智能車硬軟件設計唐傳宗

1、FREESCALE智能車機械改裝電磁組-和諧號07自動化一班唐傳宗1講座的核心內容一、智能車的機械設計主要是前輪，舵機的安裝二、我的心得體會2智能車外形3車體機械圖 4 模型車基本尺寸參數(shù)表 項目尺寸車長390mm車寬200mm軸距198mm前輪距137mm后輪距138mm/146mm車輪直徑52mm5智能車前輪定位的設計 智能車在正常行駛過程中，為了使車直線行 駛穩(wěn)定，轉向輕便，轉向后能自動回正，減少輪胎和轉向系零件的磨損等， 在轉向輪，轉向節(jié)和前軸之間須形成一定的相對安裝位置，叫車輪定位，其主要的參數(shù)有：主銷后傾、主銷內傾、車輪外傾和前束。智能車競賽模型車的四項參數(shù)都可以調整，但是由于模型

2、車加工和制造精度的問題，在通用的規(guī)律中還存在著一些偶然性。6主銷后傾角 主銷后傾角是指在縱向平面內主銷軸線與地面垂直線間的夾角。它在車輛轉彎時會產(chǎn)生與車輪偏轉方向相反的回正力矩，使車輪自動恢復到原來的中間位置上。所以，主銷后傾角越大，車速越高，前輪自動回正的能力就越強，但是過大的回正力矩會使車輛轉向沉重。通常主銷后傾角值設定在13。車體通過增減墊片的數(shù)量來改變主銷后傾角的，由于所采用的轉向舵機力矩不大，過大的主銷后傾角會使轉向變得沉重，轉彎反應遲滯，所以設置為0，以便增加其轉向的靈活性。7主銷內傾角 主銷內傾角是指在橫向平面內主銷軸線與地面垂直線之間的夾角，它的作用也是使前輪自動回正。角度越大

3、前輪自動回正的作用就越強，但轉向時也就越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱。通常車的主銷內傾角不大于8。對于車體，通過調整前橋的螺桿的長度可以改變主銷內傾角的大小，由于過大的內傾角也會增大轉向的阻力，增加輪胎磨損，所以在調整時可以近似調整為03左右，不宜太大。主銷內傾和主銷后傾都有使車轉向自動回正，保持直線行駛的功能。不同之處是主銷內傾的回正與車速無關，主銷后傾的回正與車速有關，因此高速時主銷后傾的回正作用大，低速時主銷內傾的回正作用大。8車輪外傾角 前輪外傾角是指通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，對車的轉向性能有直接影響，它的作用是提高前

4、輪的轉向安全性和轉向操縱 的輕便性。在汽車的橫向平面內，輪胎呈“八”字型時稱為“負外傾”，而呈現(xiàn)“V”字形張時稱為正外傾。如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內傾側，導致車輪聯(lián)接件 損壞。所以事先將車輪校偏一個正外傾角度，一般這個角度約在1左右，以減少承載承負荷，增加零件使用壽命，提高車的安全性能。 模型車提供了專門的外傾角調整配件，近似調節(jié)其外傾角。由于競賽中模型主要用于競 速，所以要求盡量減輕重量，底盤和前橋上承受的載荷不大，所以外傾角調整為0即可，并且要與前輪前束匹配。9前輪前束 所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪

5、前束的作用是保證車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力自然將輪胎向內偏斜，如果前束適當，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內外側磨損的現(xiàn)象會減少。像內八字那樣前端小后端大的稱為“前束”，反之則稱為“后束”或“負前束”。在實際的汽車中，一般前束為012mm 。在車體中，前輪前束是通過調整伺服電機帶動的左右橫拉桿實現(xiàn)的。主銷在垂直方向的位置確定后，改變左右橫拉桿的長度即可以改變前輪前束的大小。在實際的調整過程中，我們發(fā)現(xiàn)較小的前束，約束02mm可以減小轉向阻力，使模型車轉向更為輕便，但實際效果不是十分明顯。雖然車體的主銷后傾角、主銷內傾角、車輪外傾角和前束等均可以調整，但是由于車模加

6、工和制造精度的問題，在通用的規(guī)律中還存在著不少的偶然性，一切是實際調整的效果為準。10智能車后輪減速齒輪機構 車體后輪采用RS-380SH 電機驅動，電機軸與后輪軸的傳動比為 18：76（電機軸齒輪齒數(shù)為18，后軸傳動齒數(shù)為76）。齒輪傳動機構對車模的驅動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當，會大大增加電機驅動后輪的負載，會嚴重影響最終成績。調整的原則是：兩傳動齒輪軸保持平行,齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，浪費動力；傳動部分要輕松、順暢，不能有遲滯或周期性振動的現(xiàn)象。判斷齒輪傳動是否良好的依據(jù)是，聽一下電機帶動后輪空轉時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪

7、間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載變大。調整好的齒輪傳動噪音很小，并且不會有碰撞類的雜音，后輪減速齒輪機構就基本上調整好了，動力傳遞十分流暢。11 舵機的安裝 舵機轉向是系統(tǒng)中一個較大時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。由于采用的舵機的工作 速度為0.16s/60度，對于對快速性要求極高的智能小車來說，是影響其 速度的一個重要因素，特別是對于前瞻不夠遠的智能小車。我們可以通過 加長舵機力臂的方法來彌補這一缺陷。加大力臂后減小了舵機的轉向范圍，所以要使前輪轉動相同的角度，舵機力臂加長后所需時間更短，響應更快。但如果舵機的力臂太長又會造成

8、舵機的轉向力矩太小，PWM信號與角度不能很好的一一對應，對于舵機的開環(huán)控制會帶來很大的穩(wěn)態(tài)誤差。綜合以上考慮,我們將轉臂加長至3.0cm ，而且力臂的材料剛度較大，避免轉向時發(fā)生形變，這樣克服了原舵機力臂剛度不夠導致的響應延時問題。 其安裝圖片如圖所示。12113心得體會 作為一輛智能車，它的機械結構同它的電子部分一樣重要，所以對智能車的 機械設計，就變成了必不可少的了，盡管作為一名學電子的學生簡單的機械 結構還是應該有所了解的，一個好的機械設計，可以很大的改變智能車的性能。 下面是我在機械部分改裝后的心得：14舵機轉向是系統(tǒng)中一個擁有較大的時間常數(shù)的延遲環(huán)節(jié)。為了減少此時的時間常數(shù)，轉向連桿在舵機一端的連接點離舵機軸心距離越遠，轉向輪轉向變化越快。這就相當于增大力臂的長度提高了線速度。我們在安裝舵機是，可以增大連桿，和將舵機的高度提高。但是我們不能一味的提高，它有一個最佳高度，這個需要我們在試驗中反復測試。還有就是加在舵機的電壓大了可以提高它的響應速度。對我們A型車，電壓規(guī)定是6V。15小車重心前后的方向調整，對賽車行駛的性能有很大的影響，如果車身重心前移，會增加轉向，但會降低轉向的