在智能车的制作过程中，发现当智能车在高速行驶时，其机械结构的优化对于提高车体运行的稳定性会起到非常大的作用。现结合实际调试情况，介绍模型车机械结构的各个参数调整对智能车稳定运行所起的作用。
智能小车为轮式结构，机械部分主要为转向机械和驱动机械。转向机构主要由舵机，转向架和两个前轮组成。转向机构的工作原理为：舵机根据转向信号正向或反向旋转一定角度。前轮为从动轮，会根据转向角度的大小自动调节内外侧车轮的转速；驱动机构包括一个直流电机、减速装置和两个后轮。后轮为主动轮，其转速由直流驱动电机控制，不会根据转弯半径的变化而自动调节转速。因此小车在转弯时，控制系统在控制舵机的同时还需要根据转弯角度的大小控制驱动电机转速，从而使转弯顺利进行。
3.1 前轮定位
前轮定位参数包括：主销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。适当地调整这些参数可以使汽车直线行驶稳定，转向轻便，转向后能自动回正，并减少轮胎和转向系零件的磨损。
3.1.1 主销后倾角
由于汽车在车轮偏转后会产生一回正力矩，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，加速前轮摆正，并导致转向沉重。通常后倾角值应设定在 1-3度。现代汽车由于速度增高、轮胎气压降低、弹性增强，所以稳定力矩也增加，因此后倾角可以减小到接近与零度，甚至为负。
由上述理论分析可知，过大的后倾角会使转向沉重，增大模型车转弯时的时滞。因此，在主销后倾角的调教中，为了使模型车转向灵活，将主销后倾角设为零度。
3.1.2 主销内倾角
前轮的主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角，称为“主销内倾角”。主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。当转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾的原因，车轮连同整个汽车的前部将被抬起一定高度；当外力消失后，车轮就会在重力作用下恢复到原来的中间位置。另外主销内倾还会使主销轴线延长线与路面的交点到车轮中心平面的距离减小，同时转向时路面作用在转向轮上的阻力矩也会减小，从而使转向操纵轻便。但是，主销内倾角不宜过大，否则在转向时车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面间将产生较大的滑动，从而会增加轮胎与路面间的摩擦阻力。这不仅将使转向变得很沉重，还将加速轮胎的磨损。
因此，在智能车模型的调校中，将主销内倾角设为 0度-8度。
3.1.3 前轮外倾角
前轮外倾角即为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。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、轮毂与轴承等处的装配间隙，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载荷，从而增加这些零件的使用寿命，提高汽车的安全性。
由于本智能车模型主要用于竞速，在设计中必然要尽可能减轻重量，所以地盘承重不大，所以将前轮外倾角设为 0度即可。
3.1.4 前轮前束
当车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边向内滑移的现象，从而增加了轮胎的磨损。为消除车轮外倾带来的这种不良后果，可以使汽车两前轮的中心面不平行。
由上述理论可知，前轮前束须与前轮外倾角相匹配，如前轮外倾角设为 0度，则前轮前束即须为0mm。
3.2 重心位置的控制
重心位置的改变会影响汽车的动力性、制动性、操纵稳定性、平顺性、通过性和舒适性等重要特性。
由汽车理论可以知道，重心位置必须保证驱动轮能够提供足够的附着力，因此，重心应靠近驱动轴；重心前移会使后轴侧滑，重心后移会使前轮丧失转向能力。
因此，重心靠近后轴，对模型车动力性能有益；重心靠近前轴，对模型车的制动性和操纵稳定性有益。
由于本设计中，考虑到摄像头视野范围的问题，将摄像头支架安装在车的后部。这样，如果不改装电池的位置，则电池、摄像头支架、驱动电机均在车的后部，重心非常靠后，这样虽然对动力性能有益，但是实际测试中发现，在某些弯角，即使舵机打满角度，也不能很好的巡线过弯，会向外侧滑出跑道，这就是由于操纵的稳定性受到了影响。为了在动力性能和制动、操纵稳定性之间找到一个最佳的平衡点，实验过程中，尝试将电池前移，最终，找到的一个较好安装位置，如图所示。
图3-1 重心位置分配
3.3 舵机性能的优化
从控制系统的角度来看，舵机是转向控制系统中一个有较大时间常数的延迟环节，为了优化控制系统，就要减小这个延迟环节的时间常数造成的影响。
可以想到的方法有以下几种：用视觉传感器的大前瞻特性来补偿这个延迟；提高舵机的供电电压以提高响应速度；改变舵机的安装位置及输出轴安装方法。
前两种方法在将在其他章节中予以阐述，这里主要介绍改变舵机的安装位置及输出轴安装方法。在相同的舵机转速条件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向越快。这相当于增大力臂长度，提高线速度。
最终的模型车，加长摇臂长度约50%，提高了转向轮的响应速度。
图3-2 舵机摇臂增长
3.4 图像传感器的安装位置
面阵 CCD图像传感器检测范围为一个二维平面。在智能车图像传感器的安装上，就要考虑能使这个二维平面尽可能多的覆盖有用的赛道位置。受制于智能模型车底盘的结构和其他部件的分布，典型的图像传感器支架安装有两种位置，分别如下图所示：
图 3-3（a）图像传感器安装位置(a)
图 3-3（b）图像传感器安装位置(b)
以上是两种典型的安装方法，图(a)中，摄像头支架安装在智能车模型后部；图(b)中，摄像头支架安装在智能车模型前部。为了实现后续的控制算法，就要能够保证智能车能够识别出车前约 10cm距离的赛道信息。要实现这个目的，当摄像头安装在车后时，可以采取降低摄像头高度、增大摄像头仰角的方法，这样，不仅能够检测到车前10cm处的信息，最远的视野范围还可以达到车前80cm，大大地增加了前瞻性；当摄像头安装在车前，为了检测到车前 10cm处的信息并且能有一定的前瞻性，就要增大摄像头俯角、提高摄像头高度，在摄像头高度不至于使车身重心过高的前提下，视野范围只能达到车前40cm。
比较两种安装方式，可以发现，图(a)这样将摄像头安装在车后部的做法比较可行，这样，既能降低智能车重心，前瞻性上又远远优于后一种安装方式。
当然，采用摄像头安装在车后部的方式时，由于原始的电池位置、驱动电机等部件都在车后部，会造成车身重心的进一步后移，对智能车的制动和操纵稳定性不利。在实际使用中，将电池前移，以使车身的重心处在一个比较平衡的位置。
3.5 小结
本章主要对小车的机械结构以及运动性能进行了分析，得出了一些小车在设计安装过程中应该要注意的问题。对小车重心位置的控制、舵机性能的优化、图像传感器的安装位置等都做了探讨。
