论迷你四驱车的智能电子化

tk.cocacola · 发表于 2014-8-28 09:15

      迷你四驱的发明，最早是在1982年，由曰本田宫模型公司将遥控车缩小，去除了转向和遥控装置的赛车。我们80后，接触迷你四驱大多是在九十年代，跟着动画片《四驱小子》和《四驱兄弟》在电视频道上的连载播出，迷你四驱也风靡神州大地。时至今日，迷你四驱已经有30多年的历史了。

      那时，最熟悉的迷你四驱品牌是奥迪双钻，不过都是高富帅才能买的起，至于田宫更是土豪才有的稀罕装备。大部分小朋友都是买国内副厂生产的仿制车，像双树、超星之类的。我也是一名屌丝，那时候要开老板的赛道，必须买一样老板的东西，思来想去，拼装好的杂牌四驱车一辆只要5元，比个改装件还便宜，所以就买了一辆5元的红色巨无霸，当时也不懂什么性能参数，只是觉得外观挺酷的。配了两节白象的碳性电池，就这么开了，结果闪电飞龙轨道的圈都上不去。后来，查了很多资料，自己研究马达的改造，绕线圈、做碳刷、镶轴承，换上充电电池，结果一下子开了40多圈闪电飞龙，周围的小伙伴都惊呆了。也是从那时起，我喜欢上了迷你四驱，喜欢上了改装。

      最近在论坛上逛了好久，发现如今的迷你四驱变化很大，尤其是材质，以前都是ABS工程塑料的，现在铝合金、PVC甚至碳纤维都有了，马达也达到了惊人的10万转/分，传动系统也新增了排齿或者双头中置输出……但是，与当年相比，四驱车的电池、导向装置、配重和稳定系统还是变化不大，更可怕的是，现在比赛的车辆同质化非常严重，不仔细研究的话，感觉基本上都长一个样。

      为何当年丰富多彩的迷你四驱，变成了今日的八股和雷同？我认为迷你四驱的比赛规则，是最核心的问题，它对迷你四驱界有着直接的导向作用。规则中，要求使用田宫的原厂配件，对非田宫的配件要么向下调整名次，要么干脆直接禁止，所以想要好的名次，必然选择田宫原厂配件，这样无论是车体还是改装件都被限定在很小的范围内；其次，规定了使用电池和马达的种类，如今锂电池技术已经非常成熟，但是比赛仍旧规定使用镍氢电池，这种老技术的电池容量小、电压低、内阻大、充电次数少、重量重等等都是缺点；马达也指定了型号，并且不允许拆开改造，不然车检不能过关；就连车身的长高宽也制定了标准，车体宽度和轨道尺寸有关，这个尺寸规定了无可厚非，但是车长和车高为何也要限制呢？

      带着这些问题，在制作新车“极速天使”的时候，我也进行了适当的探索和尝试，比如使用了小厂生产的轻量化车体，自己制作了低风阻的扁平化车壳，利用3.7V的锂电池代替5号电池，马达进行了强磁和线圈的拼装，导轮也超过了规定的6个。试车的感觉，不比使用田宫原厂件的差，但是费用却极低，仅仅100元都不到，甚至比部分田宫原厂车都还要便宜，但是性能完全是两回事。

      关于车辆的改装，我发现目前无论是龙头、凤尾、导轮、丁丁、差速轮或是其它的改装件，都是通过机械的方法来实现各自功能的。其实，在电力电子发展日新月异的今天，很多功能都可以使用电子元件来实现。可能有人会说，电子化零件的加入会不会破坏迷你四驱的纯正血统，或者失去本来的乐趣？我认为不会。首先，就连田宫模型公司自己也开发过迷你四驱使用的电子化元件，比如遥控的启动装置等；其次，电池和马达本来就是电子化零件，再多一些电阻、电容和电感不会影响迷你四驱的本质；最关键的是，电子元件的引入，将大大增加玩车的乐趣。

      具体来说，迷你四驱可以在以下三个方面进行电子化改装或者相关的结构改进：

      1、动力系统：改为锂电池驱动，使用USB标准口充电，内置过流和过压保护电路，放电时使用DC-DC升压开关电路，通过车上的单片机调节电压或者使用PWM占空比调节、变频调节等控制车速，这样就可以实现在直道加速、弯道减速的功能，避免飞车，同时提高动力输出的有效性。马达可以考虑改用航模的无刷直流电机，磁浮轴承支撑，能够达到更高的转速和扭矩，同时相比碳刷导电的方式，无刷电机的使用寿命更长；齿轮传动避免使用90度的伞齿进行传递，改用排齿和轴承，传动效率更高，甚至可以不使用四驱，其实两驱对于轨道竞速赛更为合适。

      2、转向系统：现实中迷你四驱的轨道设计，转弯半径一般都是小于车辆的最小转弯半径，所以利用导轮转向有很好的效果。但是，这样的转向，必然会导致轮胎的侧滑，既加大了轮胎的磨损，又影响驱动轮的动力输出，减慢了过弯速度。车辆的最小转弯半径是由转向轮偏角和轴距决定的，所以应该增大偏角、减少轴距，必要时甚至可以采用四轮转向系统。同时，使用光电、超声波或者其它类型的非接触传感器，检测车身与轨道之间的距离，通过单片机计算，在轨道中反复的跑，使用神经网络模式，不断学习，这样可以彻底摆脱导轮的束缚，从而得到最优的过弯路线和过弯速度。

