飞思卡尔机械结构调整
第四届飞思卡尔机械报告
第一章比赛细则
1.1 智能竞赛车模的规定
1）禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；
2）禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动电机的传动比；
3）禁止改造滚珠轴承；
4）禁止改动舵机，但可以更改舵机输出轴上连接件；
5）禁止改动驱动电机及电池，车模前进动力必须来源于车模本身直流电机及电池；
6）为了安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等。
1.2 赛道的基本参数
1）赛道路面用专用白色基板制作
2）跑道分为普通赛道和窄道区两部分。普通赛道宽度不小于60厘米，窄道区的宽度不小于45厘米；
3）跑道表面为白色，黑色为引导线，黑线宽25mm；
4）跑道最小曲率半径不小于50厘米。
5）赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路；
6）在驶入窄道区和驶出窄道区时，赛道上有标志。该标志距离窄道区25厘米。标志如下图所示：
在进入和驶离窄道区有两种标志：
●黑色正三角形，位于赛道中心，边长25cm；
●赛道凸起，颜色白色，厚度0.5cm，宽度3cm；
第二章车模概述
2.1 车体结构
智能车竞赛所使用的车模是一款带有差速气器的后轮驱动模型赛车，它由大赛组委会统一提供如图所示。其基本尺寸参数见下表
模型车底盘采用的是登长双横臂式独立悬架，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距会发生较大变化，故车轮发生侧向滑移的可能性较大。
2.2 前轮定位
2.2.1 主销后倾角
主销向后倾斜，主销轴线与地面垂直线在赛车纵向平面内的夹角称为主销后倾角。
主销后倾角在车轮偏转后形成一回正力矩，阻碍车轮偏转，主销后倾角越大，车速愈高，车轮偏转后自动回正力越强，但回正力矩过大，将会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振，并使转向沉重，通常后倾角为1～3度。
可通过增加垫片的数量来增大主销后倾角，共有4片垫片，前2后2，后倾角为0；前1后3，后倾角为2～3度；前0
后4，后倾角为4～6度。
2.2.2 主销内倾角
主销在横向平面内向内倾斜，主销轴线与地面垂直线在赛车横向断面内的夹角称为主销内倾角。
β即为主销内倾角
主销内倾角也有使轮胎自动回正的作用，当汽车转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾，则车轮连同整个汽车的前部将被抬起一定高度，在外力消失后，车轮就会在重力作用下力图恢复到原来的中间位置。但主销内倾角不宜过大，否则在转弯时轮胎将与赛道间产生较大的滑动，从而会增加轮胎与路面间的摩擦阻力，使转向变得沉重，同时会加速轮胎的磨损。
调节此处长度可以
调节主销内倾角
通常主销内倾角不大于80～10度。角度的实际设定也需要在实车上测试后确定。
2.2.3 前轮外倾角
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角，称为前轮外倾角。
前轮外倾角是前轮的上端向外倾斜的角度，如果前面两个轮子呈现“V”字形则称正倾角，呈现“八”字则称负倾角。由于前轮外倾可以抵消由于车的重力使车轮向内倾斜的趋势，减少赛车机件的磨损与负重，所以赛车安装了组委会配备的外倾角为1°的配件。
2.2.4 前轮前束
前轮前束是前轮前端向内倾斜的程度，当两轮的前端距离小后端距离大时为内八字，前端距离大后端距离小为外八字。由于前轮外倾使轮子滚动时类似与圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。但由于拉杆的作用使车轮不可能向外滚开，车轮会出现边滚变向内划的现象，从而增加了轮胎的磨损。前轮外八字与前轮外倾搭配，一方面可以抵消前轮外倾的负作用，另一方面由于赛车前进时车轮由于惯性自然的向内倾斜，外八字可以抵消其向内倾斜的趋势。外八字还可以使转向时靠近弯道内侧的轮胎比靠近弯道外侧的轮胎的转向程度更大，则使内轮胎比外轮胎的转弯半径小，有利与转向。
2.3 车体重心
2.3.1 车体重心的测定
确定车体重心可以使用实验和软件两种方法，实验法就是用吊线来确定重心，软件法即用三维软件将车体完整的表示出来，通过给各个零件输入其密度等信息，由软件自动计算出车体的重心。
2.3.2 车体重心位置调整
底盘前半部分的离地间隙，垫片有1mm和2mm两种规格，离地间隙的调整范围为9mm～12mm。
