室外無人小車比賽

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今天,朱宗曉老師給我發送了一個推文,介紹了一項已經舉辦了14屆的國際無人小車大賽(International Autonomous Robot Racing Challenge)的情況。比賽官方網站:

https://iarrc.org/我對該比賽名稱中將競賽車模稱爲Autonomous Robot表示既贊同(Autonomous)又不贊同(Robot),當然對於國內將全國大學生智能汽車競賽中的車模稱爲Intelligent Car在現階段也表示不妥,不過這是文化習慣不同而已。

他們競賽官網介紹該比賽第一屆在2005年四月舉辦,現在是第11屆比賽了,看來其中有幾年是間隔沒有舉辦。通常每年最少有9~11支隊伍,60多名學生參加這場

盛大比賽。承辦學校爲加拿大滑鐵盧大學,沒有標明主要贊助商信息。

雖然隊伍少一些(可能還趕不上國內高校的校內車模比賽的規模),但會有來自美國,加拿大的多所高校的同學參賽,因此稱爲國際無人小車比賽。此外也有來自波蘭(2018),埃及(2016)的參賽隊伍。

從下面這張來自官網所顯示參賽同學合照。黃皮膚、黑皮膚、白皮膚顯示着國際學生的氛圍,各式各樣的車模及其外形更加襯托出比賽文化的多樣性。

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上圖中最左邊的車模明顯體積碩大,如下圖所示。不太清楚這個車模究竟是正式參賽車模還是演示車模。只是從車體上所粘貼商標來看,顯然這兩車模得到了大量商業自助,估計造價不菲。故此在比賽中,它顯得那麼鶴立雞羣。

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通過他們今年比賽規則可以看出,參加比賽的隊伍組成隊員要求比較寬泛,可以是高中生(High School),專科生(College),本科生(Undergraduate)或者研究生(Graduate),至少有一名指導教師對參賽隊員學生身份進行負責。每隊的隊員數量規則中沒有規定。

大賽報名每支收取

300加拿大元的報名費(提前報名有折扣,折扣100加拿大元)。可能沒有拉到像NXP這樣大的商業公司的贊助,所以比賽收取報名費,而且隊伍規模少。

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IARRC比賽對於參賽車模要求很有亮點。首先沒有指定車模供應商,只是對車模的尺寸有了限制(長110cm,寬60cm,高80cm),重量不超過30公斤。只允許使用電驅動。所以在上面圖中纔可以看到這些外觀結構差異很大的參賽車模。

對於安全性的要求中包括車模必須具有機械和無線遙控停止功能。必須有硬件保證車模最高速度不超過10米每秒。這是無人車模競速比賽,要求最高速度實在令人匪夷所思。不過的確會保證參賽學生的安全的。

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IARRC比賽場地是室外,在滑鐵盧大學的Q停車場內,其中包括有坡度爲10°的坡道,停車場內是柏油路面。

天氣除非下大雨,造成場地過於溼滑,組委會考慮將比賽轉移到學生設計中心E5建築室內進行(水泥地面)。所以參賽車模必須能夠適應小於天氣,並能夠越過水坑。

賽道邊界是由寬度2英寸(5.08cm)的白色牛皮膠帶紙粘貼。對於雙賽道,其中使用同樣膠帶紙,按照25cm間隔粘貼25釐米長的虛線進行分開。賽道邊緣也有可能包括有白色的實際公路標誌線。賽道寬度在後面中說明是1.5米寬。

賽道的起始和終點線(看來不是環型賽道)爲寬度6英寸的白色實線組成。

比賽開始採用交通燈控制。當路邊距離發車線兩米遠的交通燈從紅色變成綠色後,車模開始發車,比賽系統開始計時。

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這讓我想起國內第十屆比賽的時候採用發車燈塔控制,結果有很多車模是沒有能夠正確識別發車信號,只能靠人工發車了。

比賽賽道通常情況下是直道,沒有十字路口,彎道,坡道,環島,估計在室外製作這些賽道元素會給滑鐵盧大學組委會添不少的麻煩。所以老外們能省事就省事。不過對於比較容易找到的元素還是可以辦到的。比如前面的發車所用的交通燈。另外一些交通錐桶可以在亞馬遜上淘到,所以也會在賽道上擺上錐桶路障。

此外,也會使用打印機,或者噴繪製作幾個交通標誌,放在賽道上,表示不同的方向。這些標識是黑底白字,如下圖所示。

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規則後面說明這些方向交通標誌用於比賽科目4:方向追蹤。

在今年的規則第七項,還特別強調在比賽中,只允許一輛車模進行比賽,以避免車模之間相互傷害。

估計在以前比賽中,兩個車模同時比賽,相互撞擊引起爭執。因此索性今年就不再搞這樣比較刺激的對抗比賽了。

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以下是IARRC比賽日程安排,從報道到比賽完也是安排了三天半的時間,第一天報道,晚上開幕式。 第二天上午參賽隊伍現場練習,從下午就開始比賽了。在最後一天中午進行頒獎,這與國內比賽的日程相似。

