飞思卡尔智能车底盘调整 - 图文

第三届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

A型车

1、作用：提高智能车的加速性能、降低智能车的重心、增加车的刚度 做法：

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。其次由于赛道是平整的，因此可以把小车上的减震弹簧去掉以增加车的刚度。

舵机的安装

去年我们测试了加长舵机臂的效果，加长舵机臂对提高舵机的响应确实有一定的效果，但是车身转动的惯性限制了车的转向。而舵机臂加长会降低舵机定位的精度、提高重心、造成舵机损坏等。所以今年我们放弃了加长舵机臂，将舵机从车头移到车的中心，直接安装在车的底盘上。这样既可以降低车的重心，又可以降低车的转动惯量。同时两边使用相同长度的舵机臂，保证转向的一致性。舵机臂则自制了铝件以增强舵机臂的强度。连杆安装角度和前束可以改变前轮转向的几何关系。汽车方面的书籍中会有提到“阿克曼转角”。不过我们所使用的车模空程比较大，轮胎比较软，与理论值相差较大，所以没有刻意调校。

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图1 舵机

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。

图2 侧面

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底盘的调整

我们把车的后轮底盘放低（在新车模的基础上），从而降低整车的重心，防止车翻倒。而车头的底盘高度不变，这是为了使车能顺利的上坡而不至于由于底盘过底使底盘擦到赛道。

后悬挂减震系统

(1)后悬挂纵向减震系统：

本组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，提高了底盘的纵向刚度。

(2)后悬挂横向减震系统：

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。

例：（某摄像头组）车体机械建模

此次比赛选用的赛车采用 1/10 的Matiz 仿真赛车。赛车机械结构只使用竞赛提供赛车的底盘部分及转向和驱动部分。控制采用前轮转向，后轮驱动方案。具体赛车数据如下：车长： 316mm 车宽： 172mm 。如图3.1 所示：其中虚线部分为轮胎，A 点为右轮的转动轴点，同理，对应左侧相应位置。

图 3-1 底盘结构图

B型车

车模底盘参数优化和前轮参数优化等调整可以保证车体在机械结构方面具有良好的性能，使其拥有较强的执行能力，其重要性丝毫不亚于良好的控制策略，保证被控对象的轻便与灵活同样有利于提高控制效果。

由于B型车模的自身特点，车模底盘可利用空间很小，硬件组成员改进了电路板形状，使电路板和汽车模型底盘形成了完美契合。

合理的底盘刚度和底盘高度调节会提高智能汽车的加速性能。智能汽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汽车的其他性能提高以后间接的帮助加速性能提高。为适应各种不同的桥面，我们采用底盘高度可调的连接方式，能够在现场调试过程中针对不同情况进行调节。本次比赛组委会提供的智能汽车模型中，我们将前后的减震器全部拿去，并对底盘进行了相应的加固，从而使得智能汽车前后连接更加稳定，提高传动效率。

智能汽车前轮定位的调整 主销后倾角

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。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°。模型车主销后倾由前齿轮箱底面与底盘间角度调整的，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。

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，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。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。

舵机的安装

舵机的反应速度快慢是小车快速运行的关键，将舵机架高，增长了力臂，小车反应更加灵活，但同时阻力也增大，力的作用减小。因此，本设计根据舵机性能和实际情况确定高度，将舵机倒放在小车的前部，增加了小车底盘空间，易于安放电路板，降低重心。将舵机固定在离底盘5cm处。同时我们利用手头现有的各种材料制作了一个小巧坚固的舵机支架，尽量减少了整车的重量。以便赛车提速。

图2.4 舵机的安装

控制板安装

“降低智能车重心，减轻整车重量”，是我们进行智能车机械安装的总体原则，因此我们将控制板置于小车前部尽量靠近底盘的地方，驱动板安装在小车中后部的两个立柱上，使整车的重量分部均匀，整体的重心在中间偏后，如下图所示。

图2.6 控制板以及驱动板的安装

底盘结构调整

模型车采用的底盘是四轮独立悬架，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，因此必须对底盘参数做出一定的调整。

5.2.1 底盘高度

车身高度指的是当车子满载的时候，底盘离地面的高度。车身高度直接影响模型车重心的高度，也会影响模型车过坡道。可以通过旋转前、后桥中的一粒内六角螺丝来调整车身高度。最终调整后的高度为1.0cm～1.2cm如图5.2、5.3所示。

B型模型车采用的是国内厂商生产的1：16的电动越野遥控车的底盘部分，突出特点为四轮驱动，四轮独立悬挂，相比于往年比赛采用的A型车模结构上复杂程度有所增加。同时可调整参数也有所增加，而通过调整这些参数，可以改变车辆的性能。

5.2 底盘结构调整

模型车采用的底盘是四轮独立悬架，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，因此必须对底盘参数做出一定的调整。 5.2.1 底盘高度

