基于巴哈越野車的一種兒童賽車防傾裝置

許夢潔 李澤旭 王文濤 趙一帆 張曼曼

摘要：巴哈賽車是非常典型的高速越野型車輛，常在野外或沙地中行駛，大部分人尤其是青少年及兒童較難接觸巴哈賽車并體驗駕駛。若使兒童賽車能夠實現(xiàn)安全、高速的巴哈賽車體驗，有助于更早的讓兒童接觸中國的車輛知識，這對未來中國在汽車業(yè)的發(fā)展有所幫助。因此，采用對巴哈賽車的應力分析與物理計算方式，通過數(shù)據(jù)分析與控制系統(tǒng)改變車輛重心的方式，制造出有效防止兒童越野賽車傾倒的裝置。使兒童越野車能夠更安全的體驗與發(fā)展。

Abstract： BAHA racing car is a very typical high-speed off-road vehicle， often driving in the field or in the sand. Most people， especially teenagers and children， are difficult to contact Bach racing car and experience driving. If children's car racing can realize safe and high-speed BAHA racing experience， it will help children to teach Chinese vehicle knowledge earlier， which is helpful for the development of automobile industry in China. Therefore， using the stress analysis and physical calculation method of Bach racing car， through the data analysis and control system to change the vehicle center of gravity， the device to effectively prevent children's off-road racing car from toppling over is made. So that children's off-road vehicle can experience and develop more safely.

關鍵詞：防傾倒;巴哈賽車;兒童賽車;智能系統(tǒng)

Key words： anti dumping;bahah racing;kids racing;smart systems

中圖分類號：U469.696? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0218-02

0? 引言

巴哈大賽起源于美國，參賽主體由職業(yè)院校和本科低年級學生組成。參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，在規(guī)定時間內，使用同一型號發(fā)動機，設計制造一輛單座、發(fā)動機中置、后驅的小型越野車，或者一輛四驅的小型越野車。比賽包括靜態(tài)設計競賽分享會、電動巴哈設計交流、牽引比賽、操控比賽、單圈計時賽、4小時耐久賽等內容。所設計出的巴哈賽車在賽道行駛時，在保證速度的同時，防止賽車傾倒是至關重要的。而傳統(tǒng)的巴哈賽車比賽或行駛過程中，由于賽道大多有原木樁、炮彈坑等障礙，車輛在高度通過時，很容易翻車。不僅對車造成重大的損害，也會使車輛駕駛者受到安全威脅。傳統(tǒng)的巴哈賽車通過對汽車懸架的設計，對車身進行優(yōu)化，使車輛在傾倒時防止對車輛本身的損害，但車輛傾倒時對人的傷害并未減小，所以不僅要預防車輛傾倒時造成的損害，更應該加強車輛的防傾倒結構，極大的避免車輛傾倒情況的發(fā)生。

1? 智能兒童巴哈賽車防傾倒裝置

智能兒童巴哈賽車防傾倒裝置的主要作用是使賽車在賽道行駛過程中，減少障礙或彎道對車輛造成傾倒的影響，采用調整車身配重問題實時對越野車的重心進行調節(jié)，防止兒童越野車側翻，保障了兒童在體驗越野車時的安全性。所述防側傾裝置包括配重、運動組件、控制系統(tǒng)。

2? 車輛傾倒的運動力學分析

隨著車輛行駛速率v的提高和車輛轉彎時半徑r的縮小，內側車輪壓力F1不斷減小，而外翻車輪壓力F2不斷加大，即F1<F2。此時乘車人員身體向外側傾斜、車地面上的易拉罐等物品向外側滾動。這種差異隨公式中各因素的變化而動態(tài)變化，車輛的行車速度v越快、質量m越大、轉彎半徑r越小、車輛的寬度b越小重心高度h越高，就越容易形成F1<F2，即越容易出現(xiàn)側翻事故。

3? 兒童巴哈賽車防傾倒裝置主要部件及原理

防側傾裝置包括配重、運動組件、控制系統(tǒng)。運動組件包括底座、蝸桿和電機;控制系統(tǒng)包括主控芯片、供電電路、傳感器工作電路和電機驅動電路。主控芯片用于處理傳感器檢測到的信號，發(fā)送命令，控制電機旋轉。所述傳感器為陀螺儀、加速度計集成芯片，用于實時檢測越野車的平衡情況和偏轉角度，實時精確控制配重調節(jié)越野車重心，保護兒童安全。（圖2）

