基于車輛比賽及測試的輔助裝備集成工具車

孫洪武++陳智舟

摘 ?要 基于比賽時可能出現(xiàn)的一些狀況，提出制作一輛集成工具車的構(gòu)想，設(shè)置車載工具箱，隨時為比賽提供必備應(yīng)急工具，以輔助完成車輛比賽測試。

關(guān)鍵詞 車輛比賽;輔助裝備;集成工具車

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）01-0024-02

1 輔助裝備集成工具車項目的目的和意義

在比賽過程中，選手常常會遇到一些問題，比如：1）輪胎等很重的物品無法快速搬運，用老的笨重的方法，無法實現(xiàn)快速更換;2）工具多且較重，常常丟失找不到;3）賽場上，隊員之間聯(lián)系困難，需要保持隨時溝通聯(lián)絡(luò);4）多種用電設(shè)備，保證供電也是個問題。

基于此，北京理工大學學生機械創(chuàng)新實踐中心有了做一個集成工具車的構(gòu)想，其應(yīng)具備以下功能：無線電聯(lián)絡(luò)（team radio），設(shè)置小功率發(fā)射基站，實現(xiàn)單工集群通訊，構(gòu)建指揮和通訊平臺;快速卸胎，參考國外類似工具，實現(xiàn)同時卸除多個螺母的功能;應(yīng)急供電平臺，多個電瓶組成電瓶組，以提升輸出功率，通過高效正弦波逆變器提供穩(wěn)定的220伏電壓，并通過電壓轉(zhuǎn)換模塊提供多組USB 5伏輸出，必要時可以改為連續(xù)可調(diào)輸出;設(shè)置車載工具箱，隨時提供必備應(yīng)急工具。

機械創(chuàng)新實踐中心內(nèi)現(xiàn)常駐三個創(chuàng)新團體，分別是方程式賽車工作室、智能車俱樂部和節(jié)能車俱樂部，目的是通過實踐和參加汽車類創(chuàng)新比賽，提高學生的綜合素質(zhì)。他們在各種國內(nèi)外比賽中取得優(yōu)異成績。

北京理工大學方程式賽車工作室，是其中成績最優(yōu)秀的。在汽車類科技創(chuàng)新比賽中，先后在第一屆、第二屆中國大學生方程式大賽中獲得冠軍;其后分別赴日本、德國參加比賽，并取得優(yōu)秀成績，創(chuàng)造出中國高校參賽同級別比賽的最好記錄。2012年汽油機賽車排名位列世界600余所高校的88名，是唯一進入世界前100名的中國車隊。

北京理工大學智能車隊參與了全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽歷次比賽，在前八屆比賽中，多次獲得各組別的華北賽獎項和全國賽獎項，競賽水平位居全國高校前列。基于車輛比賽及測試的輔助裝備集成工具項目的實現(xiàn)，將會幫助北京理工大學方程式賽車工作室創(chuàng)下更加優(yōu)異的成績。

2 輔助裝備集成工具車項目的特色與創(chuàng)新點

其最大特點就是，將比賽過程中常用維修維護功能集成起來在一起，以提升工作效率。其實用性，在于集成多種功能，這需要進行多次反復(fù)的實驗，進行調(diào)整和改進。其新穎性，在于以最優(yōu)化的組合和最人性化的設(shè)計，專門針對方程式賽車的研究和維修，可以是獨一無二的。工具車造型現(xiàn)代，集成車隊技術(shù)工作、工作指揮平臺、儲存零部件和運送大型裝備等功能，節(jié)省人力物力，并且占用空間少，是一個很實用的產(chǎn)品。而且在汽車類創(chuàng)新比賽中，北京理工大學是較早開始研發(fā)多功能工具車的。

3 輔助裝備集成工具車研究內(nèi)容、進度計劃和研究方法

輔助裝備集成工具車的研究內(nèi)容

車輛基體原理：底盤部分采用五輪結(jié)構(gòu)：四個萬向輪;車底部中間安裝第五個輪，為主動輪，負責輔助動力傳輸。制動為自行車碟剎動力傳動采用帶減速器的同步電機，具有可調(diào)速功能。

無線通訊原理：以中功率對講機為基礎(chǔ)，安裝小型對講基站，選擇相同頻段，給賽車和隊員都配備發(fā)射接收裝置，實現(xiàn)車隊內(nèi)部無縫溝通。

電動與電路設(shè)計：通過電瓶提供能源，用逆變器調(diào)節(jié)電壓，通過傳動裝置實現(xiàn)車體運動，使用同步電機來限定轉(zhuǎn)速。逆變器能提供220伏輸出，供給電腦燈設(shè)備工作，也可給其他設(shè)備充電。

