基于慧鱼模型的四轮驱动电动汽车创新设计

版 社,2008.
[4] 涂振宇,曾碹.数据库并发访 问 机 制 研 究[J].江 西 教 育 学 院 学 报,
图 1 动态多粒度锁算法流程图
2006.
（ 责任编辑 赵勤）
收 稿 日 期 :2010-07-20;修 订 日 期 :2010-07-27 作者简介:李浩东（ 1977-） ，男，河北保定人，讲师，研究方向：机械设计及理论。
汽车在此弯道行驶时，外轮 和内轮的电机调速比为 1.5，取内 轮电机调速 n2 =4，则外轮电机调速 n1=n2 ×1.5=4×1.5=6。
小车通过 1 段直线行驶进入弯道时，如图 9 所示，汽车 前 轮 先 进 入 弯 道 。此 时 设 置 前 轮 外 轮 电 机 调 速 为 6，则 前 轮 内轮电机调速为 4，2 个后轮电机调速均为 4。 大约经过 2 s， 小车后轮进入弯道。此时，再 设 置 后 轮 外 轮 电 机 调 速 为 6，内 轮 电 机 调 速 为 4。这 时 小 车 围 绕 转 向 中 心 ，以 半 径 R=50 cm， 作圆周运动。
车模型，如图 1 所示。该四轮驱动电动汽车 4 个车轮分别装 有 1 个电机，通过电机的旋转带动车轮转动。动力来源于电 机 M1、M2、M3、M4, 这是慧鱼创意组合模型组合包中的大功 率马达,拥有固定的减速比为 50∶1 的法兰 齿轮组,动力经过 齿轮传动传至车轮,来带动汽车运动。车架用 1 根弹簧实现 柔性连接，从而方便汽车转向，避免转弯时发生干涉。
不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使 6 面都可拼接， 独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。它 提供的创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型 3 大系列，集能源（ 包括太阳能） 、机械、液压、气动、遥控、自控、 程 控 等 多 种 学 科 知 识 于 一 身 ，利 用 工 业 标 准 的 基 本 构 件（ 机 械元件 / 电气元件 / 气动元件） ，辅以传感器、控制器、执行器 和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技
图 3 硬件电路接线图 信,将 电 机 M1、M2、M3、M4 连 接 到 慧 鱼 接 口 板（ ROBO Interface） 的 输 出 M1、M2、M3、M4,通 过 控 制 电 机 的 转 速 实 现 汽 车 的 S弯道行驶。 1.2.2 转弯半径设计
汽车转向时，要求所有车轮轴线都能相交于一点，如图 4 所示，交 点 为 O，称 为 转 向 中 心 。这 样 才 能 保 证 各 车 轮 在 转 向时均作纯滚动，以免汽车在转向时与地面滑动而增大阻力 和加快轮胎磨损。对于二轮驱动汽车应保证内、外转向车轮 的 转 角 有 如 下 关 系 [2]：
V1 V2
=
R R-S
式中 R— ——转弯半径；
V1— — — 外 轮 行 驶 速 度 ；
设置与前轮相同。之后小车离开弯道的情况与进入弯道的情 （ 1）
况正好相反。 完整的程序具体如下图 11：
V2— — — 内 轮 行 驶 速 度 ；S——轮距； Nhomakorabea由于
V1=ω1r1=2πn1r1 V2=ω2r2=2πn2r2 其中 r1 和 r2 分别是外、内车轮的滚动半径。 根据公式（ 1） ，（ 2） ，（ 3） ，得
（ Hebei University, School of Quality and Technical Supervision, Baoding 071002, China）
Abstract:The four-wheel drive electrical vehicle model used of Fishertechnik models was build. Its power is provided by four electromotors mounted on the four wheels.The speed ratio of inner and outer electromotors was calculated according to steering roll-radius and designed road of s figure.This model can realize to run in straight line and the road of s figure,provide an example for Fishertechnik models in the educational innovation. Key words:fishertechnik; four-wheel drive; electrical vehicle; innovation
小车由第 1 弯道进入第 2 弯道，如图 10 所示。前轮进入