3.1 車輛配重

配重，主要用于改變車輛重心，通過控制系統(tǒng)實時接收傳感器信號后控制配重的移動速度、距離與方向。

3.2? 運動組件

運動組件包括蝸桿、底座和電機從控制系統(tǒng)中接受信號，電機與蝸桿直接用鍵連接，電機直接驅動蝸桿旋轉。將配重及時移動。

3.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)，包括主控芯片、供電電路、傳感器工作電路和電機驅動電路。將信號處理過后發(fā)送給運動組件。供電電路上設有電壓檢測模塊、過流保護模塊，供電電路引出導線連接蓄電池，從蓄電池中得到充足的電量為整套控制系統(tǒng)以及運動組件供電。傳感器是三軸陀螺儀和三軸加速度計集成的芯片，可以實時準確的檢測越野車重力的垂直分量與重力方向的夾角，為主控芯片提供一個精確的數(shù)據(jù)，方便主控芯片下一步的命令，電機通過連接件與底座固定，連接件為寬度和電機邊長相等的角鋁。連接件直角兩側都打有4個通孔，一側通過螺栓與底座連接，另一側通過螺栓與電機連接，底座也打有8個通孔，其中4通孔大小與角鋁通孔大一些，與車底板進行螺栓連接，4個通孔與角鋁4個通孔重疊，將角鋁、底座、車底板三者進行螺栓連接。底座大致成“U”字型，底座兩端打有大小相等的通孔，通孔在同一條直線上，通孔內安有大小一樣的滾珠軸承，滾珠軸承連接底座與蝸桿。用于實時檢測兒童越野車的平衡情況。（圖4）

4? 防傾倒裝置總體工作流程

防傾倒裝置工作時分為三部分，由控制系統(tǒng)部分中的主控芯片、供電電路以及傳感器工作電路處理信號，發(fā)送命令。運動組件部分的電機受主控芯片控制旋轉，傳感器工作電路由陀螺儀和加速度集成芯片組成，用于檢測越野車的平衡情況和偏轉角度，實時精確控制配重，調節(jié)越野車重心。（圖5）

5? 可行性分析

兒童越野車在將要傾倒時，車輛兩側的輪胎上升到一定的高度會激發(fā)這套防傾倒裝置的控制系統(tǒng)感應，控制系統(tǒng)傳遞并處理信號后，兒童越野車輛的配重發(fā)生移動，使得越野車回到平衡狀態(tài)。這套裝置能夠在車輛將要傾倒的短時間內簡單高效的使車輛安全穩(wěn)定下來。

6? 結語

就目前中國經濟下，兒童的娛樂方式與日漸多元化，兒童巴哈越野賽車既具有娛樂性能還兼具教育意義，在未來具有很大的發(fā)展前景。針對兒童越野車輛傾倒的問題，急需相關技術來解決，加大兒童越野車輛行駛的安全性和可靠性。防傾倒裝置既能運用在兒童賽車上及正常上路行駛的車輛上，也有助于類似具有平衡裝置產品的優(yōu)化。

參考文獻：

[1]束敏.車輛側翻的運動力學分析及預防措施[J].道路交通與安全，2009，9（02）：37-39.

[2]權春鋒.巴哈賽車懸架設計[J].汽車實用技術，2019（19）：126-128.

[3]高琦，孟憲皆，邱緒云.基于veDYNA的運輸車輛側翻動力學仿真研究[J].山東交通學院學報，2014（3）：1-5.

[4]陳震，丁玲，王含中.多工況下某越野車車架多目標拓撲優(yōu)化設計[J].上海汽車，2020（04）：47-51.

[5]劉義才.基于制動過程的汽車重心位置動態(tài)檢測方法研究[D].吉林大學，2012.

[6]李源.改裝車輛重心計算的研究[J].科技與創(chuàng)新，2014（06）：5-6.

[7]胡占明.傳統(tǒng)汽車重心監(jiān)測與實時監(jiān)測[J].科技傳播，2011（03）：199-299.