智能车科普

摘要：智能车组成，陀螺仪、编码器等介绍，智能汽车发展，小米SU7智能化体现

引言：在全国数百所高校的支持下，全国大学生智能汽车竞赛从2006年第一届举办至今已有18个年头，该赛以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为指导思想，是一项面向全国大学生开展的具有探索性的工程实践活动，本文重点科普的智能车就是这场隆重赛事的“运动员”。

智能汽车是指通过计算机、通讯等技术实现自动控制和智能化管理的新型汽车，赛事的智能车最长也不过一米，最宽也不到半米，虽不如道路上飞驰的汽车那般尺寸大，却也五脏俱全，主要组成结构是差不多的。

智能汽车组成主要包括：

传感器（用于采集车辆和周围环境相关数据），智能车中的传感器包括摄像头、编码器（将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，主要用于测量车速）、测距模块，陀螺仪等；

执行器(进行决策和行动的执行），智能车中的执行器包括电机驱动模块（可通过信号控制电机正反转、占空比大小变化，从而实现车前进后退，加速减速），舵机（一种伺服电机系统，主要控制智能车转向）等；

处理器（处理传感器的数据，实现智能车分析和规划），智能车中的处理器主要是由NXP、Infineon、STC三家公司提供；

存储设备（存储对车辆控制和管理所必需的信息），智能车中的存储器包括flash（一种电可擦除可编程只读存储器的形式）等；

通信网络模块（用于实现车辆之间、车辆和互联网那个之间的即时数据交换和互联互通），在智能车中主要有蓝牙模块（一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯）、无线串口模块（UART接口半双工无线传输模块）等；

显示屏和人机交互设备（提供车辆和环境相关信息，包括车速、导航、多媒体等），在智能车中体现有OLED模块（OLED显示屏+PCB+铁框构成）等；

动力系统（包括发动机、电池等传统动力部件及电动机、电子控制器等电动驱动部件，用于驱动汽车的运行），智能车中包括直流电机、车轮等。

现在对智能车组成中某些部件进行一些详细介绍，如陀螺仪、编码器等。

陀螺仪：简称陀螺，又称角速度传感器，用于测量、控制物体在相对惯性空间中角运动的惯检测性器件，用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角速度检测装置，简要说是角速度检测装置。

绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺。通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。

1850年法国物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中地的转子（rotor），由于具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。

陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒且保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。

陀螺仪的工作原理：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。

陀螺仪看似高大上，其实就在我们身边。例如手机中的微机电陀螺仪（MEMS），体现功能有左右倾斜手机，实现浏览页面的左右移动或者页面的放大或缩小；拍照时的图像稳定，防止手的抖动对拍照质量的影响。在按下快门时，记录手的抖动动作，将手的抖动反馈给图像处理器，可以抓到更清晰稳定的图片。

编码器：将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

增量式编码器：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号，通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转（因为A,B相之间有错位，顺时针如果是B相先检测到，那逆时针旋转就是A相先检测到，从而区分旋转方向）；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲，可以起到复位作用。

绝对值式编码器：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。绝对值编码器的输出可直接反映360°范围内的绝对角度。

智能车可以说是当今越来越火热的智能驾驶汽车的简略版。

根据《2023中国智能汽车发展趋势洞察》报告，至2025年，智能网联汽车产业规模将突破5000亿，具备L2辅助驾驶及以上自动驾驶能力的车型销售将突破千万级，渗透率将跃迁至42.9%，与2021相比实现翻倍。汽车实现完全自动驾驶，虽然全面落地还有一段距离，但辅助驾驶却已经开始快速渗透至市场当中。

技术发展方面，在《中国制造2025》中曾明确提出，到2025年，掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术，建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群，基本完成汽车产业转型升级。

无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。可喜的是，智能汽车已从设想走向实践。随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采。

所以，智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统，主要是智能公路的条件还不具备，而在技术上已经可以解决。在智能汽车的目标实现之前，实际上已经出现许多辅助驾驶系统，已经广泛应用在汽车上，如智能雨刷，可以自动感应雨水及雨量，自动开启和停止；自动前照灯，在黄昏光线不足时可以自动打开；智能空调，通过检测人皮肤的温度来控制空调风量和温度；智能悬架，也称主动悬架，自动根据路面情况来控制悬架行程，减少颠簸；防打瞌睡系统，用监测驾驶员的眨眼情况，来确定是否很疲劳，必要时停车报警……计算机技术的广泛应用，为汽车的智能化提供了广阔的前景。

最近新发布便受到大量关注的小米SU7，便是智能汽车的典型代表。SU7的智能化体现可包括智能互联、智能驾驶，智能座舱等。

智能互联例如：可以实现手机和汽车之间的互联，还兼容苹果，实现了跨品牌，跨平台，提升了用户体验；另外，小米SU7还可实现车与智能家居的连接，通过语音远程控制家居，为回家创造舒适环境；

智能驾驶例如：自适应巡航、自动泊车、碰撞检测等；

智能座舱例如：通过语音控制实现车内功能选择，智能空调等。

结论与展望：智能车功能不像智能汽车功能那么丰富强大，却也使我们能够了解到智能的方向，不同的组别实现不同的功能，凑在一起组成智能汽车庞大的功能群。从智能车到智能车，由浅入深，简单到复杂，功能更丰富。随着科技水平发展，智能车功能将会更加强大，未来智能化水平将更上一层！

参赛人员：张浩扬 20210407

李宏鹏 20210525