电磁组-中国石油大学(华东)-石大电磁一队
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基于C型车模的电磁支架设计
Design of Inductances Support Based on C Model Car
文昱力，陈梦，吴继超（中国石油大学（华东），石大电磁一队）
摘要：本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，提出了一种基于C型车模的电磁支架方案。
本文介绍了这一方案的基本思想，所依据的力学原理，给出基本构想，并根据方案实际制作了小车。
实践证明该方案是可行的。
关键词：智能车；C型车模；支架；拉索结构
I.引言
电磁组与光电组和摄像头组最明显的区别就是其长长的电感支架。
一方面，这是为提前获取赛道信息做出的独特设计，另一方面，也为车体机械结构的弊病埋下隐患。
以往届的经验来看，取得较好成绩的电磁组车模通常采用简单轻便，结实稳定的支架结构。
本方案以第九届飞思卡尔智能车电磁组别为基础，以我们组设计的车模为例，仿照桥梁设计中的斜拉桥，对比了两种拉索方案，提出一种简洁高效的电磁支架方案。
II. 设计思想
斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。
受到斜拉桥的启发，进而想到“悬臂梁-拉索”结构，结合具体情况对电感支架做出如下设计：
采用5*4碳纤维杆和尼龙线作为结构材料。
结构搭建：使用热熔胶将碳纤维杆固定在车体前端，固定角度约为15°。
使用尼龙线将碳纤维杆拉起，此时，碳纤维杆、尼龙线和车体内部均存在结构形变产生的应力。
II. 定性分析
根据车模运行的实际情况，主要要求支架在承载电感的同时满足竖直、左右两维度上的稳定。
下面分别对支架的这两个维度做出简单地定性分析。
车体高速运行时（2.5m/s~3.5m/s）容易受到各种扰动的影响，使得电感支架产生振动。
这种震动使得赛道检测的数据不稳定，影响赛车的行驶。
通常，车身整体较为坚固的时候，系统较为稳定。
我们可以
通过结构的弹性系数来反应车体的“软硬”。
1 竖直方向
安装碳纤维杆的时候是15°，当结构稳定时碳纤维杆
已经产生了16.5°的弯曲。
对竖直方向上做简化分析：
由于结构的平衡是碳纤维杆的弯曲的弹力与尼龙线的
拉力平衡的结果。
将车体的弹性系数简化为竖直方向
的弹性系数等效量k11（碳纤维杆）和k12（尼龙
线），y1与y2分别为碳纤维杆和尼龙线竖直等效
的静止形变，那么有
12
2
11
1
=
∙
-
∙k
y
k
y
当产生竖直方向上的扰动y∆时，产生的回正力为
k
y
k
y
F y
y
y12
2
11
1
)
(
)
(∙
∆
-
-
∙
∆
+
=
化简得
)
(
12
11k
k
F y
y
+
∙
∆
=
对比可知，此时支架结构的弹性系数为
k
k
k y12
11
+
=
支架
当支架收到竖直方向上的扰动时，回正力大于每一种
材料单独作用时的回正力，衡量车体“软硬”的弹性
系数为碳纤维杆弹性系数和尼龙线弹性系数之和。
支
架获得了较高的“硬”度，保证了支架竖直方向上的
稳定性。
2 水平方向
图∙拉索
1
图∙拉索2
除了竖直方向上的震动，车体运行过程中还会
产生水平方向上的震动。
曾经一共尝试过两种拉索方
案，如上图∙拉索1和图∙拉索1。
下面对两种方案的
扰动受力做出对比。
如图∙拉索1所示，使用尼龙线为材料的拉索成
交叉结构。
静止时，拉索1（弹性系数为k21）和拉
索2（弹性系数为k22）在水平方向上受力平衡
22
2
21
1
=
∙
-
∙k
x
k
x
当支架产生水平方向上的扰动x∆（假设方向向右，
图示方向向上）时，水平方向上的回正力为
k
x
k
x x
x
F
x22
2
21
1
1)
cos
(
)
cos
(∙
∙
∆
-
-
∙
∙
∆
+
=α
α
化简得
)
(
cos
22
21
1k
k
x
F
x
∙
+
∙
∙
∆
=α
其中α为74.8°，α
cos=0.262。
同理，对于图∙拉索2可得
k
x
k
x x
x
F
x22
2
21
1
2)
cos
(
)
cos
(∙
∙
∆
-
-
∙
∙
∆
+
=β
β
化简得
)
(
cos
22
21
2k
k
x
F
x
∙
+
∙
∙
∆
=β
其中β为86.9°，β
cos=0.054。
对比可知
852
.4
2
1
=
x
x
F
F
即
852
.4
2
1=
x
x
k
k
支架
支架
由此可知，当受到相同大小的水平方向上的扰动，图
∙拉索1所示的结构比图∙拉索2所示结构的回正力要
大，即弹性系数要大，而且但很多倍。
实际过程中图
∙拉索1的方案比图∙拉索2的方案要“结实”得多，
验证了上述分析。
最终，车模采取了最优的方案进行设计搭建，
使得数据采集和车身质量的分布取得了理想的效果。
主要参考文献
[1] 候密山，胡玉林，主编.工程力学(Ⅱ)材料力学[M].东营:
中国石油大学出版社, 2004.4
[2] 卓晴, 黄开胜, 邵贝贝. 学做智能车[M]. 北京:北航出版
社,2007.3
[3] 刘鸿文，主编.材料力学Ⅰ(第4版)[M].北京: 高等教育
出版社, 2004.1。