车身高度指的是当车子满载的时候，底盘离地面的高度。车身高度直接影响模型车重心的高度，也会影响模型车过坡道。可以通过旋转前、后桥中的一粒内六角螺丝来调整车身高度。最终调整后的高度为1.0cm～1.2cm如图5.2、5.3所示。

图5.2前桥的内六角螺丝

图5.3 后桥的内六角螺丝

最终调整后的效果如图5.4所示。

图5.4 底盘高度调整后效果图

5.2.3 底盘的加固

在调试过程中，发现这款模型车的底盘质地比较软，当模型车运行过程中就会出现晃动的情况，在高速运行时尤其明显。严重时晃动会使激光接收管出现接收不到的情况，大大影响了速度的提高。仔细观察发现，底盘两头连接车轮结构的部分太细，如图5.5，这是造成车体晃动的主要原因。在不影响前轮转弯的情况下尽量使

用较宽、较硬的材料加固。加固后的效果图如图5.6所示。

图5.5 车体晃动的原因

图5.6 前轮加固后效果图

2.4.1 重心高度

重心的高度是影响智能车稳定性的因素之一。当重心高度偏高时，智能车在转弯过程中会发生后轮抬起，即‘抬脚’现象，严重时甚至翻车。 本队重心高度的调节主要从以下方面着手：

一、车底盘高度调整：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。但是由于赛道中坡道的限制，底盘的高度在低于5mm时将会冲撞坡道，并不使地盘受到不必要的磨损和震荡，剧烈的冲击甚至会撞坏转向机构。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在减震弹簧中增加套管实现

二、车体构件高度调整：在智能车改装过程中，我们一直把重心作为考虑因素之一。

使重量的分布尽量靠近底盘。此外更小体积的电路板可以恰好镶嵌在底盘其他构件的空隙之中。

三、紧固螺丝：在智能车对于紧固程度要求不高的地方，如电路板固定螺丝，传感器定位螺丝等，采用尼龙材质的螺丝；在车底盘等高度较低的地方采用车模原配螺丝。这样不仅可以降低整车重量，而且可以使重心高度尽量降低。 2.4.2 重心与中心线偏离程度

重心与中心线偏离程度主要影响左右转弯性能的对称性。车模固有结构重心与重心线严重偏离，因此，应该再设计过程中予以纠正使之尽量靠近中心线。方法请参照2.4.1。

2.4.3 重心前后调整

调试经验证明，前后重心应位于中间差速齿轮箱附近。此时车体性能较好。

重心过于靠前将引起前轮压力过大，转向舵机需要更大的极限拉力（为提供更大的极限拉力必须短力臂，但此举降低了转向反应速度）。

重心过于靠后一起前轮压力过小，前轮抓地力不牢，转向性能下降。 2.4.4 重心简易测量方法

一、绳子测量法：利用拉紧的绳子，将车放于其上，使绳子平行（测中心偏离中心线程度）或垂直于车体中心线（测重心前后偏移程度），移动车子使车在绳子上平衡。平衡处既是车重心所在直线。

图2.7 单点测量重心法

二、单点测量法：利用凸型物体（如鼠标，车模配套十字架等）将车放于其上，使之平衡。平衡处即是重心。注：此法不适于测量重心高度。如下图所示

图2.7 单点测量重心法

前轮减震弹簧改进

本车模设计为越野车，但通过平时不断调试，发现前轮由于减震弹簧松软，在小车高速转弯时效果很差，影响舵机的精确控制，加之底盘很软，实在不利于小车提速，最终我们将其设计为平板车，提高前轮和后轮的减震弹簧的系数，并降低车模底盘高度，增加前避减震弹簧硬度，也能改善甩尾情况的发生，过弯失速有可能为前轮抓地力比后轮强，也就是所谓的转向过度，让前避震变硬来降低车辆侧倾量将会改善甩尾情形，更会让车辆偏向于稳定。

前轮舵机的安装

原装车模的舵机是躺着固定在车模底盘上的，它的传动级数多，加之舵机

本身的速度就不快，力也不够大，所以就造成了小车行进时打角不快不大的弊 端和容易烧舵机的缺点。为了改变这种境况，我们尝试了很多方法：如加长舵 机的力臂，将传动连杆由原来的狗骨头换成虚位更小的连杆，但是效果始终不是很明显。华东赛后，我们改变了舵机的安装位置，即按照A 车模的安装舵机 的经验，把它安装在车头上，这样既可以加长舵机的力臂，又可以减少传动级 数，大大简化了车头的机械。

最后，我们的舵机就这样被立放在车头上面，如图3-5，我们用一片铝片把 舵机牢牢固定在车头的差速箱上，并且在车身底盘上做加固装置，以消除舵机在打角时带来的车头晃动。

图 3-5 前轮舵机的安装及底盘的加固

陈宋 李立国 黄开胜. 智能模型车底盘浅析电子产品世界, 2006，6(153)

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