康瑞 陈蜀乔

【摘要】本作品涉及一种转弯可侧倾倒三轮太阳能电车。转弯可侧倾系统解决车重稳定不经济环保、车轻转弯时容易侧翻的问题。充放电控制系统采用微处理器芯片来实现智能控制，提高了蓄电池的使用寿命，太阳能板的采用大大地提高了车辆行驶的续航能。车身的小巧化在满足日常需求的同时减低了出行的成本，减缓了交通拥挤的问题。此外本车具有制造简单成本低、车体牢固等特性。随着卫星城的发展，该车用于城市短途上下班之间，实现了真正的污染零排放，实现节能减排的目标。在能源匮乏的今天，该车所实现的理念对节能减排有重要的意义。

【关键词】转弯可侧倾倒；太阳能；倒三轮

一、引言

地球资源匮乏，大量的使用汽油造成了城市污染，环境的不断恶劣，此外西部高原生态环境脆弱，大气层较薄，日照时间长，拥有充分的太阳能资源。汽车工业的快速发展，井喷式车辆数目的增长带来很多问题，城市道路的拥挤，资源的浪费，拥堵造成汽车的速度不如电单车快。上述环境条件决定了小型太阳能电动车是最适用的。但是车辆在小巧化轻量化的同时会产生自重不足转弯容易侧翻的问题，还采用了转弯可侧倾系统，大大地增加了车辆行驶的稳定性与舒适性。本文就此研究作出相关的表述。

二、设计方案

本作品要解决的技术问题是提供一种车身紧凑、操作稳定的转弯可侧倾倒三轮太阳能车车架，它可以保证车身在较轻的情况下，三轮太阳能车在转弯时，车身可以随着离心力大小而自动侧倾，使得车体重心有一个向内倾斜的角度，增加了车体转弯时的稳定性。

（1）清洁能源-太阳能。本使用两块光转换效率为20%的太阳能电池板，搭配48V、20A控制器为4组12V的蓄电池充电，提高了车辆的续航能力，充放电控制系统的采用，提高了蓄电池的使用寿命。

（2）车身轻量化、小巧化。该车长212.2cm、宽116.5cm，整车约重130kg为小型轿车的重量的1/10，不占用车位，实现了车身轻量化的目标，达到经济、灵活、空间、缓解交通压力的效果，从而实现节能减排的目的。

（3）转弯可侧倾系统。车身可以根据传感器采集信号传入处理器，处理后控制步进电机转动相应角度，从而实现侧倾功能，解决了车身轻自重不够平衡性差的问题，提高了车辆行驶的安全性与舒适性。

三、工作原理及性能分析

本作品的工作原理是：在转弯时，车架整体受到离心力的作用，车身有一个向外甩的趋势。由于前轮1与地面间存在摩擦力，与前轮1相互约束的前轮支架22不发生离心运动，固定于前轮支架22上的侧倾转动轴12和方向机5也不发生离心运动，但是车架15在离心力的作用下，绕着侧倾转动轴12向外摆动；这样的结构使得车身可以绕着侧倾转动轴12的轴向延长线摆动，这样车架重心会向内倾斜一个角度α，这时车体重心就提供一个与离心力相反的力F，F=mg/tanα，从而抵消了部分离心力（mv2/R- mg/tanα），增加了车辆行驶的稳定性。

在轉向停止后，由于离心力消失，一方面车架15在重力的作用下主动回到了最低点，这就使得车身具有自动回正功能；另一方面，前轮主销内倾8°、主销后倾2°、前轮外倾1°使得转向也能够自动回正。两方面因素的叠加，使得车身方向具有良好的自动回正功能。

为方便侧倾系统的控制，使其性能更稳定，本车加装了基于单片机控制的步进电机侧倾系统。

单片机采集加速度传感器的信号，在车转弯时，传感器的信号发生变化，单片机通过计算而输出一定频率和脉冲个数的脉冲波，控制步进电机驱动器，从而使步进电机转动合适的角度。步进电机的转动进一步通过减速机及传动装置带动车架转动，达到侧倾的目的。

步进电机会根据传入的信号转动相应角度之后自动回正不会随意转动解决其稳定性问题，同样高速的情况下，不考虑其他因素，车重不容易侧翻，但不容易停住。车轻容易停下，但是重心高了，侧翻可能性就增大了侧倾功能能抵消一部分离心力从而提高稳定性。

车辆在行驶过程中，由于地面的原因，车身会发生震动，在前轮下悬臂3和前轮支架22间安装有两个减震器4，在后驱动轮16与车架15的连接处也安装有两个减震器18，减震器不垂直布置的原因有两个：一是空间布置的需要，后面一般很难垂直布置。二是减振器的通用。倾斜布置能调整减振器的最大和最小长度。前后两组减震器的协调配合，使得车身行至复杂路面乘客和驾驶员也能感觉舒服。

结论

1、可侧倾倒三轮车体结构选择，减少了滑动的阻力及车体的阻力，减省了后轮悬挂、车架等部件的结构重量，重心的位置分配比较合理，利于车辆的加速与制动。

2、可侧倾控制系统，解决了车身轻自重不够平衡性差，容易侧翻的问题，单片机采集加速度传感器的信号，通过计算输出一定频率和脉冲个数的脉冲波控制步进电机驱动器，从而使步进电机按要求转动，增加了车辆行驶的稳定性。

3、太阳能充放电控制系统，本系统内采用微处理器芯片来实现智能控制，带蓄电池过充电和过放电保护，延长了蓄电池的使用寿命。

太阳能具有资源丰富、性价比高、零排放等特点，我们的作品采用太阳能作为主要能源，供电系统的选择采用家用220V交流电与太阳能板现结合，提高了运行的可行性。

参考文献

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[2]汽车构造（第三版 吉林大学 陈家瑞）

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[7]赵涛.一种新型混合动力电动汽车的动力系统设计、仿真及电机驱动系统的研究[D].合肥工业大学，2005年

作者简介

康瑞（1992—），男，河北沧州人，本科生，主要从事车辆工程研究。