模形状以及硬件简易程度来大幅度降低车模能耗。尽可能地减少车模重量，优化车模形状，完善接受装置，简化硬件主板，这样在一定程度上可以将能量利用率最大化。从而提高车模的综合性能。
（3）华中科技大学
基本尺寸：长：290mm，宽：220mm；高180mm；重量：420g
基本配置：传感器：10mH电感×5；干簧管×8；MPU6050陀螺仪×1； 夏普红外测距模块×2；MCU：MK60DN512×1
节能策略：车模履带采用了自行设计，使用塑料自行铸造，提高车模机械运行效率。
【2】电能接收和转换方案
提高车模电能的接收和应用效率，是达到节能效果的重要方面。由于受到发射功率限制，因此提高节能效率非常关键。
（1）太原工业学院：
充电策略是直接将无线电能接收线圈串联谐振高频电容，经过倍压整流之后，直接连接储能电容进行充电。在比赛中如果充电功率超过发射功率，通过适当改变谐振电容，或者接收线圈的外形尺寸使得谐振频率偏离发射频率，从而使得充电功率落在发射限制功率之内。
智能车其他各个模块能量来自于法拉电容电能经过开关BUCK电路产生。节能组采用超级电容放电，根据电容的放点特性：放电成非线性，放电前期较快，而后期较慢，且最终可放电至一个较低的电压。为了使小车正常工作，需要将电容输入的电压转化为5V的电压，这就要求稳压芯片具有较宽的输入范围，且输出电流足以提供系统所需。
TPS63070可以提供较大的稳压电流，具有较好的稳压性能,且纹波电压较小。设计为采用单路TPS63070分别对外设电路及主核心进行5V供电。
TPS63070分别对外设电路及主核心进行5V供电
驱动电路采用的12V升压电路给驱动芯片供电，使用集成线性升压模块B0512,该模块的优点是外部电路简单 ，节省空间。
驱动电路12V升压电路
电机驱动采用IR2104S+IR7843组成的电流桥进行驱动。
（2）北京科技大学
采用铜箔缠绕制成空心线圈，部署于模型车周围。通过对比赛规则的解读，无线充电的时间对比赛时间具有非常重要的影响。在对不同匝数、不同大小，不同高度的线圈充电的效率对比后，结合车身结构，最终决定采用如下形状铜箔绕制两圈 作为无线充电的接收线圈。
通过C与接收线圈匹配成谐振回路，后用SK1010完成全波整流，接入到电容两端，最终完成充电功能。
无线电能接受和充电电路
电路中其他各级低压电源都采用A)Z1282C1进行BUCK降压产生。
各级低压电压电路
用两片IR2184及四个MOSFET组成全桥的电机驱动电路，并且采用单极性的控制模式，PWM的占空比在0%之时电机速度为零，0~100%控制转速，H_D信号控制转向。
电机驱动电路
（3）华中科技大学
充电线圈电磁感应电压通过LC谐振获得空载的感应电压峰峰值为40V左右。t通过简单的倍压整流的方式，最后再通过BUCK变换电路控制充电速率。通过BUCK控制充电速率的原理可以参见推文“只因胸怀贪婪所以不厌其烦”。
电源充电模块（BUCK变换电路）
驱动上面电源MOSFET的驱动芯片使用EG2104，它需要12V的供电。这部分的控制电压是由TPS54360开关降压芯片进行转换获得。
12V 稳压电路
为了提高电机驱动效率，电路采用了低导通电阻MOS管IRBF3607组成的H桥电路，提高驱动电压可以降低MOS的导通电路。采用IR2401驱动H桥电路。在IR2401之前采用了与门和非门将单路PWM信号进行逻辑转换。
电机控制信号逻辑转换电路
电机驱动H桥电路
【3】特殊路段处理
（1）太原工业学院：
对于赛道元素检测的主要方案：
1.赛道检测：采用电感电容形成的谐振回路来采集模拟量。
2.调试手段：键盘显示、山外上位机观测、软件开发平台。
3.车速控制：全车电机开环控制，通过采集电容组电压，根据电压控制。
4.环岛检测：采用电感值在环岛递变规律进行分析设计。
5.坡道检测：电感值在坡道不同位置发生变化的特殊性。
6.十字弯道：根据十字处水平电感和竖直电感的不同变化，进行标定。
7.横断路障：使用夏普红外进行距离检测，抵达一定距离时绕过横断。
8.断路检测：由于断路处贴有电磁线所以不需要特殊处理。
9.停车检测：干簧管检测磁铁。
赛道中的环岛
处理环岛方法主要基于电感排布方式，所以不一定普遍适用。我们采用的电感排布是"三横两竖"。由于环岛铺设是有一个点或一段距离是电磁线重叠的，这个区域的电感值会明显区别于别的地方，根据这一特征我们将其判断为环岛。之后再通过竖直电感和水平电感的偏差拟合出一个新的偏差，以此进环。最后需要对出环进行处理，防止一个环岛绕几圈而耗能。
