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电赛圈子里有句话我至今记忆深刻："无实物不电赛"。2022年A题"无线充电电动小车"就是这句话的最佳注脚——它不是给你一支笔让你写方案，而是要你现场做出一辆车，把无线电能传输和运动控制两套系统真正跑通。这篇文章是我从备赛到完赛的完整复盘，重点包括赛题怎么拆、方案怎么选、无线充电链路怎么调、小车怎么跑，以及那些分数掉档的真实教训。无论你正在准备相同赛题，还是想了解无线充电小车从零到一的做法，应该都能从里面找到可以直接抄作业的内容。

1. 赛题硬核拆解：它到底在考什么能力

1.1 为什么实物才是电赛的命门

先说"无实物不电赛"这句话背后的逻辑。电赛的最终评分环节，评委几乎不会因为你方案书写得厚就多给分，现场测试数据才是硬通货。理论上讲得再漂亮，车跑出赛道就是零分起跳；仿真波形再完美，线圈发热导致充电超时照样扣分。实物作品把每个环节的理论问题全部暴露在阳光下，这才是比赛真正的残酷之处。

我记得备赛时有个很典型的对比：我们队在仿真软件里搭的谐振模型效率可以做到理论值92%，但实物第一次上电只有58%。仿真里理想元件没有等效串联电阻、没有温漂、没有电磁干扰，现实里这些问题一个都躲不掉。评委最终看的恰恰是现实中这辆车能在赛道上跑出什么水平，而不是你模型里存不存在这些参数。

对新手来说，接受"实物优先"是参加电赛的第一课。这意味着从第一天就要想清楚：哪些模块要用实物验证、哪些参数必须以实测为准、哪些问题只能在真实赛道上暴露。方案讨论当然重要，但讨论的产出必须是"可执行的实物搭建计划"，而不是一份完美的纸上报告。

1.2 拆开A题的三个隐藏得分点

2022年A题的表面任务是"无线充电 + 电动小车"，但真正决定名次的是三个隐藏得分点。

第一个是能量链路效率。从发射线圈到接收线圈，再到整流和储能，每一级都有损失。题目通常不会直接规定你充电必须充到多少伏，但行驶距离、停车精度、完成时间都取决于你能在有限充电时间内拿到多少能量。发射端的逆变效率、接收端的整流压降、谐振电容的温升，任何一个环节拖后腿，小车就可能半路趴窝。

第二个是储能与放电策略。A题通常要求小车现场充电后再行驶，意味着车上不能预存一大块电池。超级电容是标准答案，但选多大容量、充电截止电压设多少、放电到多少伏就停止驱动，需要你用计算和实验一起确定。容量选小了跑不完赛道，选大了充电时间不够，这个平衡直接和第一个得分点联动。

第三个是行驶控制精度。充电区对位要准，循迹过弯要稳，终点停车要停得住。很多队伍把大量精力花在无线充电上，最后却发现小车跑偏、停车过线，照样丢分。无线充电只是把能量送进车，能不能把能量转化成准确的行驶轨迹，是另一个维度的能力。

这三个点不是孤立存在的。充电效率高但停车不准不行，车控稳定但能量不够也不行。拆题的意义在于提前建立"系统级"思维：每个模块的动态指标都应该围绕"整车完成一次规定任务"来设计，而不是局部最优。

2. 总体方案：把赛题拆成可并行开发的四个模块

2.1 系统架构总览

整车的能量和控制链路其实很清晰，按信号流可以拆成四段：

• 地面发射端：直流电源经过全桥逆变，驱动发射线圈产生高频交变磁场
• 车身接收端：接收线圈感应电压，整流后给超级电容充电
• 储能与驱动：超级电容向电机驱动模块供电，同时通过稳压电路给主控和传感器供电
• 控制与感知：主控采集循迹传感器数据，输出PWM控制电机转速，完成循迹和定点停车

我们当时把队伍分成两线并行推进：一条线专门啃无线充电发射与接收，另一条线负责小车底盘、电机驱动和循迹控制。两条线在第二天联调之前互不干扰，谁也不要等谁，这是四天三夜赛程里最提效的安排。