      3、车身稳定系统：现在普遍是使用丁丁这种可上下移动的配重来实现的，工作原理就是利用质量的惯性积分作用，消除瞬时加速度的微分效应，打个比方，就像湖面上的落叶，虽然水波一直在移动，但是落叶只是在上下振动，位置却基本不变。但丁丁是一把双刃剑，它的缺点就是增加了车辆的自重。根据简单的物理公式，在不考虑车身空气动力学的微弱影响时，四驱车轮上有功功率P=轮胎与轨道的摩擦系数u*车重m*重力加速度g*车速v，其中u和g是常数，在马达不变即P一定的情况下，车重和车速成反比，这就是赛车轻量化的基本原理。丁丁的工作原理是违背轻量化改装的原则的，只是在车重与车速两者之间进行妥协的一种方法。不如改用遥控飞机上的电子陀螺仪来增加稳定性，通过测量XYZ三轴加速度的大小变化，通过速度和车身的姿态调整来提高稳定性，使用 PID比例积分微分算法或者其它更好的控制方法，将大大增强车身的稳定性。

      通过以上三点的电子化改装，采用单片机系统，并且有传感器的反馈，形成了实时闭环控制，迷你四驱就具备了一定的智能化，与现在简单的开环控制相比，哪怕机械部分完全一致，整体性能上也会有质的飞跃。当然，系统也变得较为复杂，而且对程序的编写也是较为专业的技术。不过，我认为，迷你四驱智能电子化是将来的发展方向，如果迷你四驱要在未来的30年内仍旧保持活力，必须紧跟时代发展的步伐，吸收最新的技术成果，化为自己前进的动力，我也相信，钟爱迷你四驱的朋友一定会不断在技术上进步，将技术宅发扬光大，越是有挑战，越是会去钻研，在改装的过程中一次又一次体会到玩迷你四驱的乐趣所在。

http://mini-4wd.net/thread-21092-1-1.html

田宫坑是四驱车的一部分玩不起就别玩

fenix1611 · 发表于 2014-8-28 09:23

第三点的丁丁让我很在意究竟是个什么东西

银辉神父 · 发表于 2014-8-28 09:28

实现四驱兄弟的声控功能啊！

----发送自 HUAWEI H60-L01,Android 4.4.2

pentwo · 发表于 2014-8-28 09:30

转向那个，我记得我玩的时候有个叫做差速轮的可以解决

乌鸦的皇冠 · 发表于 2014-8-28 09:34

可是怎么改还是不会有闪光背景跟语音必杀啊教练

tk.cocacola · 发表于 2014-8-28 09:40

fenix1611 发表于 2014-8-28 09:23
第三点的丁丁让我很在意究竟是个什么东西

http://www.autohome.com.cn/culture/201401/709430-4.html

和你的丁丁一样，需要的时候会提起来的

niodx · 发表于 2014-8-28 09:40

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圣父的狂喜 · 发表于 2014-8-28 09:47

我觉得，看动画，最重要的是声控系统

----发送自 STAGE1 App for Android.

gtlzj · 发表于 2014-8-28 09:48

fenix1611 发表于 22 分钟前
第三点的丁丁让我很在意究竟是个什么东西

不是传统意义上的硬又黑啦，只是两块铁块而已来自: Android客户端

偶滴小乔 · 发表于 2014-8-28 09:49

引用第3楼pentwo于2014-08-28 09:30发表的 :
转向那个，我记得我玩的时候有个叫做差速轮的可以解决

@pentwo
感觉他的意思是通过对轮子输出不同速度进行转弯，主动差速

差速轮毕竟被动………想起我一辆车没用差速在闪电飞龙跑了10圈就内侧两个轮子一起掉了…

----发送自 samsung GT-N7100,Android 4.1.2

白兔队长 · 发表于 2014-8-28 09:51

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oz01 · 发表于 2014-8-28 09:52

什么
四驱车竟然有用镍氢电池的？
难道不都是镍镉电池么，这电池有充电电池的一切缺点，却有个最大的优点，劲最大

jyyyjgy · 发表于 2014-8-28 09:57

连胶水都要用田宫的。。。这规则让人怎么玩

niodx · 发表于 2014-8-28 09:58

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niodx · 发表于 2014-8-28 10:05

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pentwo · 发表于 2014-8-28 10:07