與國內智能車比賽分成若干組別不同的是,IARRC比賽只有一個組別,但這個組別進行

四個不同科目的比賽,最後總成績是將四個科目得分加在一起。這個從下面比賽的日程表可以看出。

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比賽科目1:汽車加速賽(Drag Race)這個比賽規則簡單,難度小,估計是先給各個參賽隊伍熱熱身。

每個車模在給定的大約50米長,1.5米寬的筆直的賽道上,就一個字:往前衝。

比賽時有60秒準備時間,必須2分鐘跑完,總共可以由兩次衝出賽道的機會。按照時間計算得分。

比賽科目2:環路比賽(Circuit Race)賽道是長約70米的環形賽道,包括有直道、彎道,但不會有十字路口。車模逆時針沿着賽道運行。

比賽時有60秒準備時間,比賽3分鐘跑完,也是總共有兩次失敗的機會。車模在交通燈指揮下發車,運行一週需要自動完全停止。規則沒有規定停止的距離。

比賽科目3:躲避路障(Obstacle s Avoidance)將前面的圓形賽道加寬到兩米寬,然後在賽道中隨機擺放交通錐桶,或左或右。賽道一週中路障大約15個。

最有挑戰的一種路障情景就是兩排路障,左右交錯擺放。每排路障是由五個交通錐桶組成,如下圖所示。

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比賽規則與前面類似,只是車模需要躲避路障。如果沒有躲開,撞擊了路障,將會懲罰15分。如果超過10個障礙被撞擊,則需要重新開始。這個規則還是比較寬泛的。

比賽科目4:識別路面方向標誌(Sign Following)這個時候賽道不再是圓形賽道了,而是有一些垂直交叉直道組成的交通網格。其中包括有許多十字路口。賽道有雙向兩車道組成,中間由虛線隔離。車必須行駛在右邊道路上。

在每個路口上前的路面上會擺放行進箭頭,指示車模正確的行進方向。按照正確的方向行進便可以從出發點到達終點。

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如果走錯了,那就上帝保佑你了。但是規則還是比較人性化,如果發現走錯了方向。參賽隊員可以停止車模,重新將車模放回該路口前一米,重新發車。比賽計時不會停止。每重新發車一次,懲罰25分,超過六次錯判標識方向,則比賽重新開始。

下個表格給出了四個比賽科目的賽道參數和賽道元素。其中倒數第二行清楚表明,比賽中每條賽道只有一個車模比賽,這就是避免車模之間相互碰撞。

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比賽成績是按照分點(Score)來評分的,不是單一的時間值。 將比賽時間換算成分值是按照如下公式進行:

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是用你的車模時間除以所有完賽隊伍中用時最長的時間再乘以150,再加上50。這是個很奇怪的公式。如果每個科目都是第一名,而且沒有被罰分,每個科目可以最高得到200分。總得下來可以得到1000分的總分。

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沒錯。四個科目本應該最多得到800分。但最後還有一項稱爲設計分(Design Compeition)200分,佔總分的五分之一。它是來自於參賽隊伍提交的書面報告,口頭報告以及演示視頻得分,是一個主觀評判分數。

這個分數比較有特色,這也是國內智能車比賽想做但又力不從心的評分環節。

每個參賽隊伍都會要求提交一份詳細的技術報告,按照IEEE期刊雜誌格式要求提交。比賽後技術報告會公佈在競賽網站上。

要求報告詳細描述車模設計理念和相關的部件。並對獨特的創新點和車模的智能算法進行強調。組委會將會對提交的報告進行審閱打分。

同樣,每個隊伍還需要經過口頭答辯以及使用視頻進行路演。這些評分是在第二天進行,這個評判是與參賽隊伍進行試車環節同步進行。

下面是設計評分的一些標準。

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在比賽中引入主觀評判環節,可以對參賽隊伍在技術交流和表達能力方面進行考察,有利於更加綜合培養現代工程師的素養,這一點值得借鑑和學習。

只是在國內的比賽,每個賽區動輒就有幾百支參賽隊伍的規模,相比IARRC的的十幾支隊伍來說,實現上面的主觀評分環節就太困難了。

對了,還沒有介紹他們是用什麼車模硬件配置呢。下面是他們官網網站推薦使用的車模相關硬件配置。

車模底盤:Traxxas賽車車模:$1500

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主控計算機:Jetson TX2+PC104 : $1500

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舵機爲控制板:Arduio: $100

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傳感器:攝像頭,IMU,GPS: ¥1000

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機械制動剎車片:$500

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說實在的,一開始,看到比賽報名費用300加拿大元,還覺得挺貴的。現在看看他們的車模配置,300加拿大元的報名費幾乎可以省略了。

好吧,我們的確還是第三世界國家。在玩的東西上,價格是不一樣。如果請他們到中國來參加比賽,不知道他們感受是什麼?

看完IARRC室外小車比賽,你們覺得全國大學智能汽車競賽應該借鑑些他們規則中那些亮點?如果有建議,就請把你們的觀點寫在“留言”中吧。

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