车体重心前后方向的调整对赛车的行驶性能也有很大的影响。本赛车为后轮驱动，驱动力的大小直接跟轮胎与地面的附着力有关，而附着力与路面附着系数和驱动轴的轴荷有关，驱动轴的轴荷又取决于重心的水平位置，如果仅从这方面考虑，重心应靠近后轴。
根据车辆运动学理论，车身重心前移，大部分重量压在前轮，转向负荷增大，会增加转向，对模型车的制动性能和操纵稳定性有益，但降低转向的灵敏度，同时降低后轮的抓地力；重心后移，会减少转向，但增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加。但综合起来看，重心应靠近后轴一点。
2.4 离地高度及底盘刚度调整
2.4.1 底盘高度的调整
车模底盘的高度主要由赛道中的坡决定，在顺利过坡的前提下底盘越低越好
如图，车模前后轴距离为L，车轮半径为r,坡角为α，取极限状态，即底盘的中点与坡顶相接触，夹角为γ，底盘与车轮中心的距离为b,如图
α=2γ，[b+(L/2)tanγ]=r/cosγ
b= r/cosγ-(L/2)tanγ
对于本次使用车模，轴距L为198mm，轮半径r为26mm, α最大15度，则b的最大值为：13.19mm，即底盘离地的最小值为12.81mm。
此次下面的传感器板使用的是s7136数字传感器，离地高度很小，而赛道中有5mm的凸起，在设计伸长板时要充分考虑到这一点。底板的高度可以使用车模配件调整。
2.4.2 后悬挂纵向减震刚度
适当增大底盘的刚度有利于车体走直线的稳定性，可通过增加垫片来增大弹簧的预紧力，另外还可以通过调整弹簧的
改装后的零件A
图2.13
本组因考虑到赛道在横向上并无斜度，所以决定将横向减震零件A改装后固定死于底盘上，使底盘横向上很难震动，增强了小车行驶的稳定性。
2.4.3 后轮距
调节件E
调节件D
本组将车模原配的调节件D换成车模提供的调节件E，使后轮距在原来基础上增加了4mm，进一步减小了侧滑。
2.4.4 齿轮传动机构调整
大赛提供的电机输出轴齿轮数为18个，后轮输出轴齿轮数为76个，则齿轮比为9：38。
齿轮传动机构的调整就是调整电机输出轴的齿轮与后轮轴上齿轮之间的耦合程度。当耦合比较松时由于两齿轮之间存在较大的缝隙，齿轮转动时会产生很大的两齿轮之间的碰撞声音，这样会大大增加齿轮的磨损。当耦合的比较紧时齿轮之间的摩擦力变大，这样就会使电机分出一部分驱动力克服齿轮之间的摩擦力做功，电机的负载无形中就增强，从而减小了电机对后轮的驱动能力。为了使齿轮的调整比较适当，经过多次的调试，我们发现用听齿轮之间的声音的办法来调整其耦合程度效果不错。当齿轮耦合较松或两齿轮之间不平行时的声音很响，也就是齿轮之间撞击的声音很大，当齿轮耦合比较紧时声音很沉闷并且迟滞，最佳状态是基本上没有撞击的声音，声音清脆并且没有迟滞现象。
2.5 差速机构的调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。
当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高?以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。
差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。
第三章本届方案分析
3.1 舵机板长度
车体重为M，重心距后轴为X，舵机输出轴至连接杆的长度为L，舵机6V时的输出转矩为T0。
根据力矩平衡，R为轮胎半径26㎜，L1为转向轮臂的长度16.79㎜，F2为连杆输出的拉（推）力
f*R=F2*L1*sin75
得到F2=（M*X*R*u1）/(200*L1*sin75)
代入数据得
F2=0.9157㎏
舵机输出的最小转矩为5.2㎏.㎝
即摆臂的最大长度为5.2/0.9157=5.68㎝
如果转向时必须先克服最大静摩擦力则
摆臂的最大长度为4.73cm
摆臂越长转向的灵敏度就越高，综合考虑取值应在35～40㎜之间。
3.2 舵机的固定
舵机有竖直和水平放置两种方案，竖直放置可以适当的降低重心，但安装较为麻烦，水平放置固定方式简单，但重心升高，故先采用竖直放置方式。方法同上届，采用两块角铝通过螺钉夹紧固定
3.3 传感器的固定
传感器分为上下两块，上块伸出车体，倾斜固定，下块也尽量伸出车体以获得足够的前瞻量，固定方法参考上届见下图
会提供的电机上自带的齿轮进行改装，因为该齿轮不仅模数与差速器齿轮相同，而且反馈回来的是电机的实际转速。编码器直接用铝板做的支架固定于赛车尾部。
清华大学三角洲光电队（四届特等奖）
2.3 车模的机械调校
2.3.1底盘高度
一般来说，底盘的高度越低，车的转向性能越好，行驶稳定性越佳。前高后低的布置会比较有利于转向。所以我们将前后底盘的高度都降低到5mm 左右。同时在车头加装专用的防撞海绵，在车模撞击赛道和墙壁是能够很好地起到缓冲作用。
