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的一些狀況，提出制作一輛集成工具車的構想，設置車載工具箱，隨時為比賽提供必備應急工具，以輔助完成車輛比賽測試。

關鍵詞 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，隊員之間聯系困難，需要保持隨時溝通聯絡;4）多種用電設備，保證供電也是個問題。

基于此，北京理工大學學生機械創新實踐中心有了做一個集成工具車的構想，其應具備以下功能：無線電聯絡（team radio），設置小功率發射基站，實現單工集群通訊，構建指揮和通訊平臺;快速卸胎，參考國外類似工具，實現同時卸除多個螺母的功能;應急供電平臺，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定的220伏電壓，并通過電壓轉換模塊提供多組USB 5伏輸出，必要時可以改為連續可調輸出;設置車載工具箱，隨時提供必備應急工具。

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

北京理工大學方程式賽車工作室，是其中成績最優秀的。在汽車類科技創新比賽中，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，并取得優秀成績，創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，將會幫助北京理工大學方程式賽車工作室創下更加優異的成績。

2 輔助裝備集成工具車項目的特色與創新點

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的實驗，進行調整和改進。其新穎性，在于以最優化的組合和最人性化的設計，專門針對方程式賽車的研究和維修，可以是獨一無二的。工具車造型現代，集成車隊技術工作、工作指揮平臺、儲存零部件和運送大型裝備等功能，節省人力物力，并且占用空間少，是一個很實用的產品。而且在汽車類創新比賽中，北京理工大學是較早開始研發多功能工具車的。

3 輔助裝備集成工具車研究內容、進度計劃和研究方法

輔助裝備集成工具車的研究內容

車輛基體原理：底盤部分采用五輪結構：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，具有可調速功能。

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

電動與電路設計：通過電瓶提供能源，用逆變器調節電壓，通過傳動裝置實現車體運動，使用同步電機來限定轉速。逆變器能提供220伏輸出，供給電腦燈設備工作，也可給其他設備充電。

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，優化小車結構設計，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、結構進行設計，對方案進行修改，每周二下午組內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、網上搜索、組內頭腦風暴等，對設計進行創意分析，并得出調研報告和修改紙質方案;布局構建，將多功能所需工具或部件合理設計并分布到三維模型上。

第三階段：2013年1—4月，設計傳動系統，研究“換胎槍”和無線通訊設備的原理以及對電機電瓶的有關知識的掌握，并對計劃進行一定調整;對設計進行一定程度的修改。根據各學生特點，對他們做了分工：陳智舟負責無線電設備原理的研究，葉劍輝負責“換胎槍”的設計，李益民負責傳動系統設計，許堯負責電機，李詩音負責電瓶。最后得出設計或研究報告。同時，建議他們進行深入調研，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研，通過及時的調研結論，修改、整合設計，得出最終設計方案。

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、結構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，對科創項目進行實驗，分析并解決存在問題，進行總結。

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，要求對現有工具車調研后，通過SolidWorks建立模型進行車體的大致鋼架結構設計，對ANSYS車體進行力學結構分析，選取材料，使其承載極限達到100 kg，同時保證車體結構的穩定性，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，通過前期網絡創意收集和反復研討，修改鋼架設計，使其兼具加工簡易性、經濟性，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，并根據使用情況調整結構布局。

第四，經過對家居市場調研，通過整合設計，修改部件和布局，讓車輛的結構設置兼備美學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：

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

2）培養三名學生，使之能夠熟練使用SolidWorks和ANSYS進行三維機械設計，將所學的知識應用于實踐，培養學生的獨立思考和熟練的實際操作能力。

5 結論

該車屬于新型實用性產品，集合家居設計的簡易復合性和機械產品的功能最大化，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計與整合，以最優化的組合和最人性化的設計來制作。而且這種輔助性的車專門為用戶設計，是獨一無二的。工具車造型現代，集成車隊技術工作、工作指揮平臺、儲存零部件和運送大型裝備的功能，節省了人力物力，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新比賽中將會取得更加優異的成績。

同時通過本項項目制作，提高了學生的綜合素質，培養了創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展和影響，并且有興趣去參加各種動手實踐。endprint