2.2 为什么我们放弃成品无线充电模块

市面上现成的无线充电模块不少，买回来直接用的确省事。但我们综合分析后还是选择自己搭发射端和接收端，核心原因有三个。

第一是得分点的问题。电赛A题这类题目通常强调"自制"，如果你直接拿一个商业无线充电板放上去，测试环节很容易被扣方案分。评委想看到的是你理解谐振原理、能计算参数、能解决实际工程问题，而不是会买模块。

第二是功率和效率不可控。成品模块为了兼容性，功率一般做得比较保守，充电速度可能达不到比赛要求。我们测试过某款常见成品模块，输出功率只有3W左右，给超级电容充满需要很长时间，赛道任务根本做不完。自己搭的链路可以让功率做到10W到20W，效率也能针对性优化。

第三是调试认知。用成品模块，你只能把它当一个黑盒，出了问题不知道从哪查。自己搭电路，每个节点的波形、发热、损耗都是透明的，出问题时能快速定位，这在四天三夜的紧迫感下反而是最大的优势。

2.3 模块分工与团队配合

一个实物赛题最忌讳的就是所有人围在一起看一块板子。我们当时四个人是这样分的：

• 队员A负责发射端电路：电源、全桥逆变、驱动波形调试
• 队员B负责接收端与充电链路：谐振电容匹配、整流、超级电容保护
• 队员C负责小车底盘：电机、驱动芯片、编码器、循迹传感器阵列
• 队员D负责主控程序：传感器读取、差速控制、状态机流程

每天固定时间对一次进度，把接口参数（电压范围、充电时间、PWM频率）提前约定好。比如接收端输出电压最高不要超过6V，电机驱动模块的逻辑电平是3.3V还是5V，这些接口定义越早明确，联调时越省事。真等全部做完再对接，大概率会互相打架。

3. 无线充电模块：效率是怎么一步一步调出来的

3.1 谐振原理与参数计算

磁耦合谐振式无线充电的原理可以这样理解：发射线圈和接收线圈各自并联（或串联）一个电容，组成两个LC谐振回路。当两个回路的谐振频率一致，且驱动频率也落在谐振点上时，磁场耦合效率最高。就像两个音叉，一个振动，另一个只有频率相同时才共振。

谐振频率的计算公式是：

f = 1 / (2π√(LC))

实际设计时一般先定工作频率，再反推电容值。我们当时选择150kHz作为工作频率。这个频率不算高，MOS管开关损耗小，线圈绕制难度低，电容容值也可以落在常见范围内。

举例：如果发射线圈电感量实测为50μH，那么需要的谐振电容是：

C = 1 / ((2πf)^2 × L) ≈ 1 / ((2×3.14×150000)^2 × 50×10^-6) ≈ 22.5nF

我们实际用22nF的电容并联一个3-10pF可调电容来微调，让谐振点尽量落在驱动频率上。接收端的参数则要根据接收线圈的电感量单独计算，不能直接把发射端的电容搬过去。

3.2 发射端电路：全桥逆变与驱动设计

发射端本质上是把一个直流电压变成高频交流电压，送给发射线圈。工程上常用的拓扑是全桥逆变电路，由四个MOS管组成两个桥臂，通过交替导通在负载上产生正负交替的方波电压。

选MOS管时重点关注两个参数：耐压和导通内阻。发射端工作电压通常在12V到24V之间，选耐压30V到40V的管子就够。导通内阻越小，大电流下发热越小，效率越高。我们选的是常见低压大电流MOS管，实际测试中配合散热片，长时间运行温升控制在可接受范围内。

驱动部分需要注意死区时间。死区时间是指上下桥臂切换时必须预留的间隔，防止两个管子同时导通造成直通短路。集成驱动芯片或者直接用带死区控制的栅极驱动电路都可以，关键是死区不能太小。我们当时用一个可调死区时间的驱动方案，从1μs开始调，观察波形确定最佳值。

调试发射端时必须用示波器看桥臂中点波形。正常情况是干净的方波，如果波形上有明显振铃或尖峰，说明电路寄生参数影响大，或者死区不够，要停下来排查，不能直接加大功率硬推。