第 2 弯道，在第 1 弯道的内轮变成在第 2 弯道的外轮，在第
1 弯道的外轮变成在第 2 弯道的内轮。此时，将内、外轮电机
图 7 转向示意图
的 调 速 互 换 ，后 轮 仍 保 持 先 前 设 置 ，大 约 经 过 2 s，改 变 后 轮
=
15 sin20
=44.856
cm
取 Rmin =50 cm。
1.2.3 转弯半径 R 与电机转速 n 的关系
汽车转向时建立的模型如图 7 所示，外轮和内轮围绕转
向中心 O 旋转，速 度 分 别 为 V1 和 V2，车 轮 速 度 与 转 弯 半 径
关系为：
道的半径为 50 cm，同时取外、内车轮电机的转速比为 n1 。则 n2
根据转弯半径和设计的 S 形弯道计算出了内轮和外轮电机的调速比。该四轮驱动电动汽车模型较好的实现了四轮
驱动电动汽车的直行和 S 形弯道行驶，为慧鱼教具及创意组合模型在教育创新方面的应用提供了一个范例。
关键词:慧鱼； 四轮驱动； 电动汽车； 创新
中 图 分 类 号 :G40-034
文 献 标 识 码 :B
（ 2） （ 3）
图 10 汽车模型进入第 2 弯道图
图 11 汽车模型总程序图
文章编号:1008-8725（ 2010） 09-0197-03
Innovation Design of Four-wheel Drive Electrical Vehicle Based on Fishertechnik Models
LING Hao-dong, CHANG Yun-xia, WANG Qing
车宽 A 20
图 2 设计示意图
表 1 汽车模型参数表 车长 B 轮距 S 前悬 L1 后悬 L2
37
18
5
5
车架距离 H 5
图 1 四轮驱动电动汽车模型 它没有偏转轮及其偏转轮转向系统，没有自由轮和半自 由轮，4 个车轮通过齿轮与电机相连由电机控制 。 不管是直 行或是转弯，所有车轮，任何时候，都严格遵循行驶意图转 动，不受任何干扰。车轮通过齿轮与电机相连，前后结构相 同。 实现了用改变两侧电机的调速的汽车动力差速转向，行 驶非常稳定可靠。它还可较高速转弯。 同侧前后车轮转速始终相等，前后车轮行驶轨迹始终重 合。小车转小弯时，车身、车轮行驶宽度也几乎不变，也就是 没有内轮差， 完全避免了转小弯时内后轮无法通过的现象。 小车在小弯道行驶时也更加方便、灵活和自由。在越野、无路 和松软路面行驶时， 后轮总是沿着前轮压实的车辙前进，减 少了后轮的行驶阻力，保证了行驶性能，还能降低能耗。 它增加了原地回旋功能，汽车可在狭小场所实现快速原 地掉头，拓宽了汽车使用范围，能满足特种车辆对狭窄场所 和复杂地形等的特殊行驶要求，不用烦琐操作，缩短了运行 时间，还可节省能源。 此外，小车中没有主减速器和差速器，电机小巧，越野通 过性好，簧下质量小，行驶平顺性好，整车中也不用分动器和 差速锁等，没有转向机构，也就不再需要其它动力系统和操 纵系统，电动机功率全用于驱动牵引。因此，小车动力相当强 悍。 其设计简图如图 2 所示。经过测量得到整车参数如表 1 所示，单位 cm。 1.2 硬件设计 1.2.1 ROBO 接线设计 程序控制的硬件部分包括： 慧鱼接口板 （ ROBO Interface） 1 块，COM 口电缆线 1 根，慧鱼可充电电源 1 块，电线若 干。 其电路连接示意图如图 3 所示。 利用 COM 口与电 脑通
只需将 4 个电机设置相同方向和相同大小的调速就可实现
汽 车 的 直 线 行 驶 。设 4 个 电 机 调 速 为 4，则 汽 车 驶 过 这 段 直
线距离所需要的时间约为 3 s。
根据该四轮驱动汽车的最小转弯半径为 50 cm， 设计弯
图 6 四轮驱动汽车最小转弯半径
经过测量得到其最小转弯半径是
R min
0 引言
“ 慧鱼教具及创意组合模型”，又称为“ 工程积木”、“ 智慧 魔 方 ”,简 称“ 慧 鱼 ”， 是 由 德 国 发 明 家 Artur Fischer 博 士 于 1964 年发明的。 慧鱼创 意 组 合 模 型 的 主 要 部 件 采 用 优 质 尼 龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时
汽车的转弯半径
R=
D sinα
第9期
李浩东，等：基于慧鱼模型的四轮驱动电动汽车创新设计
·199·
图 5 四轮驱动电动汽车转角关系
当四轮驱动汽车如图 6 所示行驶时，得到其最小转弯半 径。
图 8 S 形弯道
图 9 汽车模型进入第 1 弯道图
条直线 ，长 度 均 为 40 cm。该 汽 车 直 线 行 驶 通 过 此 路 段 ，此 时
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（ 上接第 193）
3 结语
数据库文件 ，a 应该小一些 ， 而对于不经常访问的数据库文
件，a 可以适当的大一些。
在数据库应用中， 并发控制的方法和实现途径多种多
动态多粒度锁的算法流程如图 1 所示：
样，可以借助于数据库本身的能力，也可以利用开发工具，还