课题:汽车悬挂调教系统模

课题组主要成员:高   攀、曹伟超、钟亮亮

指导老师:      王平坚

执笔:          高   攀

课题研究时间:2009.9——2010.6

研究论文

去年十月份的一个星期六，爸爸开车送我去学校参加模型社团的活动，开了没多久，就有人提醒我们，车子的轮胎出问题了，下车检查发现，右边的一个前轮没气了。于是爸爸把车停在路边，我开始帮他换轮胎。那个轮胎扎了一个钉子，气漏的差不多了。爸爸装备用轮胎的时候，我在研究那个换下来的轮胎，发现了一个问题，那个轮胎的外侧的花纹已经磨的差不多了，而内侧的花纹都还是挺新的，于是我叫爸爸过来看。爸爸说这两个前轮，才买了没多久呢，怎么会这样呢？检查了另外一侧，竟然也是这样。

把我送到学校以后，爸爸就去他买轮胎的轮胎店了。那天活动的内容就是遥控车模型的安装和操纵，大家在练习的时候，我还在想着早上那个轮胎的事情，就去请教老师了。老师说:“你们换新轮胎后是不是重新做了四轮定位呢，如果四轮定位没有做好的话，就可能出现这样的问题，这叫轮胎的偏磨损，往往是由于车辆悬挂系统的某个角度没有调好而导致的。”老师还拿出一台遥控的模型车给我看指出车辆的悬挂的一些角度对汽车的行驶特性和轮胎的影响。半天的社团活动很快就过去了，等爸爸来接我，但是他没准时到。我打电话过去，他说还在轮胎店呢，轮胎店不承认他们的轮胎没问题，说是我们车子的问题。我告诉爸爸，老师说可能是四轮定位的问题。爸爸说:“当初买轮胎的时候，他们说两个一起换，可以免费进行一次四轮定位，我就做了，说不定还真是这个四轮定位的问题呢，因为车子其他地方都没有动过啊。”我后来找到了爸爸，换了一家轮胎店，重新做了四轮定位，确实是因为悬挂系统上的一个角度没有做好而导致了轮胎的偏磨损，我们更换了新轮胎以后，找到了原来的那家轮胎店，这次我们是有理有据，终于也得到了相应的赔偿。

回来以后，我就一直在考虑，为什么专业的轮胎店，有这么先进的仪器，还是会出现这样的错误呢？我发现，四轮定位的时候，他们就是把车子四个车轮装上四个仪器，根据电脑的数据在车底调整了几个螺丝，怎么就有这么大的差别呢？第二天，我找到了我们社团的老师，继续向他请教这个问题。

老师说:“四轮定位现在用的基本都是激光四轮定位仪，结构复杂，而且需要一些专业的知识，但是它能大大简化四轮定位的过程。可能当时给你爸爸做四轮定位的那个工人专业知识不到家，或者机器的某个部件出了问题，所以就出现了轮胎的偏磨损。”

“那难道就没有一套操作简单，不容易出错的机器吗？”我问到。

老师说:“老方法用的是手工测量，误差会比较大，而且很繁琐；现在用的激光定位仪测量很精确，但是由于这个系统很复杂，需要专业技术才能操作，而且越是复杂的系统，越容易出问题。你可以找几个朋友，一起来研究一下，看看有办法来解决这个问题。”

我说:“我就喜欢瞎想想，靠我自己，要解决这么大一个问题，估计困难。”

老师说:“我帮你在社团里找两个得力的帮手。如果能设计出相关的成品，也可以先按比例做成模型，用我们社团里面的模型车在做试验”

我们的队伍很快就组建起来了，高二的曹伟超，爱上网，搜集资料有一套，而且动手能力也很强，而高三的钟亮亮，在省、市的车辆模型竞赛中都获得过很好的成绩，是个很好的车手，正好可以为我们提出很好的建议。

曹伟超花了一周时间，为我们找了很多相关资料。车辆的悬挂系统有两个比较重要的角度，束角和上开倾角，调整这两个角度可以改变车辆的行驶特性和轮胎的磨损情况。图(1)为束角的示意图，束角分内束和外束，不同的调整可以使车子体现出更灵活或者更稳定的行驶特性，但是太大的束角也会使轮胎的磨损加剧。

                图(1)                             

 

曹伟超还提供了一些调整这些角度的方法，通过整理图片，我们发现我们手头的模型车，跟真车的悬挂结构非常相似，也就是说，如果我们研究模型车成功了，那真车也就没有问题了。本来对于这次研究，我们并没有非常明确的目的，现在，我们决定，要设计和制作一套针对模型车的悬挂调教系统，如果有机会，我们甚至想制作成能在真车上使用的，简单、方便、精确、适合普通车主使用的调校系统。