2.3.2前轮定位
主销后倾角和车轮前束可以提高车模行驶时的转向回正力。我们所使用的车模中，车轮和主销是平行的，一般调成0 度左右就可以了，适当的正前束可以提高连续转向的反应能力。车模前轮的空程比较大，过弯时车轮定位参数会发生比较大的变化，所以我们把主销的内倾角设成比较大的值，会更有利于过弯。但是目前仍然没有找到比较好的消除空程的方法。
2.3.3差速调整
车在转弯时后轮的速度会不同，所以需要差速器。在后轮不打滑的情况下，差速越松，转向效果越好，但是太松的差速会导致无法提供驱动力。实际中在赛道上调整到比较平衡的值就可以了。在差速和摩擦轴承中适当加点油也可以一定程度上改善差速的性能。
主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角[2]。它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的回正力矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动回正的能力就越强，但是过大的回正力矩会使车辆转向沉重。通常主销后倾角值设定在1°到3°。模型车通过增减黄色垫片的数量来改变主销后倾角的，由于竞赛所用的转向舵机力矩不大，过大的主销后倾角会使转向变得沉重，转弯反应迟滞，所以设置为0°，以便增加其转向的灵活性。
2.2.2 主销内倾角
主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角，它的作用也是使前轮自动回正[2]。角度越大前轮自动回正的作用就越强，但转向时也就越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动回正的作用就越弱。通常汽车的主销内倾角不大于8°，主销内倾的调整应该保持在一个合适的范围，“一般来说0~8度范围内皆可”。在实际的调整中，只要将角度调整为 5 度左右就会对于过弯性能有明显的改善。如果赛道比较滑，可以将这个角度再调节的大一些。在实际制作中，这个角度调节为8度左右。
对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于过大的内倾角也会增大转向阻力，增加轮胎磨损，所以在调整时可以近似调整为0°~3°左右，不宜太大。主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时主销后倾的回正作用大，低速时主销内倾的回正作用大。
2.2.3 车轮外倾角
前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角[2]，对汽车的转向性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性[1]。在汽车的横向平面内，轮胎呈“八”字型时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为正外倾。如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个正外倾角度，一般这个角度约在1°左右，以减少承载轴承负荷，增加零件使用寿命，提高汽车的安全性能。模型车提供了专门的外倾角调整配件，近似调节其外倾角。由于竞赛中模型主要用于竞速，所以要求尽量减轻重量，其底盘和前桥上承受的载荷不大，所以外倾角调整为0°即可，并且要与前轮前束匹配。
2.2.4 前轮前束
所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角[2]。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”
或“负前束”。在实际的汽车中，一般前束为0~12mm 。前束的调整总是依据主销内倾的调整。只有主销内倾确定后才能确定合适的前轮前束与之配合。前轮前束的调整是方便的。主销内倾的调整由于要拧开螺丝钉，固定件又为塑
料，所以频繁的调整容易引发滑丝现象。而前束不会，所以调整前束是最安全、方便的。前束在摩擦大的时候有明显的效果。但是一定不要太大，适当的放开一两圈就够了。在模型车中，前轮前束是通过调整伺服电机带动的左右横拉杆实现的。主销在垂直方向的位置确定后，改变左右横拉杆的长度即可以改变前轮前束的大小。在实际的调整过程
中，我们发现较小的前束，约束0~2mm可以减小转向阻力，使模型车转向更为轻便，但实际效果不是十分明显。调节合适的前轮前束在转向时有利过弯，还能提高减速性。将前轮前束调节成明显的内八字，运动阻力加大，提高减速性能。由于阻力比不调节前束时增大，所以直线加速会变慢。智能车采用稳定速度策略或者采用在直道高速弯道慢速的策略时，应该调节不同的前束。后一种策略可以适当加大前束。
