基于车辆比赛及测试的辅助装备集成工具车

摘 要 基于比赛时可能出现的一些状况，提出制作一辆集成工具车的构想，设置车载工具箱，随时为比赛提供必备应急工具，以辅助完成车辆比赛测试。

关键词 车辆比赛;辅助装备;集成工具车

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）01-0024-02

1 辅助装备集成工具车项目的目的和意义

在比赛过程中，选手常常会遇到一些问题，比如：1）轮胎等很重的物品无法快速搬运，用老的笨重的方法，无法实现快速更换;2）工具多且较重，常常丢失找不到;3）赛场上，队员之间联系困难，需要保持随时沟通联络;4）多种用电设备，保证供电也是个问题。

基于此，北京理工大学学生机械创新实践中心有了做一个集成工具车的构想，其应具备以下功能：无线电联络（team radio），设置小功率发射基站，实现单工集群通讯，构建指挥和通讯平台;快速卸胎，参考国外类似工具，实现同时卸除多个螺母的功能;应急供电平台，多个电瓶组成电瓶组，以提升输出功率，通过高效正弦波逆变器提供稳定的220伏电压，并通过电压转换模块提供多组USB 5伏输出，必要时可以改为连续可调输出;设置车载工具箱，随时提供必备应急工具。

机械创新实践中心内现常驻三个创新团体，分别是方程式赛车工作室、智能车俱乐部和节能车俱乐部，目的是通过实践和参加汽车类创新比赛，提高学生的综合素质。他们在各种国内外比赛中取得优异成绩。

北京理工大学方程式赛车工作室，是其中成绩最优秀的。在汽车类科技创新比赛中，先后在第一届、第二届中国大学生方程式大赛中获得冠军;其后分别赴日本、德国参加比赛，并取得优秀成绩，创造出中国高校参赛同级别比赛的最好记录。2012年汽油机赛车排名位列世界600余所高校的88名，是唯一进入世界前100名的中国车队。

北京理工大学智能车队参与了全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛历次比赛，在前八届比赛中，多次获得各组别的华北赛奖项和全国赛奖项，竞赛水平位居全国高校前列。基于车辆比赛及测试的辅助装备集成工具项目的实现，将会帮助北京理工大学方程式赛车工作室创下更加优异的成绩。

2 辅助装备集成工具车项目的特色与创新点

其最大特点就是，将比赛过程中常用维修维护功能集成起来在一起，以提升工作效率。其实用性，在于集成多种功能，这需要进行多次反复的实验，进行调整和改进。其新颖性，在于以最优化的组合和最人性化的设计，专门针对方程式赛车的研究和维修，可以是独一无二的。工具车造型现代，集成车队技术工作、工作指挥平台、储存零部件和运送大型装备等功能，节省人力物力，并且占用空间少，是一个很实用的产品。而且在汽车类创新比赛中，北京理工大学是较早开始研发多功能工具车的。

3 辅助装备集成工具车研究内容、进度计划和研究方法

辅助装备集成工具车的研究内容

车辆基体原理：底盘部分采用五轮结构：四个万向轮;车底部中间安装第五个轮，为主动轮，负责辅助动力传输。制动为自行车碟刹动力传动采用带减速器的同步电机，具有可调速功能。

无线通讯原理：以中功率对讲机为基础，安装小型对讲基站，选择相同频段，给赛车和队员都配备发射接收装置，实现车队内部无缝沟通。

电动与电路设计：通过电瓶提供能源，用逆变器调节电压，通过传动装置实现车体运动，使用同步电机来限定转速。逆变器能提供220伏输出，供给电脑灯设备工作，也可给其他设备充电。

快速卸胎装置：参考国外类似工具的原理，计算扭矩，运用轮系设计改装电钻，使其达到同时卸除多个螺母的目的。

工具储存：在满足上述要求后，优化小车结构设计，充分利用空间，使随赛车的工具盒标准件能在工具车上有更人性化的储存空间和相应归类。

辅助装备集成工具车的研究计划

第一阶段：2012年9月―2013年11月，对工具车车身、结构进行设计，对方案进行修改，每周二下午组内成员进行讨论以及分工进行三维建模。

第二阶段：2012年11月―2013年1月，布置学生通过走访五金市场、网上搜索、组内头脑风暴等，对设计进行创意分析，并得出调研报告和修改纸质方案;布局构建，将多功能所需工具或部件合理设计并分布到三维模型上。

第三阶段：2013年1―4月，设计传动系统，研究“换胎枪”和无线通讯设备的原理以及对电机电瓶的有关知识的掌握，并对计划进行一定调整;对设计进行一定程度的修改。根据各学生特点，对他们做了分工：陈智舟负责无线电设备原理的研究，叶剑辉负责“换胎枪”的设计，李益民负责传动系统设计，许尧负责电机，李诗音负责电瓶。最后得出设计或研究报告。同时，建议他们进行深入调研，走访宜家、朝龙五金等大型市场，对布局和多功能整合性、加工难易程度进行调研，通过及时的调研结论，修改、整合设计，得出最终设计方案。

第四阶段：2013年5―6月，将车的整体加工组装，分为车架加工、车身加工、结构部件填充和最终组装四大部分;同时对一些细小的地方进行小修改;车的整体加工完成。

第五阶段：2013年6月―2014年6月中旬，对科创项目进行实验，分析并解决存在问题，进行总结。

车架的三维模型如图1所示。

辅助装备集成工具车的研究方法

首先，要求对现有工具车调研后，通过SolidWorks建立模型进行车体的大致钢架结构设计，对ANSYS车体进行力学结构分析，选取材料，使其承载极限达到100 kg，同时保证车体结构的稳定性，在一些紧急情况下，可以运载轮胎等重物。整车布局如图2所示。

第二，通过前期网络创意收集和反复研讨，修改钢架设计，使其兼具加工简易性、经济性，并符合美学原理。

第三，重新建立三维模型，将多功能的各部分分部先置于车上，并根据使用情况调整结构布局。

第四，经过对家居市场调研，通过整合设计，修改部件和布局，让车辆的结构设置兼备美学与简易多功能的特点。工具车最终模型如图3所示。

4 辅助装备集成工具车的最终成果及验收指标

通过一系列实验研究和改进，最终实现：

1）制作出一台多功能工具车，可以实现快速换胎、具有组成团体内的移动小型通讯功能、对移动设备进行充电、提供交流直流电源、实现常用工具的储存;

2）培养三名学生，使之能够熟练使用SolidWorks和ANSYS进行三维机械设计，将所学的知识应用于实践，培养学生的独立思考和熟练的实际操作能力。

5 结论

该车属于新型实用性产品，集合家居设计的简易复合性和机械产品的功能最大化，在了解所需制作加工的工具原理后，对所需工具进行新的设计与整合，以最优化的组合和最人性化的设计来制作。而且这种辅的车专门为用户设计，是独一无二的。工具车造型现代，集成车队技术工作、工作指挥平台、储存零部件和运送大型装备的功能，节省了人力物力，并且占用空间少。通过本工具车的制作与加入，今后北京理工大学在汽车类创新比赛中将会取得更加优异的成绩。

同时通过本项项目制作，提高了学生的综合素质，培养了创新思维和较强实践能力。学生在这种氛围中充分感受到该赛事在各方各面的发展和影响，并且有兴趣去参加各种动手实践。