势能驱动车-任务命题文档-(1).docxVIP

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第七届**省大学生工程训练综合能力竞赛

The6thHunanUndergraduateEngineeringTrainingIntegrationAbilityCompetition

场景设置与任务命题

参赛项目

势能驱动车

队伍代号

1、场景设计思路

1）依据命题假设现场初赛的场景描述

初赛命题

驱动车场地为5200mm×2200mm长方形平面区域（如图1所示），驱动车必须在规定的赛场内运行。图中粗实线为边界挡板和中间隔板，两块长1000mm的中间隔板位于两条直线段赛道之间，且两块中间隔板之间有1000mm的缺口，缺口处的隔板中心线上可以放一块活动隔板（如图2所示）；赛道上的点画线为赛道中心线，用于计量运行成绩以及判定绕桩成功；驱动车必须放置在发车区域内，并在发车线后按照规定的出发方向发车，前行方向为逆时针方向；在赛道中心线上放置有障碍物（桩）（如图1所示的圆点），障碍桩为直径20mm、高200mm的圆棒，障碍桩间距指两个障碍桩中心线之间的距离。

图1驱动车赛道示意图（注：赛道上无“发车区”字样和“剖面线”）

（说明：5200mm、2200mm均为内尺寸）

图2活动隔板形状

运行方式

现场初赛时，缺口处放置活动隔板；沿直线赛道中心线上放置4个障碍桩（如图3所示），障碍桩是从发车线开始按平均间距1000mm摆放。比赛时，4个障碍桩位置不变。

图3现场初赛赛道示意图

驱动车发车之后，必须在赛道上走环形S轨迹绕过障碍桩，如图4中双点划线所示轨迹。驱动车没有按照实际运行方式或脱离赛道运行，或停止运行，均比赛结束。

图4驱动车的环形运行方式示意图

拟规划的现场决赛的场景设计

决赛场景设计

在初赛命题的基础上，修改中心线上的障碍桩数为5，即从发车线开始，沿赛道中心线按照等距750mm放置5个障碍桩；比赛时，第1、第3和第5个障碍桩位置不变，第2和第4个障碍桩的位置在-150mm~+150mm的范围内沿赛道中心线同向调整（“+”为沿赛道中心线逆时针调整，“-”沿赛道中心线顺时针调整），其调整值通过抽签决定。

决赛运行方式

决赛时，驱动车有环形、8字和综合三种运行方式；其中环形为在赛道上走S轨迹（与初赛时相同），8字为在赛道上走8字S轨迹（如图5所示），综合则为在赛道上交替完成环形和8字两种运行方式，次序不限。不同的运行方式使用不同的难度系数，在一圈里不能出现有两种运行方式，决赛将按照不同运行方式的难度系数进行评分。

图5驱动车的8字运行方式示意图

驱动车没有按照实际运行方式或脱离赛道运行，或停止运行，均比赛结束。

3）现场初赛与现场决赛的方案详细对比分析

桩数不同

初赛时，沿赛道中心线布置4个障碍桩；决赛时，沿赛道中心线布置5个障碍桩。决赛较初赛多了一个障碍桩，障碍桩平均间距减小，增加了绕桩难度，同时降低了运气成分在比赛中的占比。

障碍桩间距不同

初赛时，障碍桩按照平均间距1000mm放置；决赛时，障碍桩初始时按照平均间距750mm放置，比赛时第2个和第4个障碍桩的位置在-150mm~+150mm范围内沿赛道中心线同向调整。决赛的障碍桩布置减少了桩间距，增加了比赛难度，同时两个桩的位置变化，但是极限位置时桩间距不低于600mm，满足命题要求，同时增加了比赛难度，参赛队伍要考虑所有的极限情况，增加了做车难度，非常考验参赛选手的专业知识储备量。

2、拟规划的现场决赛作品的主要传动零件（例如凸轮、齿轮等）及机构的设计

1）传动机构设计思路及原理图

设计思路

相较于以往变长的赛道路程以及更复杂的运行轨迹，本次驱动车无法用简单的周期转向机构（如曲柄连杆机构）实现本届比赛工程基础赛道运行轨迹，故我们利用凸轮机构来实现驱动车复杂的转向运动。我们先拟定小车设计的几个主要参数（左、右后轮偏离车身中心的距离，分别设为eL’和eL，前后轮中心在俯视方向投影的垂直距离A），设定右后轮为主动轮，利用三角形相似，推算出在前轮转动的每个单位角度下，主动轮每前进一个单位距离，前轮和左后轮的前进距离，把整个轨迹分为前轮转角的多段曲线，利用MATLAB，通过设置各段转角曲线的单位节点数量和幅值，迭代出小车运行轨迹，再根据迭代出来的运行轨迹推导出凸轮的外轮廓形状，凸轮轮廓上的每一点即代表一个前轮转角角度，凸轮和前轮通过推杆连接实现转向。通过最终迭代出来的轨迹的总结点数乘单位节点距离，得到赛道的长度，再在凸轮与驱动轮间添加适当传动比的齿轮传动，便可以跑出想要的路程。

设计原理图

图6传动机构原理图

2）主要传动零件及机构设计计算

凸轮设计计算

A．拟合驱动车轨迹

驱动车简图即主要设计参数如图7所示，右后轮为主动轮，设定主动轮前进单位节点距离为houl=0.00006m，利用数学知识可得如下关系式：

后