（2）北京科技大学
由于整体滚动车会产生俯仰，在运行过程中需加入直立控制；通过对陀螺仪采集回来的角速度和加速度计的加速度值进行滤波得到一个较为准确的角度值，然后与设定的中值比较得到姿态控制量，从而保证小车在运行过程中传感器的角度维持在设定值附近。同时由于整体滚动车型重心本身就位于轴下，而且节能组电机力矩较小，直立控制比较微弱即可，无需以直立车模的标准来控制。
（3）华中科技大学
使用夏普红外测距模块检测路障。当确认路障距离50厘米之后，让小车打一个固定的角度。
为了能够精确控制车模转过的角度，使用MPU6050陀螺测量转向角度进行反馈，并通过编码器记录前进的距离。这样便可以精确控制车模绕路的轨迹。
【4】特殊设计之处
（1）太原工业学院：
先后试过某宝现成的履带但是带动尤其吃力，而且由于买来的履带有固定搭配的齿轮，所以传动方式很受限，之后我们又试过各种现成的履带，发现各种受限制，所以最终选择自制履带。
自制的履带相对更轻一点，相比于现成的，我们无非是改动了其传动：我们主要采用了组合式履带传动方式，并采用自己设计并打印的部件，这样一来质量可能并没有太大的保证，但是可试的方案更多、可以筛选出最适合我们的一种方案，并在之后的各种调整中逐步稳固质量的可靠性，最终方案的履带相比买来的较轻一些、传动也相比之前损耗更少。
（2）北京科技大学
滚筒的质量和转动惯量对车身俯仰控制与转向控制联系密切，所以滚筒要尽可能的轻量化，同时还需要满足车运行时滚筒变形量小的条件。轻量化与强度之间是相互矛盾的。做到很轻同时强度又满足需求，是滚筒的设计目标。为实现这一目标，我们使用了强度比传统树脂更高，密度更小的高性能尼龙作为3D打印材料，由“未来工场”代加工确保精度。
在结构上，我们的思路是3D打印件只作为骨架提供支撑，筒的部分由PVC膜覆盖在3D打印件的骨架上，同时在两侧开槽将“轮胎”嵌入，这样就能保证筒的50%部分被遮盖，同时，“轮胎”部分凸起不超过2mm。通过建模软件SolidWorks将模型建出，我们能够提前知道滚筒的预估质量与转动惯量，通过SimulationXpress对模型加上滚筒运行时的载荷，模拟出形变与各点应力，来确保强度符合要求。通过多次的修改验证后，我们最终确定出滚筒的定板模型。
（3）华中科技大学
为了减少履带摩擦力所造成的功耗，使用磨具定型，使用橡胶材料浇筑成型履带。
【4】参赛感言
（1）太原工业学院：
在工作室一年的经历，总结起来就是四个字"苦中作乐"，调车的过程确实是困难重重、苦不堪言，甚至有时候为了一个问题而彻夜难眠，但是在如此困苦中我们仍不放弃，支撑我们做下去的是作为团队一份子的荣誉感以及我们在调车时看见车子一点一点进步、逐渐有了"智能车模样"的欣喜、愉悦。
今年是我们工作室第五年参赛，也是第二次参赛节能组，节能组本身就是个极具挑战性的组别，而且今年规定不允许使用传统轮子支撑运行无疑加大了这个挑战的难度，但是，挑战存在的同时无疑是多了更多的乐趣性。在这个困难与欢乐共存的组别背后是我们队员的"绞尽脑汁"与 "日夜兼程"。或许我们的能力并没有达到高度水准，但是一分耕耘一分收获，我相信这些努力是值得的。
（2）北京科技大学
在这几个月的备战中，在场地、经费方面都的到了学校和学院的大力支持，在此特别感谢一直支持和关注智能车比赛的学校和学院领导以及各位老师。同时也感谢比赛组委会能组织这样一项很有意义的比赛。
现在，面对即将到来的全国总决赛，在历时近五个月的充分准备之后，我们有信心在比赛中取得优异成绩。也许我们的知识还不够丰富，考虑问题也不够全面，但是这份技术报告作为我们五个月辛勤汗水来的结晶，凝聚着我们小组每个人的心血和智慧，随着它的诞生，这份经验将永伴我们一生，成为我们最珍贵的回忆。
（3）华中科技大学
在过去的九个月准备时间里，我们小组的成员设计电路，组装机械，编写代码，一步一个脚印地走在备赛的道路上，最终顺利地完成了机械、电路、程序等方面的工作。在这个过程中，队员们互帮互助，攻克了一道道难关，提高了大家的综合能力，锻炼了大家的心态以及抗压能力，对未来的学习生活都有很大的意义。
从刚开始选题时的迷茫，到临近比赛时的自信，这中间离不开队员们的齐心协力，更离不开的是一个团结奋进，通力合作的团队。本队的车模不仅仅是本人努力的结晶，其中也包含了他人的汗水与智慧。