虽然模型车的主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前束等均可以调整，但是由于车模加工和制造精度的问题，在通用的规律中还存在着不少的偶然性，一切是实际调整的效果为准。
2.4智能车后轮减速齿轮机构调整
模型车后轮采用RS-380SH 电机驱动，电机轴与后轮轴之间的传动比为18：76（电机轴齿轮齿数为18，后轴传动齿数为76）。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动的现象。判断齿轮传动是否良好的依据是，听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。
2.6其它机械结构的调整
另外，在模型车的机械结构方面还有很多可以改进的地方，比如说底盘、车身高度、悬架等。合理的底盘刚度和底盘高度
模型中，将四轮悬挂机构简化为一根连接车体前部与后部的悬架弹簧。在实际运用中可以通过增加垫片的办法将底盘刚度调整的更紧，从而使得智能车前后连接更加稳定，提高传动效率。此外，我们还对模型车的前后悬架弹簧的预紧力进行调节，选用不同弹性系数的弹簧等方法进行了改进。前轮悬架弹簧选用弹性系数低的弹簧，减震效果越好，但对转向的影响越大，转向会变得不灵敏，而且弹簧容易失效。而选用弹性系数高的弹簧会造成减震效果太弱，车身处于不稳定状态，产生激振，对传感器的接受造成影响。因此，弹簧的选用需慎重。我们采用模型原装弹簧，效果良好。
杭电科大钱江一号队（四届特等奖）
3.4 机械部分调整
对车模机械部分主要做了以下调整：1）前轮倾角调整；2）后轮差速机构调整。对前轮的调整，目的只是想让车模在行进中轮子总是只有滚动而没有横向的滑动。这样就减小摩擦调高灵活性，对差速机构的调整是为了调高车模过弯性能。
3.4.1 前轮倾角调整
为了保证车模转向轻便，行驶稳定，车模的前轮安装要有一定的角度位置要求。也就是通常说的前轮定位。包括转向节主销后倾、转向节主销内倾、前轮外倾和前轮前束。
1) 主销后倾
主销后倾可以增加小车直线行驶的稳定性，也就是前轮在偏转以后有自动恢复中立位置的趋势。这点可在日常生活中观察到，我们房间的门如果门销后倾，开门后没有外力会自动回复。
2) 主销内倾
主销内倾后缩短了主销轴线与地面交点到车轮着地点间的距离，这样就减小了使车轮偏转时所受到的摩擦反力矩。也就是转向省力。
3) 前轮外倾
前轮外倾和主销内倾合作可进一步缩短车轮着地点与主销轴线和地面交点间的距离，更减小以前轮转向时需克服的摩擦力矩。
4) 前轮前束
汽车的两个前轮在中立位置时，后端的距离与前端的距离之差叫做前轮前束。由于前轮外倾，使车轮产生向外滚动的倾向，车轮向外滚动的同时将与地面产生横向滑动，这将引起轮胎的磨损，并增加行驶阻力，有了前束后，左右前轮的前方略向内靠拢，这样就抵消了车轮由于外倾而产生的车轮向外滚动的趋势。前轮定位角度允许有一定的偏差，但数值要在一定的范围内。否则起不到应有的效果，并会带来一系列的弊病。
3.4.2 差速机构调整
差速作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。差速机构如图3-10 所示。车模在过弯时车轮的轨线是圆弧，如果向左转弯，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。
我们希望是车模在减速的时候，后轮没有差速，而在过大弯道时有很大的差速。这样，即加速快又过弯灵活。但是，实际的差速机构不可能达到这效果，我们调节差速只是平衡两项，在转弯较灵活地方情况下尽量不影响加速性能。
5.3 调试中遇到的问题及解决过程
5.3.1 高速舵机问题
对于激光管的摆头，我们希望它反应越快越好，为此我们使用了高速舵机。高速舵机在不加电的时候，用手也是很容易转动它。在使用中我们发现，高速舵机确实反应灵活，但是，当把激光管摆到中心之后，舵机稳不下来，一直在中心位置附近左右颤动，这样会使得激光光点在赛道上颤动而影响采样结果。在舵机颤动过程中，我们注意到给它的PWM 波的周期和占空比都是恒定不变的。那它为什么会颤动呢？我们也不好说找到真正的原因，但我们想普通舵机为什么不会颤，因为它内部阻力大，能促使舵机达到稳态后很快的稳定下来。而且在舵机颤动的过程中，只要少用手扶一下，舵机就能稳定下来。所以我们就在舵机外部增加一些障碍以增大它的外部阻力。实践证明，增大高速舵机的外部阻力以使舵机快速稳定下来的做法是可行的，虽然稍增大了一点阻力，但舵机的转动依然很灵活。
河海光电1队技术报告(四届一等奖)：
第七章机械结构的调整
