从新规则看智能车大赛新方向

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     从2006年开始举办的全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛以其独特的比赛规则,公平的比赛环境以及极富观赏性的比赛形式,受到越来越多大学生的青睐,以第六届比赛为例,整个竞赛从校内赛到分区预决赛再到全国总决赛,每年参赛的学生已经突破万人,有些学校仅校内赛参赛的队伍就超过100支。

     在竞速赛这个基本前提不改动的情况下,几年比赛下来,自然会遇到一些比较明显的问题。其中最重要的一点就是车模竞赛经过前几届的探索之后,很多学校已经形成一套完整的车模开发设计理论体系,部分前几届实力比较强和比较重视的高校,随后几届参赛的车模都是继承了之前的一些经验,在此基础上进行改进。这就让车模竞赛对学生能力的锻炼大打折扣,同时,如果没有太大的竞赛规则变化,让新加入的学校和同学不能在一个相对公平的起点比赛。

  为了能够让大赛在比赛形式上更有观赏性,在锻炼学生能力方面更有意义,大赛组委会也一直在尝试将不同的元素融入其中,并且尽量让比赛能够充满活力。从早期的连续跑两圈取最好成绩,到后来跑完取最好成绩,比赛规则的一些微调其实从一个侧面影响着同学们的一些设计思路,但这些并不是对车模竞赛比较革命性的变革。

  电磁组的变革

  2010年第五届智能车竞赛新增加了电磁组的竞赛单元,参赛者需要用电磁器件代替传统的光电和CCD,通过磁感应来进行赛道信息的获取渠道,以此控制智能车在赛道上行驶,而这个组别的竞赛成绩也充分反映出新规则出台后的“城头变幻大王旗”。当时加入电磁组竞赛的出发点是为了提高对本科生的模拟电子技术的考察,从两届比赛的结果看,电磁组经过两年众多学生的深入研究,已经在比赛成绩上不逊色于其他两组,在2011年飞思卡尔技术论坛的展示赛上,广东技术师范学院的电磁组赛车就已经超过同一年的光电组冠军的赛车;而2011年全国总决赛上,电磁组的冠军成绩是三个组别中所有赛车里排在第二位的。 

 

     而到了2012年的大赛,电磁组又将遭遇全新的变化,一个很明显的特点就是,电磁组将变得更好玩,更具挑战性。为何这么说,因为组委会要求,参加电磁组的赛车必须两轮着地,也就是要立起来跑,通过在赛车中增加陀螺仪和传感器,从而保持赛车的平衡。因为电磁组需要电磁传感器感应磁导线来导航,在磁导线依然为一根中间线且埋于赛道下的前提不变时,电磁传感器必须保证一定尺寸同时与赛道之间的距离不可能太大,从而尽量保证判断的灵敏性,这就要求赛车必须具有一定的长度。可以说,这一改变就不仅考验竞速,更要考验同学们对赛车速度和平衡性的综合考虑,从考察内容上无疑增加了同学们学习内容的广度,再次改变了传统赛车的设计思路,需要重新开始一个不同的赛车结构设计。也许到了今年7月份的分区决赛之际,我们就可以看到这些站起来跑的电磁组赛车的风采了。


赛道的焕然一新

      赛道是智能车竞赛的基础,也是最直接的增加竞赛难度的一种形式。对比过去几年智能车竞赛的赛道变化,赛道的难度不断增加,具体表现在决赛赛道的转弯数量增多,曲率变大,增加了交叉、坡度以及虚线判决、快速弯道曲率变化等(图1 2006和2011年赛道的对比,图1a是2006年首届赛道)。

