康瑞 陳蜀喬

【摘要】本作品涉及一種轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾倒三輪太陽(yáng)能電車。轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾系統(tǒng)解決車重穩(wěn)定不經(jīng)濟(jì)環(huán)保、車輕轉(zhuǎn)彎時(shí)容易側(cè)翻的問(wèn)題。充放電控制系統(tǒng)采用微處理器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制，提高了蓄電池的使用壽命，太陽(yáng)能板的采用大大地提高了車輛行駛的續(xù)航能。車身的小巧化在滿足日常需求的同時(shí)減低了出行的成本，減緩了交通擁擠的問(wèn)題。此外本車具有制造簡(jiǎn)單成本低、車體牢固等特性。隨著衛(wèi)星城的發(fā)展，該車用于城市短途上下班之間，實(shí)現(xiàn)了真正的污染零排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。在能源匱乏的今天，該車所實(shí)現(xiàn)的理念對(duì)節(jié)能減排有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾倒；太陽(yáng)能；倒三輪

一、引言

地球資源匱乏，大量的使用汽油造成了城市污染，環(huán)境的不斷惡劣，此外西部高原生態(tài)環(huán)境脆弱，大氣層較薄，日照時(shí)間長(zhǎng)，擁有充分的太陽(yáng)能資源。汽車工業(yè)的快速發(fā)展，井噴式車輛數(shù)目的增長(zhǎng)帶來(lái)很多問(wèn)題，城市道路的擁擠，資源的浪費(fèi)，擁堵造成汽車的速度不如電單車快。上述環(huán)境條件決定了小型太陽(yáng)能電動(dòng)車是最適用的。但是車輛在小巧化輕量化的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生自重不足轉(zhuǎn)彎容易側(cè)翻的問(wèn)題，還采用了轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾系統(tǒng)，大大地增加了車輛行駛的穩(wěn)定性與舒適性。本文就此研究作出相關(guān)的表述。

二、設(shè)計(jì)方案

本作品要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種車身緊湊、操作穩(wěn)定的轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾倒三輪太陽(yáng)能車車架，它可以保證車身在較輕的情況下，三輪太陽(yáng)能車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身可以隨著離心力大小而自動(dòng)側(cè)傾，使得車體重心有一個(gè)向內(nèi)傾斜的角度，增加了車體轉(zhuǎn)彎時(shí)的穩(wěn)定性。

（1）清潔能源-太陽(yáng)能。本使用兩塊光轉(zhuǎn)換效率為20%的太陽(yáng)能電池板，搭配48V、20A控制器為4組12V的蓄電池充電，提高了車輛的續(xù)航能力，充放電控制系統(tǒng)的采用，提高了蓄電池的使用壽命。

（2）車身輕量化、小巧化。該車長(zhǎng)212.2cm、寬116.5cm，整車約重130kg為小型轎車的重量的1/10，不占用車位，實(shí)現(xiàn)了車身輕量化的目標(biāo)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、靈活、空間、緩解交通壓力的效果，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

（3）轉(zhuǎn)彎可側(cè)傾系統(tǒng)。車身可以根據(jù)傳感器采集信號(hào)傳入處理器，處理后控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，從而實(shí)現(xiàn)側(cè)傾功能，解決了車身輕自重不夠平衡性差的問(wèn)題，提高了車輛行駛的安全性與舒適性。

三、工作原理及性能分析

本作品的工作原理是：在轉(zhuǎn)彎時(shí)，車架整體受到離心力的作用，車身有一個(gè)向外甩的趨勢(shì)。由于前輪1與地面間存在摩擦力，與前輪1相互約束的前輪支架22不發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，固定于前輪支架22上的側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)軸12和方向機(jī)5也不發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，但是車架15在離心力的作用下，繞著側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)軸12向外擺動(dòng)；這樣的結(jié)構(gòu)使得車身可以繞著側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)軸12的軸向延長(zhǎng)線擺動(dòng)，這樣車架重心會(huì)向內(nèi)傾斜一個(gè)角度α，這時(shí)車體重心就提供一個(gè)與離心力相反的力F，F(xiàn)=mg/tanα，從而抵消了部分離心力（mv2/R- mg/tanα），增加了車輛行駛的穩(wěn)定性。

在轉(zhuǎn)向停止后，由于離心力消失，一方面車架15在重力的作用下主動(dòng)回到了最低點(diǎn)，這就使得車身具有自動(dòng)回正功能；另一方面，前輪主銷內(nèi)傾8°、主銷后傾2°、前輪外傾1°使得轉(zhuǎn)向也能夠自動(dòng)回正。兩方面因素的疊加，使得車身方向具有良好的自動(dòng)回正功能。

為方便側(cè)傾系統(tǒng)的控制，使其性能更穩(wěn)定，本車加裝了基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)側(cè)傾系統(tǒng)。

單片機(jī)采集加速度傳感器的信號(hào)，在車轉(zhuǎn)彎時(shí)，傳感器的信號(hào)發(fā)生變化，單片機(jī)通過(guò)計(jì)算而輸出一定頻率和脈沖個(gè)數(shù)的脈沖波，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)合適的角度。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)一步通過(guò)減速機(jī)及傳動(dòng)裝置帶動(dòng)車架轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到側(cè)傾的目的。

步進(jìn)電機(jī)會(huì)根據(jù)傳入的信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度之后自動(dòng)回正不會(huì)隨意轉(zhuǎn)動(dòng)解決其穩(wěn)定性問(wèn)題，同樣高速的情況下，不考慮其他因素，車重不容易側(cè)翻，但不容易停住。車輕容易停下，但是重心高了，側(cè)翻可能性就增大了側(cè)傾功能能抵消一部分離心力從而提高穩(wěn)定性。

車輛在行駛過(guò)程中，由于地面的原因，車身會(huì)發(fā)生震動(dòng)，在前輪下懸臂3和前輪支架22間安裝有兩個(gè)減震器4，在后驅(qū)動(dòng)輪16與車架15的連接處也安裝有兩個(gè)減震器18，減震器不垂直布置的原因有兩個(gè)：一是空間布置的需要，后面一般很難垂直布置。二是減振器的通用。傾斜布置能調(diào)整減振器的最大和最小長(zhǎng)度。前后兩組減震器的協(xié)調(diào)配合，使得車身行至復(fù)雜路面乘客和駕駛員也能感覺(jué)舒服。

結(jié)論

1、可側(cè)傾倒三輪車體結(jié)構(gòu)選擇，減少了滑動(dòng)的阻力及車體的阻力，減省了后輪懸掛、車架等部件的結(jié)構(gòu)重量，重心的位置分配比較合理，利于車輛的加速與制動(dòng)。

2、可側(cè)傾控制系統(tǒng)，解決了車身輕自重不夠平衡性差，容易側(cè)翻的問(wèn)題，單片機(jī)采集加速度傳感器的信號(hào)，通過(guò)計(jì)算輸出一定頻率和脈沖個(gè)數(shù)的脈沖波控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而使步進(jìn)電機(jī)按要求轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了車輛行駛的穩(wěn)定性。

3、太陽(yáng)能充放電控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)內(nèi)采用微處理器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制，帶蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電保護(hù)，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。

太陽(yáng)能具有資源豐富、性價(jià)比高、零排放等特點(diǎn)，我們的作品采用太陽(yáng)能作為主要能源，供電系統(tǒng)的選擇采用家用220V交流電與太陽(yáng)能板現(xiàn)結(jié)合，提高了運(yùn)行的可行性。

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作者簡(jiǎn)介

康瑞（1992—），男，河北滄州人，本科生，主要從事車輛工程研究。