经过了几周的讨论和论证，我们设计出了几种方案，形成了草图和简单的成品。作为我们的小白鼠，亮亮同学在试用以后给出了很高的评价，他说用这个系统调教过后的悬挂，左右的平衡度非常好。而由于使用了量角器，使得悬挂调整时候的每个角度都有量化，而以前在比赛前调整自己的模型车都是凭经验。他对每个角度所对应的行驶特性都一一做了记录，发现模型车在调整相应的束角和上开倾角以后所显示出的行驶特性和曹伟超所查找到的资料是一致的，他说:“以后比赛前调整车辆就方便多啦，只要注意观察车子在赛道上的行驶特性，查一下我这次记录的这套数据，做出相应的调整就可以啦，可以省好多功夫呢。”

我们太高兴了，在接下来的几天，一直在讨论我们的成品该使用怎样的材料，怎样的制作方式，甚至产品真的能大批量生产的话，该卖多少钱，我们几个该怎么分……现在回想一下，都觉得非常好笑。

曹伟超查阅了资料以后，提出用透明亚克力制作角度尺，这样角度观察就比较清楚；用铝合金制作车架，因为它能承受比较大的重力而形变很小。关键是这两种材料都可以使用CNC的机械加工，真的可以做到大批量生产了。我们找到了老师，告诉他我们的进展，并且想请老师帮我们联系一下能进行CNC加工的地方。然而老师的一席话，就好像当头给我们浇了一盆凉水。他说:“这样就算成功了吗？高攀，你们最初的目标是什么？你们现在充其量只是设计出了一套给模型爱好者在比赛和训练中使用的调整器材，虽然已经很不容易了，但是离你们最初的目标，还有很长的路要走啊。你们现在的这套调教系统，如果要用到真车上，应该还有很多改进的空间，不妨再讨论一下，看看有没有更好的方案。”

老师说的没错，我们不能因为一些小小的成功而忘记了这次研究的目标——设计出一套使真车的四轮定位简单、方便、精确、适合普通车主使用的悬挂调教系统。现在的调教系统，在遥控模型车上使用已经很不错了，虽然模型车的悬挂跟真车非常的接近，但是还是有区别的，我们的系统从模型车到真车上，肯定有需要改进的地方。

亮亮首先提出:“我在用这套东西的时候，车轮的束角和上开倾角基本在正负5度的角度范围内调整，而这套系统现在是用量角器改造的，180度的角度根本用不上，这套系统如果用到真车上，肯定会比较笨重，这么大的角度盘，不是会使它更笨重吗？既然用了透明的亚克力，干脆把角度直接刻在亚克力上，而且只要正负5度的角度刻度就行啦，这样不是可以大大减小这套系统的体积吗？”

我曾经观察过亮亮使用这套系统，每次都要先测量上开倾角，测量完了，再测量束角。因为我们设计出了可以单独测量束角的角度尺，也设计出了可以单独测量上开倾角的角度尺。模型车很轻很小，没有问题，但如果用到真车上，每次测完一个角度，都要换来换去，太麻烦了，毕竟真车要重很多呢。我们应该设计出一套能综合这两项功能悬挂调教系统。

于是我们开始对这套系统进行改进，第一个问题好解决的。第二个问题就花了我们不少时间，想了很多种方案，都无法把两项功能合二为一。

自从开始设计这套悬挂调教系统以后，我开始喜欢看电视里的赛车比赛了。那天正在家里看F1的比赛，看到有一个车队的机械师正用一把特制的尺测量车子的轮胎，从他测量的地点和方法来看，不就是在测量束角吗？他的这个测量方法非常简单实用，我们不正好可以借鉴一下吗。

一周后，我们把改好的设 计图给 老师看了，大家利用课余时间又讨论和修改了几次，最后终于定稿了。老师找了已经到大学读书的以前模型社团的学长，利用他在大学里学的知识，为我们的设计做了矢量图，又找到了CNC加工的地方。经过了漫长的等待，几天后，我们的第一套产品终于成功下线了，亮亮再次试用以后说了三个字:“太棒了!”

这就是我们的成品，汽车悬挂调教系统模型测量开倾角的时候，可以通过亚克力板上的角度数据轻松读出上开倾角的角度，再配合车上的螺杆进行调整测量束角的时候，放一块测量板在顶端，可以通过测量板上的角度读数读出束角的大小，再配合车上的螺杆对束角进行调整。