为了让赛车能在直道和弯道上高速稳定的通过，过弯灵巧，快速，除了有相应的软件和硬件电路的设计之外，赛车的机械结构对其有重要的影响。为此需对赛车的机械结构做了一些相应的调整。本章的将主要介绍赛车车模的机械
特点和调整方案。
7.1底盘的调整
通过加模型车里的配件，把车的前、后轮底盘放低（在新车模的基础上），从而降低整车的重心，防止车翻倒。改装后发现智能车转弯比以前灵活许多。车身抖动也相应减小，车在弯道行驶中采集的数据更准确，车的稳定性得到了保障。
7.2前轮的调整
调试中发现，由于激光管安装采用胶棒粘在PCB 板上，使得传感器模块变重，而传感器模块安装在前轮的正上方，在车模过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。
前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等 4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。主销后倾角是前轮主销与前轮垂直中心线之间的夹角，也就是主销上端向后倾斜的角度。在赛车上是通过四个黄色的小垫来调整的。减小主销后倾角可以减小前轮的回正力矩。也就是如果车轮向右转，后倾角可以
如果轮胎磨损则得不偿失，所以内倾角调整为0°。前轮外倾角是前轮的上端向外倾斜的角度，如果前面两个轮子呈现“V”字形则称正倾角，呈现“八”字则称负倾角。由于前轮外倾可以抵消由于车的重力使车轮向内倾斜的趋势，减少赛车
机件的磨损与负重，所以赛车安装了组委会配备的外倾角为1°的配件。
前轮前束是前轮前端向内倾斜的程度，当两轮的前端距离小后端距离大时为内八字，前端距离大后端距离小为外八字。由于前轮外倾使轮子滚动时类似与圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。但由于拉杆的作用使车轮不可能向外滚开，车轮会出现边滚变向内划的现象，从而增加了轮胎的磨损。前轮外八字与前轮外倾搭配，一方面可以抵消前轮外倾的负作用，另一方面由于赛车前进时车轮由于惯性自然的向内倾斜，外八字可以抵消其向内倾斜的趋势。外八字还可以使转向时靠近弯道内侧的轮胎比靠近弯道外侧的轮胎的转向程度更大，则使内轮胎比外轮胎的转弯半径小，有利与转向。
7.3后轮距及后轮差速的调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时 4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高，以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。由于速度高，赛车在转弯时容易翻倒，为了增加整车的平衡能力，可用组委会提供的配件把后轮改为大轮距。
在拐弯时由于弯道内侧轮比外侧轮的拐弯半径小，则内侧轮比外侧轮的速度小，这就使两轮胎有一定的速度差，称为差速。而赛车的差速机构安装在后轮轴上的，所以只可以调整后轮的差速。经多次调试观察发现差速对赛车转弯有很大的影响。如果差速过紧，即两轮胎的速度很接近时，转弯的时候内侧轮很容易打滑，从而产生侧滑，使赛车滑出赛道。当差速过松时，会使直道的时候两轮打滑，大大的减小了赛车的驱动能力。所以差速调整要适当，才会使直道驱动能力强，弯道转弯灵巧。调试差速的经验是把赛车放在赛道上捏住一个轮胎不动让另一个轮胎能在赛道上半滑动时为佳。
7.4齿轮传动机构的调整
车模后轮采用RS-380SH-4045 电机驱动，由竞赛主办方提供。电机轴与后轮轴之间的传动比为9：38（电机轴齿轮齿数为18，后轮轴传动轮齿数为76）。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装太紧会增加电机的负载，对车的加速、制动性能影响很大，若安装的太松，会出现漏齿现象。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，白白浪费动力;传动部分要轻松、顺畅，容易转动，不能有卡住或迟滞现象。
齿轮传动机构的调整就是调整电机输出轴的齿轮与后轮轴上齿轮之间的耦合程度。当耦合比较松时由于两齿轮之间存在较大的缝隙，齿轮转动时会产生很大的两齿轮之间的碰撞声音，这样会大大增加齿轮的磨损。当耦合的比较紧时齿轮之间的摩擦力变大，这样就会使电机分出一部分驱动力克服齿轮之间的摩擦力做功，电机的负载无形中就增强，降低了电机对后轮的驱动能力。为了使齿轮的调整比较适当，采用听齿轮之间的声音的办法来调整其耦合程度效果不错。当齿轮耦合较松或两齿轮之间不平行时的声音很响，也就是齿轮之间撞击的声音很大，当齿轮耦合比较紧时声音很沉闷并且迟滞，最佳状态是基本上没有撞击的声音，声音清脆并且没有迟滞现象。