3.3 接收端电路：整流、保护与充电控制

接收端比发射端更考验细节，因为它直接连着超级电容这个"大动态"负载。接收线圈感应到的交流电压先经过全桥整流变成直流，再经过滤波电容后接到超级电容上。

整流二极管选低压降的肖特基二极管，普通整流二极管压降可能达到1V以上，在5V级别的充电回路里损失巨大。肖特基二极管压降一般在0.3V到0.4V，效率明显更高。

超级电容充电最怕过压。电容电压超过额定值会导致内部化学体系劣化，严重时直接鼓包漏液。我们在充电回路里加了一个简单可靠的保护方案：用比较器监测超级电容电压，达到设定值时切断充电MOS管。这个设计的优点是不依赖主控，即使程序卡死也能自动保护。

另一个容易被忽略的问题是接收端空载电压虚高。发射端和接收端完全分离时，接收线圈上的感应电压可能比带载时高出一大截，整流后空载电压可能冲到十几伏。所以保护电路的阈值不能只看正常工作时的电压，还要考虑空载情况，防止电容在充电初始阶段还没接管之前就被高压冲击。

3.4 实测效率曲线的调试过程

效率调试不能凭感觉，一定要用数据说话。我们的做法是固定发射端输入电压，通过可调电源记录发射端输入功率，同时在超级电容端实时记录充电功率，两者相除就是整链路效率。这个效率包含了线圈耦合、逆变、整流和充电管理的全部损耗。

第一次实测效率只有58%，输入12W，电容真正拿到手的只有7W左右。排查过程是这样推进的：

第一步看接收端整流波形，发现输出电压纹波很大。用示波器量了一下谐振电容两端波形，发现谐振频率明显偏离了设定的150kHz。用LCR表一测，实际电感量和标称值差了8%。这个偏差直接导致失谐。

第二步把发射端和接收端的谐振电容都重新匹配到实测电感量附近，效率从58%提升到74%。

第三步处理整流损耗。把普通二极管换成低压降肖特基二极管后，效率又提升了大约6个百分点。

最后通过调整线圈间距和对齐位置，效率稳定在82%左右。这个数值对150kHz的磁耦合谐振系统来说已经算不错了。整个调试过程大概花了半天时间，但每一步都有明确的波形或数据依据，没有瞎猜。

3.5 三个提升效率的细节经验

如果你想在效率上再压榨一点，这三个细节值得留意。

第一是线圈用多股利兹线代替单股粗导线。高频电流有趋肤效应，电流集中在导线表面，多股细线能有效增大有效导电面积，降低交流电阻。用同样的绕制方式，利兹线方案比单股线效率高3%到5%。

第二是对齐精度。发射线圈和接收线圈的中心偏移哪怕1厘米，耦合系数都会明显下降。我们在地面发射区画了定位线，同时在车上装了物理限位挡板，保证每次停车对位偏差控制在几毫米内。

第三是谐振电容的温度系数。普通CBB电容在温升后容值会漂移，导致谐振点偏移。如果调试时间一长发现效率持续下跌，大概率就是电容发热后容值变了。更换温度系数更好的电容，或者在电路布局上让电容远离发热源，能避免这个隐性问题。

4. 电动小车：从"能走"到"跑得稳"的控制细节

4.1 超级电容选型与容量计算

超级电容是A题小车的能量核心，选型要算清楚，不能拍脑袋。

先估算行驶能耗。假设小车质量1kg，赛道行驶距离40m，平均速度0.5m/s，那么行驶时间约80s。考虑到滚动阻力、加减速余量和转弯损耗，取平均驱动功率8W，总能耗就是8W×80s=640J。实际留50%余量，按960J设计。

超级电容的可用能量计算公式是：

E = 0.5 × C × (U1² - U2²)

U1是充满电压，U2是放电截止电压。如果用两只2.7V电容串联，充满到5.4V，放电截止设为3.2V，那么：

E = 0.5 × C × (5.4² - 3.2²) = 0.5 × C × 18.92

要达到960J可用能量，需要电容容量至少约101F。我们最终选用两只2.7V/300F超级电容串联，等效容量150F，额定电压5.4V，实际可用能量约1419J，余量很充足。

这里有个关键点：超级电容放电时电压会一直下降，不能直接给对电压敏感的主控和传感器供电。我们用了一路低压差稳压给逻辑部分稳到5V，电机则由电容电压直接供电，因为电机对电压变化不那么敏感。驱动模块的PWM调速正好可以适应这个宽电压范围。