快速卸胎裝置：參考國外類似工具的原理，計算扭矩，運用輪系設(shè)計改裝電鉆，使其達到同時卸除多個螺母的目的。

工具儲存：在滿足上述要求后，優(yōu)化小車結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分利用空間，使隨賽車的工具盒標準件能在工具車上有更人性化的儲存空間和相應(yīng)歸類。

輔助裝備集成工具車的研究計劃

第一階段：2012年9月—2013年11月，對工具車車身、結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對方案進行修改，每周二下午組內(nèi)成員進行討論以及分工進行三維建模。

第二階段：2012年11月—2013年1月，布置學生通過走訪五金市場、網(wǎng)上搜索、組內(nèi)頭腦風暴等，對設(shè)計進行創(chuàng)意分析，并得出調(diào)研報告和修改紙質(zhì)方案;布局構(gòu)建，將多功能所需工具或部件合理設(shè)計并分布到三維模型上。

第三階段：2013年1—4月，設(shè)計傳動系統(tǒng)，研究“換胎槍”和無線通訊設(shè)備的原理以及對電機電瓶的有關(guān)知識的掌握，并對計劃進行一定調(diào)整;對設(shè)計進行一定程度的修改。根據(jù)各學生特點，對他們做了分工：陳智舟負責無線電設(shè)備原理的研究，葉劍輝負責“換胎槍”的設(shè)計，李益民負責傳動系統(tǒng)設(shè)計，許堯負責電機，李詩音負責電瓶。最后得出設(shè)計或研究報告。同時，建議他們進行深入調(diào)研，走訪宜家、朝龍五金等大型市場，對布局和多功能整合性、加工難易程度進行調(diào)研，通過及時的調(diào)研結(jié)論，修改、整合設(shè)計，得出最終設(shè)計方案。

第四階段：2013年5—6月，將車的整體加工組裝，分為車架加工、車身加工、結(jié)構(gòu)部件填充和最終組裝四大部分;同時對一些細小的地方進行小修改;車的整體加工完成。

第五階段：2013年6月—2014年6月中旬，對科創(chuàng)項目進行實驗，分析并解決存在問題，進行總結(jié)。

車架的三維模型如圖1所示。

輔助裝備集成工具車的研究方法

首先，要求對現(xiàn)有工具車調(diào)研后，通過SolidWorks建立模型進行車體的大致鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計，對ANSYS車體進行力學結(jié)構(gòu)分析，選取材料，使其承載極限達到100 kg，同時保證車體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在一些緊急情況下，可以運載輪胎等重物。整車布局如圖2所示。

第二，通過前期網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)意收集和反復(fù)研討，修改鋼架設(shè)計，使其兼具加工簡易性、經(jīng)濟性，并符合美學原理。

第三，重新建立三維模型，將多功能的各部分分部先置于車上，并根據(jù)使用情況調(diào)整結(jié)構(gòu)布局。

第四，經(jīng)過對家居市場調(diào)研，通過整合設(shè)計，修改部件和布局，讓車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)置兼?zhèn)涿缹W與簡易多功能的特點。工具車最終模型如圖3所示。

4 輔助裝備集成工具車的最終成果及驗收指標

通過一系列實驗研究和改進，最終實現(xiàn)：

1）制作出一臺多功能工具車，可以實現(xiàn)快速換胎、具有組成團體內(nèi)的移動小型通訊功能、對移動設(shè)備進行充電、提供交流直流電源、實現(xiàn)常用工具的儲存;

2）培養(yǎng)三名學生，使之能夠熟練使用SolidWorks和ANSYS進行三維機械設(shè)計，將所學的知識應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)學生的獨立思考和熟練的實際操作能力。

5 結(jié)論

該車屬于新型實用性產(chǎn)品，集合家居設(shè)計的簡易復(fù)合性和機械產(chǎn)品的功能最大化，在了解所需制作加工的工具原理后，對所需工具進行新的設(shè)計與整合，以最優(yōu)化的組合和最人性化的設(shè)計來制作。而且這種輔助性的車專門為用戶設(shè)計，是獨一無二的。工具車造型現(xiàn)代，集成車隊技術(shù)工作、工作指揮平臺、儲存零部件和運送大型裝備的功能，節(jié)省了人力物力，并且占用空間少。通過本工具車的制作與加入，今后北京理工大學在汽車類創(chuàng)新比賽中將會取得更加優(yōu)異的成績。

同時通過本項項目制作，提高了學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和較強實踐能力。學生在這種氛圍中充分感受到該賽事在各方各面的發(fā)展和影響，并且有興趣去參加各種動手實踐。endprint