7.5优化舵机响应
赛车转向时舵机的响应速度是一个很重要的因素，为了加快舵机的响应时间，做一些相应改进。第一，用电池电压直接给舵机供电，增强驱动能力，第二，增加从舵机到连杆之间的长度，减小舵机转动角度，从而提高舵机的相应
时间。第三，把舵机倒立放置，使舵机位于两轮的中心线上，将连接两轮胎到舵机的连杆改为同等长度，使舵机左右转向时受力比较均匀，保障舵机在转左、右弯一样灵活。对以上舵机安装进行调整，舵机的响应速度提高许多，为快灵巧的转向提供了硬件的保证。
7.6 后悬挂减震系统
(1)后悬挂纵向减震系统：
将纵向悬挂前端固定底座后移，可以增加纵向减震弹簧的预紧度，同时增加3个弹簧垫片，提高了底盘的纵向刚度。
(2)后悬挂横向减震系统：考虑到赛道在转弯时，由于速度大小与舵机转向角度可能存在不匹配，导致智能车过弯出现抖动，
赛车在转弯处主要靠舵机转动提供转角，虽然舵机的性能是固定的，但是不同的舵机安装方式会使其性能有所不同。经过一个月时间的研究、试验，经常出现舵机转右弯不能转到程序里面设定值，为此苦恼了很长时间，最终采用立式舵机固定方式，使两端距两轮的离相等，便于改变转角。可是舵机转动的灵活性还是与理论中存在着很大差距的，所以准确地为舵机定位，合理的机械结构也会使舵机得到充分发挥。
（2）静电干扰
由于赛车车轮与赛道间摩擦，会产生静电。有时车跑完后拿起来，有种被电击，很麻的感觉。受静电影响赛车会产生许多异常情况，如单片机复位、传感器采集状态紊乱、舵机死机等现象。为此我们在赛车底盘上贴上绝缘胶带，隔离车与地面摩擦带来的静电。同时增加PCB 板绝缘等级，增大爬电距离有效防止静电。
杭大信息工程学院Thriller（一等奖）
为了增加赛车转弯灵活性，首先，我们将舵机力臂加长到35mm 。这样，对于同样的转弯角度值，只需更小的舵机转角，减小了舵机转弯时惯性带来的弊端。其次，我们将舵机竖立安装，使舵机连杆水平且长度相等，因为此时舵机提供的力全部用在转弯上，而且便于控制。在正常情况下，车轮从最左侧转到最右侧，舵机需要转动50 。而将摆臂伸长之后，车轮从最左侧转到最右侧，舵机只需要转动30 。从理论上讲，这样可以在舵机性能一定的情况下，提高车轮转向的响应速度。由于我们采取的是转头方案，在车身电池与前轮之间再安装一个舵机，用来连接激光发射与接收电路，此方案最大的优势在于赛车的弯道转弯时不容易丢失黑线信息，显著提升赛车速度。如图 3.1 。
北京科技大学天津学院－战鹰一队
2.2 车模转向舵机机械结构的设计
转向系统在车辆运行过程中有着非常重要的作用，合适的前桥调整参数可以保证在车辆直线行驶过程中不会跑偏，即保证车辆行驶的方向稳定性；而在车辆转向后，合适的前桥可以使得车辆自行回到直线行驶状态，即具有好的回正性[9]。基于这个原因，前桥参数调整及转向系统优化设计必然会成为智能车设计中机械结构部分的重点，在实际操作中，我们通过理论预测进行方案的可行性分析，然后做出实际结构以验证理论数据。
另外，在模型车制作过程中，除了遇到“如何得到良好的方向稳定性”的问题外，还要考虑如何尽快实现转向。而由于功率是速度与力矩乘积的函数，追求速度，必然会使力矩减小，因此设计时就要考虑到舵机的动力与来自地面的摩擦阻力间的关系，避免因舵机力量太小使得车辆无法转向的情况发生。经过最后的参数比较，为了解决以上问题，我们希望通过设计一些可调整的机构，加上实际测算，最后得出一套可以稳定、高效工作的参数及机构。
在最终设计的这套机构中，我们综合考虑了速度与扭矩间的关系，并根据模型车底盘的具体结构，简化了安装方式，实现了预期目标，不过该机构仍存在自身重量太大的问题，我们将在以后的调试过程中逐渐改进。根据不同需要调整其位置与安装方式，增加舵机上连接件长度，虽在一定程度上增加了舵机的负载，但能增加转动灵活性。我们采用的是倒置式安装。倒置式安装的连杆是在水平面上产生位移，不会通过拉杆（二力杆原理）给前轮附加载荷，使转向灵
敏。
2.3 车模机械调整
底盘
合理的底盘刚度和底盘高度调节会提高智能车的加速性能。智能车的重心应该越低越好，降低地盘时实现重心下降的较为直接的方式。应注意到底盘高度的调节是将智能车的其他性能提高以后间接的帮助加速性能提高。但由于新赛道中加入了窄道，从宽道到窄道的连接处，有一5mm 厚的凸起部分，为了能够安全的通过，并不使地盘受到不必要的磨损和震荡，因此地盘距离地面高度不能低于5mm 。降低底盘的方式可以通过增加前轮的垫片和换用后轮高位安装卡片来实现。本次比赛组委会提供的智能车模型中，将四轮悬挂机构简化为一根连接车体前部与后部的悬架弹簧。在实际运用中可以通过增加垫片的办法将底盘刚度调整的更紧，从而使得智能车前后连接更加稳定，提高传动效率。前轮定位本次比赛的车模有四个可调定位参数：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。