4.2 电机驱动与PWM控制

小车主驱动用的是常见的直流减速电机，扭矩大，转速匹配赛道路况。电机驱动模块选择全桥驱动，通过PWM控制电机正反转和调速，简单可靠。PWM频率我们设在15kHz，避开了人耳可闻的音频范围，同时开关损耗也不大。

接线和供电有个容易踩的坑：电机瞬间启停时会产生反向电动势，在电源线上叠加很大的尖峰。如果主控和传感器和电机共用电源，很容易被干扰复位。我们后来在电机供电端并联了大容量电解电容和瓷片电容，并且把主控供电单独走一条稳压支路，问题才彻底消失。

电机速度闭环也是加分项。在电机尾部加装编码器，主控读取转速，用PID调速让小车速度更稳定。不过编码器调试需要时间，如果赛程紧张，可以先做开环稳定法，把PWM输出和转向逻辑调好，后期再决定是否上编码器闭环。

4.3 循迹传感器布局与动态阈值

循迹方案我们用5路模拟灰度传感器，横排在车头前方。传感器间距不能太大也不能太小，太大会丢失赛道中间的黑线信息，太小则转向提前量不足。我们用的是约1.5cm间距，整车传感器宽度可以覆盖直径略大于赛道线的范围。

传感器离地高度很讲究。离地太近容易受地面不平影响，太远则黑白差值变小。我们用了几毫米的安装高度，车头加装遮光罩，避免环境光直射造成误判。实际测试发现，室内灯光和窗边自然光下的黑白阈值差别很大，所以程序里做了动态阈值校准：上电时先让车停在赛道外，采样当前白底值，然后减去一个固定偏移作为判定阈值。

循迹的计算逻辑不能只依赖某一路传感器高低电平。我们把5路传感器的状态映射成一个"位置误差"值：中间为0，向左偏为负，向右偏为正。这个误差值直接作为转向控制的输入，比单纯判断"左转还是右转"精细得多。

4.4 控制策略：先能跑，再跑得稳

控制策略我们走了两个阶段。第一天目标只有一个：车能沿着线走完一圈。这个阶段用最简单的逻辑：哪边偏离就向哪边转，PWM从一个固定基础速度开始，转向量通过经验值设定。速度不要开太快，先保证不冲出赛道。

第二阶段才引入更平滑的PD控制。核心代码思路类似：

int error = getLinePosition(); // 读取位置误差 int diff = error - last_error; // 误差变化率 int turn = Kp * error + Kd * diff; // 转向量 motor_left = base_speed - turn; motor_right = base_speed + turn; last_error = error;

调参顺序是先给一个较小的Kp，让车能跟着线走但不至于蛇形，再逐步增加Kp直到车开始左右摆动，接着加Kd抑制摆动。如果Kd太大，车会变得迟钝，过弯时反应不过来，所以要找一个平衡点。

停车策略同样重要。我们设置终点停车区后，通过车头前方的一个独立红外传感器检测停车线。当检测到停车线时，先给一个刹车动作，然后把基础速度降到很低，再检测第二次确认信号后完全停机。这个"两段式停车"比单次急刹稳定得多，不会因为惯性冲过线。

5. 四天三夜的时间账：材料和进度如何管控

5.1 赛前准备：物料清单和冗余备份

电赛的物料准备越早越好，赛题公布前就应该把基础材料囤齐。我们列了一份赛前检查清单，主要包括：

• 发射线圈、接收线圈各两套，用不同线径各绕几份
• 谐振电容多种容值各若干，可调电容也备一些
• MOS管、栅极驱动芯片、整流二极管各备份超过需求数量
• 超级电容至少两组，防止调试中充坏一组
• 主控板、电机驱动模块、灰度传感器模块各备份一套
• 直流减速电机和轮子备两套，底盘结构件准备一套备用板材

备份的优先级要高过性能优化。比赛现场最常见的场景不是方案不行，而是某颗芯片烧了、某块板子短路了，只能干等着。宁可把优化时间拿来提前烧录好备用板子，也不要赌现场不会坏。

5.2 比赛四个阶段的时间分配

四天三夜的时间我们按四个阶段拆解，每个阶段有明确产出物：

• 第一天白天：方案冻结，电路搭通。发射端和接收端各自能工作，小车能前进后退
• 第一天晚上到第二天上午：无线充电链路调通，效率达到70%以上，超级电容能稳定充满
• 第二天下午到第三天白天：小车完整循迹跑圈，同时优化充电对位和停车策略
• 第三天晚上到第四天上午：整车轮三次全流程测试，处理联调问题，整理测试数据