偶滴小乔发表于 2014-8-28 09:49
@pentwo
感觉他的意思是通过对轮子输出不同速度进行转弯，主动差速

又要快，又要小，还要能自己识别弯道后计算转弯半径然后按照转弯半径来分配每个轮子的转数。

我大学玩过飞思卡尔智能车和这种怪物比起来也是望尘莫及，以现在人类的技术力真的做得出来吗？

ahsammas · 发表于 2014-8-28 10:10

丁丁是指代还是。。。

水镜月 · 发表于 2014-8-28 10:12

只有我比较在意楼主小学僧时代就开始研究马达技术了吗……

oyss1225 · 发表于 2014-8-28 10:14

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殪觋 · 发表于 2014-8-28 10:20

真心觉得PID参数调教到时候哭死你。。。

Kshatriya · 发表于 2014-8-28 10:30

我就记得我玩的时候流行用合金轮不装轮胎来消除滚动摩擦力,也不需要管差速

加速很慢但极速很变态

gearup · 发表于 2014-8-28 10:55

这么小的车考虑这么复杂干嘛，提高输出功率就行，轮胎电机pmu改改就行

gg326 · 发表于 2014-8-28 12:02

看动画，最重要的是各种教下朋友摔坏车的必杀技啊

龙手马弗 · 发表于 2014-8-28 12:11

pentwo 发表于 2014-8-28 10:07
又要快，又要小，还要能自己识别弯道后计算转弯半径然后按照转弯半径来分配每个轮子的转数。

我大学玩过 ...

弯道毕竟类型是有限的，每一个都用经验公式算出来以后烧到里面去应该也不是太难

之前去苏州职业园区工业技术学院参加培训，那老师拿出来的小车就已经能够智能切近道了~~

藤原忍 · 发表于 2014-8-28 12:12

gg326 发表于 2014-8-28 12:02
看动画，最重要的是各种教下朋友摔坏车的必杀技啊

我当年有一次还真照着四驱小子里男主角的摔车姿势还原了一下效果

结果嘛······动画都TMD是骗人的！！！！

顺便最让我印象深刻的事情是当年买了个奥迪的拼装车，有次车飚的太悲剧，卡到了一辆面包车的轮胎下
面包车刚好启动我也没赶得及去拿

事后去看发现车子完好无损而且能够照常启动照常飚着玩，现在回想一下就觉得奥迪的质量真不错。

VALKIRA · 发表于 2014-8-28 16:44

回头把我的车翻出来
不过我那已经不能叫四驱了，根本是后驱，前轮只有单轮
当然速度没的说。。

taxmono · 发表于 2014-8-28 21:37

oyss1225 发表于 2014-8-28 10:14
我玩四驱车那阵子,有一天老爹突然给我说,用这个,最新的镍氢充电电池.....

结果现在都成老技术了唉.

你那个是无限流玩法，现在主流玩家都已经转玩田宫规则了，光比马达速度真的没意思

allenz · 发表于 2014-8-28 23:12

造一台电动眼镜蛇指日可待

演员的修养 · 发表于 2014-8-29 15:16

现在没什么人玩了吧

女武神 · 发表于 2014-9-2 14:36

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Tr火药味 · 发表于 2014-9-19 20:11

至今有个问题。
我们那里到后期流行的是三轮车，因为跑得快。你们那边都没流行过么？

花剑酒 · 发表于 2014-9-20 23:34

水镜月发表于 2014-8-28 10:12
只有我比较在意楼主小学僧时代就开始研究马达技术了吗……

我第一次绕马达小学五年级

买不起田宫就算了，我倒是在意为什么会买不起奥迪

然后从“扁平化”车身就可以看出这是民科了

不过对于这种两侧有墙的轨道来说绕流是意义不大

花剑酒 · 发表于 2014-9-20 23:35

Kshatriya 发表于 2014-8-28 10:30
我就记得我玩的时候流行用合金轮不装轮胎来消除滚动摩擦力,也不需要管差速

加速很慢但极速很变态 ...

嗯毕竟两边有墙过弯不靠轮胎摩擦力提供的向心力

花剑酒 · 发表于 2014-9-20 23:35

Kshatriya 发表于 2014-8-28 10:30
我就记得我玩的时候流行用合金轮不装轮胎来消除滚动摩擦力,也不需要管差速

加速很慢但极速很变态 ...

嗯毕竟两边有墙过弯不靠轮胎摩擦力提供的向心力

花剑酒 · 发表于 2014-9-20 23:37

龙手马弗发表于 2014-8-28 12:11
弯道毕竟类型是有限的，每一个都用经验公式算出来以后烧到里面去应该也不是太难

之前去苏州职业园区工业 ...

速度不一样

四驱车很快的

你计算时间够？

文章还说用神经网络那个超慢的东西……

gtlzj · 发表于 2014-9-23 00:31

有着田宫在那阻碍发展
楼主说的这些就不要想了
另：@花剑酒
现在奥迪比田宫贵

waerp00 · 发表于 2014-9-25 06:51

能变形对战就更好了....

ggby · 发表于 2014-9-25 07:36

无限制到之后一共就三点了，一个是电池，一个是130电机的转速和扭矩，一个是各部分的刚性保证传递效率。

花剑酒 · 发表于 2014-9-25 12:12

gtlzj 发表于 2014-9-23 00:31
有着田宫在那阻碍发展
楼主说的这些就不要想了
另：@花剑酒

大A社真屌

Tr火药味 · 发表于 2014-9-25 13:35

？？？
你们真都没玩过三轮车？？？

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