基于巴哈越野车的一种儿童赛车防倾装置

许梦洁 李泽旭 王文涛 赵一帆 张曼曼

摘要：巴哈赛车是非常典型的高速越野型车辆，常在野外或沙地中行驶，大部分人尤其是青少年及儿童较难接触巴哈赛车并体验驾驶。若使儿童赛车能够实现安全、高速的巴哈赛车体验，有助于更早的让儿童接触中国的车辆知识，这对未来中国在汽车业的发展有所帮助。因此，采用对巴哈赛车的应力分析与物理计算方式，通过数据分析与控制系统改变车辆重心的方式，制造出有效防止儿童越野赛车倾倒的装置。使儿童越野车能够更安全的体验与发展。

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.

关键词：防倾倒;巴哈赛车;儿童赛车;智能系统

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

中图分类号：U469.696                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）01-0218-02

0  引言

巴哈大赛起源于美国，参赛主体由职业院校和本科低年级学生组成。参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在规定时间内，使用同一型号发动机，设计制造一辆单座、发动机中置、后驱的小型越野车，或者一辆四驱的小型越野车。比赛包括静态设计竞赛分享会、电动巴哈设计交流、牵引比赛、操控比赛、单圈计时赛、4小时耐久赛等内容。所设计出的巴哈赛车在赛道行驶时，在保证速度的同时，防止赛车倾倒是至关重要的。而传统的巴哈赛车比赛或行驶过程中，由于赛道大多有原木桩、炮弹坑等障碍，车辆在高度通过时，很容易翻车。不仅对车造成重大的损害，也会使车辆驾驶者受到安全威胁。传统的巴哈赛车通过对汽车悬架的设计，对车身进行优化，使车辆在倾倒时防止对车辆本身的损害，但车辆倾倒时对人的伤害并未减小，所以不仅要预防车辆倾倒时造成的损害，更应该加强车辆的防倾倒结构，极大的避免车辆倾倒情况的发生。

1  智能儿童巴哈赛车防倾倒装置

智能儿童巴哈赛车防倾倒装置的主要作用是使赛车在赛道行驶过程中，减少障碍或弯道对车辆造成倾倒的影响，采用调整车身配重问题实时对越野车的重心进行调节，防止儿童越野车侧翻，保障了儿童在体验越野车时的安全性。所述防侧倾装置包括配重、运动组件、控制系统。

2  车辆倾倒的运动力學分析

随着车辆行驶速率v的提高和车辆转弯时半径r的缩小，内侧车轮压力F1不断减小，而外翻车轮压力F2不断加大，即F1<F2。此时乘车人员身体向外侧倾斜、车地面上的易拉罐等物品向外侧滚动。这种差异随公式中各因素的变化而动态变化，车辆的行车速度v越快、质量m越大、转弯半径r越小、车辆的宽度b越小重心高度h越高，就越容易形成F1<F2，即越容易出现侧翻事故。

3  儿童巴哈赛车防倾倒装置主要部件及原理

防侧倾装置包括配重、运动组件、控制系统。运动组件包括底座、蜗杆和电机;控制系统包括主控芯片、供电电路、传感器工作电路和电机驱动电路。主控芯片用于处理传感器检测到的信号，发送命令，控制电机旋转。所述传感器为陀螺仪、加速度计集成芯片，用于实时检测越野车的平衡情况和偏转角度，实时精确控制配重调节越野车重心，保护儿童安全。（图2）

3.1 车辆配重

配重，主要用于改变车辆重心，通过控制系统实时接收传感器信号后控制配重的移动速度、距离与方向。

3.2  运动组件

运动组件包括蜗杆、底座和电机从控制系统中接受信号，电机与蜗杆直接用键连接，电机直接驱动蜗杆旋转。将配重及时移动。

3.3 控制系统

控制系统，包括主控芯片、供电电路、传感器工作电路和电机驱动电路。将信号处理过后发送给运动组件。供电电路上设有电压检测模块、过流保护模块，供电电路引出导线连接蓄电池，从蓄电池中得到充足的电量为整套控制系统以及运动组件供电。传感器是三轴陀螺仪和三轴加速度计集成的芯片，可以实时准确的检测越野车重力的垂直分量与重力方向的夹角，为主控芯片提供一个精确的数据，方便主控芯片下一步的命令，电机通过连接件与底座固定，连接件为宽度和电机边长相等的角铝。连接件直角两侧都打有4个通孔，一侧通过螺栓与底座连接，另一侧通过螺栓与电机连接，底座也打有8个通孔，其中4通孔大小与角铝通孔大一些，与车底板进行螺栓连接，4个通孔与角铝4个通孔重叠，将角铝、底座、车底板三者进行螺栓连接。底座大致成“U”字型，底座两端打有大小相等的通孔，通孔在同一条直线上，通孔内安有大小一样的滚珠轴承，滚珠轴承连接底座与蜗杆。用于实时检测儿童越野车的平衡情况。（图4）

4  防倾倒装置总体工作流程

防倾倒装置工作时分为三部分，由控制系统部分中的主控芯片、供电电路以及传感器工作电路处理信号，发送命令。运动组件部分的电机受主控芯片控制旋转，传感器工作电路由陀螺仪和加速度集成芯片组成，用于检测越野车的平衡情况和偏转角度，实时精确控制配重，调节越野车重心。（图5）

5  可行性分析

儿童越野车在将要倾倒时，车辆两侧的轮胎上升到一定的高度会激发这套防倾倒装置的控制系统感应，控制系统传递并处理信号后，儿童越野车辆的配重发生移动，使得越野车回到平衡状态。这套装置能够在车辆将要倾倒的短时间内简单高效的使车辆安全稳定下来。

6  结语

就目前中国经济下，儿童的娱乐方式与日渐多元化，儿童巴哈越野赛车既具有娱乐性能还兼具教育意义，在未来具有很大的发展前景。针对儿童越野车辆倾倒的问题，急需相关技术来解决，加大儿童越野车辆行驶的安全性和可靠性。防倾倒装置既能运用在儿童赛车上及正常上路行驶的车辆上，也有助于类似具有平衡装置产品的优化。

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