实际执行时，第一天下午我们还在纠结谐振频率选择，后来发现这个决定导致了整个链路参数全部重算。如果能在赛前把谐振方案定成默认选项，至少能省出半天时间。所以我的建议是：方案越快冻结越好，哪怕不是最优选，只要稳定可控，后面都有时间优化。

5.3 现场突发情况与应对预案

比赛过程中最怕的不是没思路，而是现场出状况找不到原因。我们提前模拟过几类情况：

• 到现场后小车突然不循迹：优先检查传感器连接和阈值，因为场地光线和实验室不同
• 充电效率大幅下降：先看发射端波形是否正常，再看线圈是否完全对齐，最后查谐振电容是否虚焊
• 超级电容充不满：用万用表测接收端空载和带载电压，区分是耦合问题还是后续电路问题

应对预案的核心原则是"每一步都留退路"。比如充电区电压可以微调，如果效率偏低，就适当降低目标充满电压，让车先完成一次任务拿保底分；如果实在时间不够，切换成低速稳定模式，保证完成流程，不追求跑得快。

6. 复盘与避坑：真正影响最终分数的细节

6.1 三个典型故障的完整排查链路

第一个故障：发射端MOS管发烫且效率极低。我们最初以为是MOS管选型问题，换了大电流的管子依然发烫。用示波器查驱动波形，发现桥臂切换时电压波形有明显重叠尖峰，判断是死区时间不足产生直通短路。加大死区时间后波形干净了，温升立刻降下来，效率回升。这个排查链路告诉我们，看到"发热"不能只往器件选型上想，要先确认工作波形是否正常。

第二个故障：小车行驶中偶尔复位。最初怀疑主控供电电压波动，示波器抓电机启动瞬间的电源波形，看到几百毫伏的跌落。后来在电机电源端并联大电容，主控供电单独加稳压，复位问题不再出现。现场排查复位问题一定要先看电源，其次是复位引脚上的干扰。

第三个故障：循迹在强光下频繁误判。实验室里很稳定的阈值，到场地后全变了。后来给传感器加遮光罩，改进了上电动态校准逻辑，问题解决。这类问题最坑，因为它不是电路故障，而是使用环境和标定条件不一致。

6.2 让分数直接掉档的低级失误

有些失误平时练习时不会被放大，但到了正式测试就是致命的。

充电对位不准是最常见的掉档原因。我们第一次全流程测试时，因为没有物理限位，小车停在充电区时偏了差不多1.5厘米，充电效率直接掉了20个百分点。后来在底盘上加了对位挡板，同时修改程序让停车后微调归中，这个隐患才消除。

第二个低级失误是提前发车。觉得"已经充了差不多够跑"，就急着开始任务，结果行驶途中能量不足，后半程速度明显下降甚至停车。实际测试中宁可在充电区多等几秒，也不要拿"说不定够"去赌。

第三个是停车过线。高速状态直接刹车，惯性会让车冲过终点线。我们后来用"两段式停车"解决，检测到停车线后先减速再确认，最终停车精度控制在允许范围内。

6.3 给下一届参赛者的三点建议

第一，尽早做出一个"可以完成最低任务"的原型。哪怕效率低、跑得慢，先把整个链路跑通，让自己看到希望，再逐步优化。很多人一开始就追求高性能设计，结果赛程过半连一个完整动作都没完成过。

第二，调试要有数据意识。每次修改完参数，记录充电效率、行驶时间、停车误差。只有靠数据才能判断改动是否有正向作用，否则你就是在一堆变量里瞎调。

第三，团队里要有一个"冷静的人"。比赛进行到后半段，所有人都很疲惫，这时候最容易做出糊涂决策。如果团队里有人能在关键节点提醒你"先验证再改""这个方案风险太大，换保守方案吧"，你会在最后收获很多分数。

回头再看这次电赛，我最深的体会是"无实物不电赛"这句话真的很对。实验室里讨论再多、仿真再漂亮，都不如把线圈焊牢、把小车底盘装正、在真实跑道上多跑几圈来得实在。如果你正准备类似的赛题，记住先把能量链路走通，再把控制调稳，最后才谈速度。祝你们也能稳稳把奖杯捧回来。