刘金肖，何秋熟，杨延清，张远明

(东南大学 机械工程学院，江苏 南京 211189)

0 引言

目前国家正在大力倡导节能减排项目，国家教育部开展了以“无碳小车”为主题的全国大学生工程训练综合能力竞赛。竞赛内容为:设计一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，给定重力势能为4 J(取g=10 m/s2)，通过重物下降来获得，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，同时绕过前进道路上的障碍物，在不碰撞障碍物的前提下尽可能让小车跑得更远。图1 为小车示意图。

图1 无碳小车

竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的间距为100 cm 的障碍物，如图2 所示。

1 设计概述

通过对竞赛命题的分析，小车须有驱动机构、传动机构和转向机构三个环节。由能量守恒定律可知:W(重)=W(地)+W(车)，即重物下降的重力做功等于小车与地面的摩擦做功加上小车内部零件摩擦做功。在W(重)恒定情况下，应尽量简化小车机构，减小W(车)，使W(地)足够大。而W(地)=f×mg×s，在地面摩擦系数f 及W(地)一定情况下，为使行驶距离s 足够大，应尽量减轻小车质量mg。为使小车能稳定运行，小车应保持低速行驶，原因是:如果小车在高速行驶，由于重物和小车的惯性作用，在小车转向时，必然会发生侧偏现象，稳定性大大降低;另外，在重物即将落到车底板上时，如果速度太快必然会与底板发生撞击，造成能量损失，减少运行距离。在尽量提高运行距离的同时，必须设法提高小车的转向精度，使小车左右偏移的时间和距离几乎相同，以使小车能够始终绕过障碍物。……