第八届飞思卡尔杯智能汽车竞赛技术报告-工大电磁一队(2)

来源：网络收集时间：2026-10-02

导读：减少质量，降低重心，加固安装，使车体的转向惯量尽量最� � 1.3本文结构本文共分为五章。第一章主要是介绍了比赛的背景及智能车系统总体方案的介绍；第二章从智能车系统的机械结构出发，详细阐述了智能车系统各部

减少质量，降低重心，加固安装，使车体的转向惯量尽量最小。

1.3本文结构

本文共分为五章。第一章主要是介绍了比赛的背景及智能车系统总体方案的

介绍；第二章从智能车系统的机械结构出发，详细阐述了智能车系统各部分机

械结构的安装和调整；第三章重点介绍了系统中所涉及的硬件设计方案和原理；

第四章是介绍了智能系统的软件算法；第五章则对智能车部分模块的调试仿真

做出相关的介绍；第六章对智能车的技术参数作简要说明。

第二章机械结构部分的设计及调整

第二章机械结构部份的设计及调整

智能车的核心是控制策略和算法，但是，机械结构也是限制赛车速度的巨

大瓶颈，如果一辆赛车的程序架构很好，但是机械部分做的不好的话，其速度

也会被大大的限制。

2.1整车布局

（1）车模底盘降低，主板低放，以降低重心。

（2）舵机竖直放置，方便控制。

（3）用轻便坚固的碳纤杆作为前端传感器的支撑材料。

（4）电感安装在最前方，碳纤杆的长度大概是45cm，为了能够提前检测到，

以至车体能够及时反映。

（5）电池后移，从而使智能车重心能够尽量位于车体中间偏后，这样才能保证

智能车在高速行进时的稳定性，减少甩尾现象

图2.1 整车图

2.2 转向舵机的安装

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舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，为了减小此时间常数，

通过改变舵机的安装位置，而并非改变舵机本身结构的方法可以提高舵机的响

应速度。通过分析舵机控制转向轮转向的原理可以发现，在相同的舵机转向条

件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向变化越

快。这相当于增大力臂长度，提高线速度。

针对上述特性，本设计采用“长连杆”方式将舵机竖直放在前面，大大的

增加了舵机的力臂，如图2.1所示。

图2.2 转向舵机安装示意图

上述安装方式的优点主要有：

(1) 改变了舵机的力臂，使转向更灵敏；

(2) 舵机安装在了正中央，使左右转向基本一致，避免了多级传动可能带

来的空程和死区；

(3) 增加前轮下压力，从而提高了前轮的抓地力，当然这样也加重了舵机

的负载；

第二章机械结构部分的设计及调整

2.3传感器的安装

电感传感器安装的高度以及碳纤杆的长度共同决定了前瞻的大小。在本设

计中，最终选取的碳纤杆的长度为45cm，碳纤杆的长度超过60cm后，在过弯的

时候容易内切，而且转弯时盲区比较多。而且我们在保证信号足够的前提下，

应尽量前端电感放高，这样能检测的范围更广。碳纤杆的一段用热熔胶固定在

车模的前面，再用连杆连接到舵机上，保障其固定牢固。如图2.3.1、2.3.2.

图2.3.1

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图2.3.2

2.4 测速传感器的安装

为实现车速的闭环控制，需使用光电编码器测量车速。光电编码器安装主

要考虑的问题是与齿轮的咬合，太紧会使电机转动吃力并且会发出很大的噪声，

太松有时候会丢齿。因此最好使得安装的编码器松紧程度能够调整最好,我们采

用的是500线的编码器，每转一圈会产生500

个脉冲。光电编码器的安装如图

第二章机械结构部分的设计及调整

2.4所示。

图2.4 光电编码器安装示意图

2.5 智能车前轮及后轮定位的调整

2.5.1 前轮及后轮定位的定义

前后轮的定位对于小车机械性能影响巨大。前轮定位包括主销后倾角、主

销内倾角、前轮外倾角和前轮前束四个内容。后轮定位包括车轮外倾角和逐个

后轮前束。这样前轮定位和后轮定位总起来说叫车轮定位，也就是常说的四轮

定位。车轮定位的作用是使车模保持稳定的直线行驶和转向轻便，并减少车模

在行驶中轮胎和转向机件的磨损。

车轮外倾和主销内倾的情形如图2.6所示。所谓主销内倾，是将主销（即

转向轴线）的上端向内倾斜。从智能车的前面看去，主销轴线与通过前轮中心

的垂线之间形成一个夹角，即主销内倾角。主销内倾的作用是使车轮转向后能

及时自动回正和转向轻便。

图2.5.1 车轮外倾与主销内倾示意图

主销后倾如图2.7所示，过车轮中心的铅垂线和真实或假想的转向主销轴

线在车辆纵向对称平面的投影线所夹锐角为主销后倾角，向前为负，向后为正。

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图2.5.2 主销后倾示意图

车轮前束如图2.8所示。从上往下看，两个车轮指向的方向在前端指向内

称为车轮前束，指向外的则称为车轮后束。

图2.5.3 车轮前束示意图

后轮定位主要包括后轮前束和后轮外倾，其作用与前轮对应定位项目作用

一致。

2.5.2 前后轮定位的调节经验

从理论上讲，主销内倾的作用是使前轮自动回正。角度越大前轮自动回正

的作用就越强烈，但转向时也越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自

动回正的作用力就越弱，因此这个主销内倾角都有一个范围，约5°～ 8°之间。

而前轮外倾角对智能车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安

全性和转向操纵的轻便性。

由于本车模的主销内倾，前轮外倾界定不明显，本设计按照经验来进行前

轮内外倾角的调节。

第二章机械结构部分的设计及调整

前轮内外倾角的调节靠改变相应丝杆长度来实现，丝杆调长可达到前轮外

倾，从经验上来说，前轮外倾有利于小车转向轻便，但是，容易导致前轮抓地

力不足，而前轮内倾可使前轮抓地力增大，使小车在过弯的时候不易出现前轮

打滑的现象，本次设计使用了前轮外倾，这样可以使小车在转向的时候更加轻

便。

对于前轮前束，可以通过调节相应丝杆长度来实现，丝杆调长可以达到前

轮前束，若调短丝杆长度，可以达到前轮后束的作用。

从经验上讲，前轮前束可以让小车在直道上走得更直，但同时会降低小车

转向的灵活性，前轮后束则完全相反。

无论选择怎样的前轮定位，都必须考虑到一个至关重要的忠告，那就是选

择参数要适当，不要太极端，比如前轮的倾角，调节1°～ 2°即可，绝对不能

调节得让人很远就感到车轮有明显的倾角。

2.6 车底盘的调整

根据总结的智能车机械结构的设计原则，智能车底盘必须足够低。车模底

盘的高度主要由赛道中的坡道以及减速带决定，在顺利过坡的前提下，底盘越

低越好.

此外，适当增大底盘的刚度有利于提高车体走直线的稳定性。通过增加垫

片来增大弹簧的预紧力或调整弹簧的另一个支点的位置来改变预紧力可以提

高底盘的刚度。

2.7 后轮差速的调节

差速是影响智能车转弯的重要因素，智能车转弯不灵活、转弯时振动较大都

有可能是受差速的影响。调节后轮差速没有精确的尺度，只能在调试过程中自

行把握，不宜过松也不宜太紧。差速调节的一个标准是：在电机不转的情况下，

右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小， …… 此处隐藏：2422字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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