     以去年的比赛赛道变化为例,最明显的是一个发卡弯,这个弯道最特别之处在于,虽然存在于一个下坡道后的直道尽头,但并不是直接直道接发卡弯,而是直道之后先是一个右弯,然后紧跟一个左发卡弯,这种组合非常考验赛车在高速运行中的判决能力和控制力(图2),过弯的速度掌握要求很高才能既不损失时间,又不冲出赛道。另外一个比较特别的就是连续的S弯道,以往的小S弯是单独出现,这样赛车提前捕获信息后,经过计算可以直冲,但是今年的小S弯之后紧跟大S弯,让赛车必须根据S弯的曲率进行快速调整,增加难度的同时让赛车直冲小S弯的危险更大(图3)。可以说这两处赛道的曲率变化都非常快,让赛车在搜集信息和判决的过程必须设计得更为优化,才能顺利通过。而对于去年新加入的虚线判决,因为几乎所有赛车都不是采用单点扫描而是多点捕获,因此虚线的存在并不会造成实质性威胁。不过,赛道的变化作用是立竿见影的,去年的比赛结果是7所高校分享了9个特等奖名额,而且多个高校首次染指特等奖。

  


     今年的赛道变化会更明显,其中最关键的一点是判决线不再是一条而是两条,分居于赛道两侧,赛道的宽度也从50cm缩减至45cm。两条判决线的出现,让智能车必须有两个采集的传感器/摄像头,这对新一届的比赛将产生实质性的影响,一方面是两个采集单元获取的数据要在处理单元进行不同的分析与共同判决,从而决定赛车的下一步动作,另一个就是通过两个不同的采集单元的信息,进行距离的判断,从而尽量控制赛车在中间行驶而不要冲出赛道。还有一个笔者想到的挑战是,双向判决对赛车的稳定性提出更高的要求,因为如果赛车很接近一侧的赛道边沿,就会让某一边的判决可能出现故障,对整个赛车的判决产生本质的影响,这就要求赛车要尽可能保证平稳,可能减慢一些速度。这一改变的发生,可以说是今年智能车竞赛最大的看点,也是智能车走向真正智能一个重要的演变。我们知道,在路上行驶的车辆,不可能去判决中间的一条线行驶,而更多的是判断车两边的车道线,所以,这一改变无疑让智能车具备了一定在路上行驶的雏形,更贴近未来设想的智能车的一部分需求。我们还希望的是,在飞思卡尔技术论坛的智能车竞赛中出现的这种减速带的赛道,是否能出现在我们的智能车竞赛的赛场(图4)。

  另一个角度看,由于增加了一个数据采集单元,设计需要重新定义,也从客观上让今年参赛的同学相对站在一个公平的起跑线,而今年可以允许32位的MCU加入竞速赛,无疑也给人无限的期待,传统的竞速赛其实8位、16位并不比32位逊色多少,但这一赛道的变化,无疑给了32位更好的发展空间,让比赛充满悬念。

  其他看点

  创意赛的加入,改变了智能车竞赛单纯竞速的历史,从设立之初的抗震救灾到去年的智能交通管理,再到2012年提出的智能停车的主题,逐步贴近生活的主题也让智能车竞赛有了全新的亮点。创意赛由于每年主题不同,因此,其实每年参加的比赛车辆都是需要全新设计的,因此对组委会而言,创意赛的命题才是关键,怎样能够通过命题设计而考察于竞速赛完全不同的主题,是创意赛命题最根本的出发点。从前两届创意赛的比赛过程看,其中一个特别的感受是,创意赛的赛车比竞速赛的要更智能。

  今年的比赛,秘书处透露还有一个全新的设想,就是在比赛中增加追逐赛环节,让比赛更有观赏性,因为竞速追逐不仅考验速度,更可能会通过竞速追逐的环节考察赛车的稳定性和长距离的耐力,这也可能让最终想获得特等奖的选手的车辆不仅要能跑得快,还要能跑得稳跑得久,让真正设计得最好的赛车成为最终真正的赢家。竞速赛的引入,一方面让比赛可以接近真实中的赛车竞技,另一方面激发同学们的竞争热情,让现场的观赛感受更紧张激烈,同时还能避免一定的偶然性的存在。

  七月中旬开始,全国有421所高校的1963支队伍将陆续踏上2012年全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛分区预决赛的赛场,角逐8月下旬南京总决赛的参赛资格,届时,新规则带来的新变化又有哪些,我们将拭目以待!

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/134980.htm

2018年8月31日 16:35
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