为了增加智能车的可控性和动力性能,对智能车做了如下的机械调整。
1、 舵机的改造
极品飞车Ⅰ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
- 提高舵机的工作电压同样可以提高其响应速度:实际使用过程中,由7.2V电池直接供电。此电压虽然高于舵机允许的最高电压6V,但可以直接为舵机供电。
2、 底盘高度及轮距调整
按照车辆运动学理论,降低底盘离地间隙,能够提高形式稳定性并减小侧滑。但是跑道中加入了坡路,则需考虑智能车的通过性,适当地提高了底盘高度。同时增大后轮距也能减小智能车的侧滑。
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Ⅰ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(如:CMOS摄像头支架采用质地轻的碳纤维杆),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CMOS摄像头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。
3、 重心调整
车辆重心的前后方向调整,对智能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。
极品Ⅰ号的设计灵感很大一部分来自极品飞车这款游戏。极品飞车这款游戏中各个款式的汽车模型的数学描述是结合真实环境下各品牌汽车的各项技术参数而设计的,在游戏中驾驶车辆的感受和真实环境下的感受相差不多。游戏中,选择一款适合自己的车辆,是能否完成比赛的先决条件,因为不同品牌或不同马力的车型的重量和重心位置是不同的,驾驶时需要完全不同的驾驶技巧,如同一品牌的奔驰车,如果选择肌肉车即车体重心靠前发动机马力较大,在驾驶时需要有较好的路径预判能力,在整个行驶过程中,肌肉车极容易出现惯性侧滑;若选择超级赛车,整个车体的重心在中间偏前的位置,车体的灵活性强,驾驶舒适,转向性能受车体重量的影响,在漂移中,该种车型较容易控制;还有一种车型为改装车,这种车的各个主要组成部分以及各项技术参数可以根据车手的需要进行随意的调整,但是没有专业的知识,想配一辆好车并不是容易的事情。考虑到极品Ⅰ号的目标是追求速度,而不是漂亮的漂移动作,极品Ⅰ号的重心位置被设定为中间靠前的位置。与游戏中超级跑车的重心基本一致。
在后续的算法调试中发现,比赛中所使用的车模的性能和游戏中的车模的性能基本一致。在重心过于靠近车体前端时,类似于肌肉车,在行驶过程中容易出现后轮侧滑现象,当车速过高时则调头;当重心在车体中间偏前的位置时,类似于超级跑车,在行驶过程中,转向灵活,不会出现太大的侧滑。当重心后移过大,则前轮易丧失转弯能力。为保证车模稳定的高速行驶,极品1号的重心位置在车体中间靠前的位置。
4、 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1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1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1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1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。
5、 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1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(如:CMOS摄像头支架采用质地轻的碳纤维杆),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CMOS摄像头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。