其中主销后倾不宜随便调整，容易使得特性变得更差。建议保持默认值。没有做过前轮外倾角度的调整，实验主要调整主销内倾和前束。前束的调整总是依据主销内倾的调整。只有主销内倾确定后才能确定合适的前轮前束与之配合。主销内倾的调整应该保持在一个合适的范围，“一般来说0~8 度范围内皆可”。在实际的调整中，只要将角度调整为 5 度左右就会对于过弯性能有明显的改善。如果赛道比较滑，可以将这个角度再调节的大一些。在实际制作中，这个角度调节为8 度左右。前轮前束的调整是方便的。主销内倾的调整由于要拧开螺丝钉，固定件又为塑料，所以频繁的调整容易引发滑丝现象。而前束不会，所以调整前束是最安全、方便的。前束调整最好与主销内倾保持一致，前束在摩擦大的时候有明显的效果。但是一定不要太大，适当的放开一两圈就够了。由于前面转向系统磨损严重，一定要定时检查固定螺丝是否松动，不然将严重影响智能车行驶。甚至损坏智能车。调节合适的前轮前束在转向时有利过弯，还能提高减速性。将前轮前束调节成明显的内八字，运动阻力加大，提高减速性能。由于阻力比不调节前束时增大，所以直线加速会变慢。智能车采用稳定速度策略或者采用在直道高速弯道慢速的策略时，应该调节不同的前束。后一种策略可以适当加大前束。
第四届全国“飞思卡尔”杯广东技术师范学院机电之星
2.3 舵机的安装
为了提高舵机的响应速度，可以考虑延长舵机的摆臂。在正常情况下，车轮从最左侧转到最右侧，舵机需要转动50°。而将摆臂伸长之后，车轮从最左侧转到最右侧，舵机只需要转动30°。从理论上讲，这样可以在舵机性能一定的情况下，为了在不影响舵机正常驱动能力的前提下提高车轮转向的响应速度。但是摆臂伸长过多，会因摆臂过长而转向力不足。并经过经验总结，我们的摆臂长定为3.8cm。
舵机的安装方式有很多种，通过鉴定上一届各参赛队的安装方式，并通过实践。舵机竖着安装，在受力还是在转向方面都是比较有优势。还有车在直线行驶状态下的车轮定位参数尤其是前束值会发生变化，这时需要稍微调整两根转向拉杆的长度，我们的拉杆的长度调为将近等长的，有利于转角对称性，并将前束值调整至合理的范围内。摆臂加长后，舵机空行程会
图2-2 舵机安装图
2.5 底盘高度调整
按照常规，车辆底盘高度越低，车辆重心越低，车行驶稳定性最好，后轮的抓地力也较好，前轮转向越敏感和轻便。因此在很多赛车比赛中，提高速度有效方法就是降低底盘高度。我们在前轮转向机构处，增加一块1mm垫片，略微降低了赛车前部的底盘高度，使底盘呈现一种前低后高的倾斜状态。同时我们把控制电路和驱动电路分开两个板块，有效地缩小了电路板的面积，使其靠近地盘的位置安装，使车的重心降低，使车在高速行驶时更加的平稳。实际如图2-4所示。
东北大学龙腾队
前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。
主销后倾角是前轮主销与前轮垂直中心线之间的夹角，也就是主销上端向后倾斜的角度。在赛车上是通过四个黄色的小垫片来调整的。减小主销后倾角可以减小前轮的回正力矩。也就是如果车轮向右转，后倾角可以产生一个向左的回正力，使车轮回正比较快，但又使转向更为费力。设黄色垫片2:2（即前2后2）为0°，3:1（前3后1）为负2°～3°，则我们改为1:3（前1后3），使其倾角为2°～3°。这样则可以减小回正力矩的作用，使转向更为灵活，但也会使回正比原来稍慢。
前轮定位的调整
前轮外倾角是前轮的上端向外倾斜的角度，如果前面两个轮子呈现“V”字形则称正倾角，呈现“八”字则称负倾角。由于前轮外倾可以抵消由于车的重力使车轮向内倾斜的趋势，减少赛车机件的磨损与负重。
前轮前束是前轮前端向内倾斜的程度，当两轮的前端距离小后端距离大时为正前束(前窄后宽)，前端距离大后端距离小为负前束。由于前轮外倾使轮子滚动时类似与圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。但由于拉杆的作用使车轮不可能向外滚开，车轮会出现边滚变向内划的现象，从而增加了轮胎的磨损。若将车头设定在正前束时，则直线前进的性能会提升；若是设定在负前束的话，车子的转向会变得灵敏，操控时的反应会变快。考虑到赛道情况和外倾角的搭配，所以我们选择正前束加强直道性能。
1.1后轮距及后轮差速的调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动。当车辆在正常的过弯行进中，此时4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高。
在拐弯时由于弯道内侧轮比外侧轮的拐弯半径小，则内侧轮比外侧轮的速
