经过半年的制作发现,本次智能车比赛中,检测黑线的方法和对车模的控制算法是取胜的关键,然而,车模本身的机械性能也是不容忽视的。机械结构是车模的基本性能,当车速提高到一定程度后,这将严重影响车模的行走路线。车架调试的好坏决定了车子转弯的最小半径、转向的灵活性和稳定性。如果车模调试得当,可大大增强智能车的竞争力。
3.1 车模机械参数的调整
本次大赛采用的模型车基本尺寸参数如下:

现代汽车在正常行驶过程中,为了使汽车直线行驶稳定,转向轻便,转向后能够自动回正,并减小轮胎和转向系零件的磨损等,在转向轮、转向节和前轴之间形成了一定的相对安装位置,叫前轮定位,其主要定位参数包括:主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前束,模型车前轮的四项定位参数均可调。 以下是车模的调校内容、参数与选用理由:
主销后倾角: 2°
主销后倾角,如图3.1,是指主销在汽车的纵向平面内(汽车的侧面)有一个向后的倾角,即主销轴线与地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。
由于主销后倾后,小车在车轮偏转后会产生一回力矩,纠正车轮的偏转。后倾角越大,车速越高,车轮偏转后自动回正能力越强。但回正力矩过大,将会引起前轮回正过猛,加速前轮摆振,并导致转向沉重。所以将Caster设为2°。
主销内倾角: 0°
由于车模行驶速度小、重心低,转向时侧倾极少,所以为了提高转向的灵敏性,车的主销内倾角都设为0°。
前轮外倾角: 0°
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”。轮胎呈现“八”字形张开时称为“负外倾”,而轮胎呈现“V”字形张开时称为“正外倾”。前轮外倾角一方面可以在汽车重载时减小或消除主销与衬套、轮毂与轴承登出的装载间隙,使车轮接近垂直路面滚动而滑动,同时减小转向阻力,使汽车转向轻便;另一方面还可以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段的轴承,减小轴承及其锁紧螺母的载荷,从个人增加这些零件的使用寿命,提高汽车的安全性。一般前轮外倾角为1°左右。由于本模型车主要用于竞速,在设计中必然要尽可能减轻重量,所以其底盘承重不大,且前轮外倾角仅有两档可调,故设为0°即可,关键是前束角要与之匹配。

前轮束角: 前束1.5°
由于我们的比赛车模的车速并不快(20km/h以内),并且跑道平整,所以选 用前束1.5°,以便提高车模的转向反应速度。
前轮束角,如图3.2,是描述从车的正上方看,车轮的前端和车辆纵线的夹 角。车轮前端向内倾(内八字),称为Toe-in;车轮前端向外倾(外八字),称为Toe- out。Toe-in可以帮助车在加速时保持稳定,同时也会减少车子在进入弯角时的转向反应。 但高速转向时,如果车体侧倾严重,重心明显向外测车轮移动时,也会增加转向。Toe-out可以使车在进入弯角时获得更多的转向。由于转弯时靠近内侧的车轮行驶圆弧的半径较短,所以使内侧车轮比外侧车轮转角稍大一些可以使车的转向更灵活。并且少量的Toe-out可以使车更容易行驶直线。但过大的Toe-out会使车子在加速时、或者通过起伏路面时,变得不稳定,偏离直线。越大角度Toe-in或Toe-out,越会减低车辆在直线行走的速度。
3.2 摄像头安装
3.2.1 摄像头安装示意图
摄像头的安装方式如图3.3所示。

3.2.2 摄像头安装原则
摄像头的安装位置对小车的性能有很大的影响,主要体现在图像采样效果和对小车重心的影响两个方面。安装的低了,易导致视野不够广阔,影响寻线的有效范围;安装得高了,指引线在图像坐标上会变得过窄而无法被检测到。 若安装的太高,系统会因重心抬高而稳定性变差。若安装太靠前,则小车的重心会前移,进而在前行的过程中容易出现“点头”的不稳定情况,重心前移也易导致驱动轮即后轮对地的压力减小,容易出现驱动力不足或者打滑的现象。安装位置合适的一个原则就是:摄像头的安装,首先必须满足头像采样效果的需要。控制策略简单,则所需的拍摄范围就可较小;反之策略复杂,需获得的赛道信息较多,则拍摄范围应大一些。其次,摄像头的安装对小车重心的影响不能导致小车出现运动不稳定的现象。综合考虑后,我们选择如图3.3所示的安装方式。
3.3 电路板及电池的安装
在中避震器前端固定架的左侧固定了一根立柱,它与原先用于固定车壳的两根立柱一同将我们的主电路板固定与车模的上方。我们充分利用了安装防撞板的孔,制作的后排红外检测电路板刚好适合安装,固定方便可靠。电池放在模型车专门设计的电池架上,并用束带拉紧。安装图片如3.4、3.5所示。

3.4 本章小结
小车的机械性能是个不容忽视的问题,尤其是小车重心问题。电路板的安装 和摄像头的安装在满足功能前提下一定要定要考虑小车的机械稳定性和可靠性。另外,经过半年的制作发现,电机的安装(齿轮啮合松紧)和轮胎的摩擦系数对小车的性能也有非常大的影响,制作过程不应忽视该问题。


