
一提起智能车,很多人就会想起好莱坞大片中那种不需要人为操控就能自主识别道路前行,又能躲避各种障碍危险、炫酷地穿行于大街小巷的智能汽车。其实,在我们身边,也有同学造出了全方位智能车,在赛场上带给我们震撼与激动。近日,我们采访了第十三届全国大学生 “恩智浦”杯智能汽车竞赛山东赛区一等奖团队———“匚溪D”队,聆听团队成员我校电气工程学院2016级电气工程及自动化专业本科4班学生黄睿、王立鑫与智能车的“独家记忆”。
天道酬勤 载誉而归
过弯,冲刺,漂亮的刹车……这些提前设定好程序的智能车上演着别样的“速度与激情”。7月30日,第十三届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛山东赛区选拔赛在山东师范大学长清校区拉开帷幕,全省57所高校的341支队伍齐聚一堂,共同见证和挑战大学生智能车“新速度”。一辆辆智能汽车在大家的屏息中奋勇向前,我校黄睿和王立鑫设计的智能车也不甘落后,如离弦之箭冲出起点,顺利通过弯道、坡道、障碍,以第2名的成绩圆满完成了初赛赛程,成功进入决赛。
就在比赛开始的前一刻,他们还在对智能车做着最后调试,力求让车子达到最佳状态。原来,在比赛前一天进行场地适应时,他们发现了一个非常棘手的问题———比赛场地的灯光比智能车实验室的灯光暗了许多。“智能车在行驶过程中,对于弯道和赛道上的各种障碍主要依靠作为‘眼睛’的摄像头进行识别,然后进行数据分析运算决定如何前进,而摄像头所处环境的明暗程度影响着它的识别能力,进而影响智能车的速度。”黄睿解释道。他们被这一发现惊出了一身冷汗,因为他们在设计智能车时,摄像头的信息捕获是根据实验室较为明亮的灯光设计的,这就导致智能车对较暗光线下的赛道信息识别非常不灵敏,好比由“在白天走路”变成了“在晚上走路”。心急如焚的两人立刻投入到算法改进过程中,但无论心中多么着急都只能小心对待手中的每一个零件,因为智能车的各部分环环相扣,可谓牵一发而动全身,一不小心就可能造成智能车瘫痪。比赛迫在眉睫,时间紧、任务重,他们迎难而上,以雷厉风行的作风和专业规范的行动,对智能车进行了一系列微调。很快,智能车摄像头的识别问题有了很大改观。这不,直到比赛前一刻,他们还放心不下临时调整的智能车,生怕再出现纰漏,对包括摄像头灵敏度、轮胎摩擦力、提示灯接触情况等细节又认真仔细检查了一遍。
首战告捷,极大地鼓舞了黄睿和王立鑫的信心,他们的斗志更加昂扬了。但是,赛场上向来风云突变,不到最后时刻,一切都是未知数。决赛中,他们抽到了难度系数相对较高的赛道,再加上新调试的智能车状态不够稳定,未能继续初赛时的辉煌,但也取得了前十名的好成绩,喜获一等奖。对此,他们说:“由于大赛经验不足,遗憾地与国赛失之交臂,但是我们也通过比赛积累了很多经验,这是之前从未经历过的。”
勤业慎思 笃学前行
虽然汽车模型在赛道上展示的时间只有短短的几十秒,但是在这背后,承载了指导老师、黄睿和王立鑫的无数汗水。没有人能够随便成功,“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”,用这句诗来形容他们再合适不过。黄睿和王立鑫在加入智能车实验室之前是对智能车一无所知的 “菜鸟”,只是在一次讲座中听到老师提及智能车实验室。“当时觉得这个太神奇了,太不可思议了,从来没有想过有一天,自己也可以制造出这样的小车。”他们激动地说。
智能汽车竞赛的智能汽车系统采用指定的车模套件为载体,能够实现迅速判断路径、控制舵机和驱动电机,以达到在指定赛道上自主高速平稳前进的目的。智能车要想跑得更快更稳,必须有一个良好的机械结构,要求轮胎抓地力要好、后轮差速要合适。这听起来很简单,其中却涉及到单片机、C语言编程、硬件电路设计、PID算法等诸多课堂上尚未学到的知识。于是,他们开始了夜以继日的学习,一边向老师了解智能车的大致情况,一边认真查阅实验室里学长留下的资料,并虚心向他们请教。“智能车的设计需要大量的时间、深厚的知识积累、充足的精力和非凡的毅力,这些他们都做到了。”指导老师李思光评价道。电路板是他们首先要解决的第一个难题,他们先是自己手工焊接出一个普通的电路板,确定各个电子元件的特性后,再用电脑软件绘制PCB(印制电路板),最后发给厂家制作成电路板成品。这一过程就耗费了大量时间,而电路板不菲的价格更是给他们增添了许多压力。如何在一幅复杂的、同时存在多种障碍的图像中,正确找出真实的赛道位置,是他们接下来需要解决的问题。处理一幅图像中的大量元素信息,这对编程者的逻辑能力是个极大的考验,经过努力,他们终于系统性地解决了这一系列核心技术难题。“在整个小车的结构中,关键是利用更高效的控制算法同时不断完善硬件结构,采用更轻便、效率更好的电子元件优化程序。”他们解释道。在多次考察与试验后,他们大胆采用了微分先行增量式PID控制,小车的稳定性和速度果然有了很大提高。小车的每一次提速对他们而言都是巨大的喜悦,激励着他们不断前行。
仰取俯拾 收获累累
对于这次比赛,黄睿和王立鑫表示:“虽然留有遗憾,但也收获颇多。”
也许,在外行看来,花费将近一年的时间在现有车模上制作一辆小车应该很容易。事实上,智能车每个部件的制作都可能会遇到这样或那样的困难,有时花费了不少时间却达不到预期的效果,有时明明没有出错的地方但小车的速度就是不理想,一次次尝试,付出的是时间与精力,考验的则是他们的精神底线。“为了调试车的速度和灵敏度,我们不得不反反复复进行试验,这需要大量的时间。”那段时间,每天从早上八点到晚上十点,日复一日,他们把几乎所有的业余时间都花在了实验室里,耐着性子一次次研究、制作、实践,有过抱怨,有过气馁,常常徘徊在挣扎和振作之间,经历过一次次失败却从未放弃。就在比赛前两周,智能车突然罢工了,一开始他们以为车辆机械结构或者主销内倾及连杆有问题,但是经过拆解发现并没有问题,他们只好耐着性子,前后花了将近三天的时间挨个检查部件,最后拨动舵机时发现声音不对,这才明白是舵机齿轮在高速碰撞下损坏了,更换齿轮后智能车就能正常行驶了。可以说,这一路走来,他们收获的不单单是知识的提升与扩展,兴趣的培养与发展,更重要的是学会了坚持不懈地走下去。
“一定要学会主动学习知识,不要只是局限于老师上课时所讲的内容,自己平时要主动学习积累。也许一开始会很困难,但是,只要坚持了就一定会有回报。”由于比其他人更早接触智能车,他们在大一寒假时就自主学习了有关电路的知识,这让他们比很多同学早行动了一步,也就是这关键性的一步,决定了他们更早走向成功。
每一个成功故事的背后,都有一种顽强拼搏的精神,而正是这种不断追求、不断探索的精神,让他们创造出了属于自己的最强智能车大脑。兢兢业业、孜孜不倦是黄睿和王立鑫对梦想的态度,锲而不舍的精神和脚踏实地的努力是他们对梦想的坚持。让我们期待他们创造出更强的汽车大脑,取得更加优异的成绩。