度小，这就使两轮胎有一定的速度差，称为差速。而赛车的差速机构安装在后轮轴上的，所以只可以调整后轮的差速。经多次调试观察发现差速对赛车转弯有很大的影响。如果差速过紧，即两轮胎的速度很接近时，转弯的时候内侧轮很容易打滑，从而产生侧滑，使赛车滑出赛道。当差速过松时，会使直道的时候两轮打滑，大大的减小了赛车的驱动能力。所以差速调整要适当，才会使直道驱动能力强，弯道转弯灵巧。
1.2优化舵机响应
组委会提供的舵机为S3010，舵机的响应速度对整车灵敏度起很大作用，为了加快舵机的响应速度，我们做了一些改进。第一，用电池电压即7.2V直接给舵机供电，第二，增加从舵机到连杆之间的长度，并采用铝合金加工，使同样的角速度下能够输出更大的线速度，达到加快响应的目的，同时保证了较强刚度和较低重量。通过以上这些改造舵机的响应速度提高许多，快速转向灵敏程度。
光电_第四届_哈工大极品飞车2号技术报告
6.1舵机安装方式更改
极品飞车2号的平均速度很大程度上取决于其在通过弯道时的最高速度。其中，提高舵机的响应速度进而提高前轮转向速度是关键。为解决这个问题我们采取的方法如下：
在舵机的输出盘上装一个较长的输出臂，将转向传动杆连接在输出臂末端。这样就可以在舵机输出较小转角下，取得较大的前轮转角，从而提高了整个车模转向控制的速度。如图7.1所示
图6.1 舵机结构调整
6.2底盘高度及轮距调整
按照车辆运动学理论，降低底盘与地之间的高度能够提高稳定性并减小侧滑，同时，增大后轮距能减小智能车的侧滑。但是跑道中加入了坡路，则需考虑智能车的通过性，底盘不能太低。对于速度很高的赛车，增加前轮距可以提高赛车运行的稳定性，这可以通过将前轮外装来实现。
6.3减轻重量
车模在整个竞赛过程中，加速加速度和减速加速度的大小将直接决定车模在全程中的平均速度，要想提高车速就必须提高这两个加速度。在硬件系统确定的情况下，欲提高车模的加速度，最直接的办法就是降低车模的重量。
极品飞车2号在降低重量方面的操作原则为在不违反比赛规则和不影响正常行驶的情况下，减轻所用材料的重量，拆除所有多余零件，同时不安装无用零件。如车模前端的防撞杆、后部的部分安装支架都拆除了；除电路板和红外传感器没有安装任何其他零件。
在电路板的设计过程中，为了减少车体的重量，在保证正常工作的情况下，采用的最简单的电路和最少的元器件。同时，在电源及驱动部分，为了不安装散热片，对功率集中的器件群进行了冗余设计，使其散热量降低。在布局上，使用的双面紧凑布局的方法，最大限度上减小电路板的面积，减轻重量。
6.4重心调整
赛车重心的前后方向调整，对赛车行驶性能有很大影响。按照车辆运动学理论，车身重心前移，会增加转向，但会降低转向的灵敏度，同时降低后轮的抓地力；重心后移，会减少转向，但会增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加。
因而调整合适的车体重心，让智能车更加适应跑道是很关键的。根据实际调试经验，鉴于当前舵机响应较迟缓，因此，需要将车的重心前移，增加转向性能。
6.5前轮定位
现代汽车在正常行使中，为了使汽车直线行使稳定，转向轻便，转向后能自动会正，并减少轮胎和转向系统零件的磨损等，在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的安装位置，叫车轮定位，其主要定位参数包括：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。本次比赛中的所使用的车模的这四个参数均可调整。
各定位参数的作用如下：
1、主销后倾角汽车在车轮偏转后，会产生一回正力矩，纠正车轮的偏转。欲使车模转向灵活，主销后倾角可设定为0°。同时过大的主销后倾角会使转向沉重，由于车模舵机性能偏软，主销后倾角会对转向性能带来不利的影响。极品飞车2号主销后倾角为0°；
2、主销内倾角主销内倾角也会使车轮具有自动回正的作用，当转向轮在外力的作用下发生偏转时，由于主销内倾角的原因，车轮连同整个车模的前部将被抬起一定的高度，当外力消失后，车轮就会在重力作用下，回复到原来的中间位置。极品飞车2号的主销内倾角也为0°；
3、前轮外倾角前轮外倾角一方面可以在车模重载时减小主销与衬套、轮毂与轴承等处的装配间隙，使车轮接近垂直路面而滑动，同时减小转向阻力，使车模转向轻便；另一方面还可防止由于路面对车轮垂直反作用力的轴向分力压向轮毂外端的轴承，减小轴承及其锁紧螺母的负荷，从而增加这些零件的使用寿命，提高车模的安全性。由于车模用于竞赛，负载较轻，极品飞车2号的前轮外倾角设定为0°；
4、前轮前束为了减小由于前轮外倾带来的转向轮的磨损，前轮前束应该与前轮外倾角配合。极品飞车2号的前轮前束因此设定为0°。
综上，为了提高车模的转向灵活性，并没有对前轮进行机械调整。由于没有会正力矩，当车模在直线行驶中，将主要靠舵机对前轮的转角进行束缚，并通过位置闭环控制，使转角稳定