碳纤维竞速躺车制作工艺流程的创新设计

近年来，随着运动自行车在中国的蓬勃发展，相对于传统的竞速公路车，躺车特有的环保性、舒适性及对骑行者脊椎的健康性和保护性逐渐突出。越来越多的竞速型骑行爱好者选择了躺车作为其追求速度、挑战自我的工具。同时，因为躺车的高舒适性及相较于传统公路车更高的补给搭载能力，使得躺车更能胜任200～300km的中短途高速骑行或训练任务。

但由于躺车的高度较低，坐姿极为躺平，过弯速度≤10km/h时易发生侧倾，上坡时需要使用较大的力量进行蹬踏。对于这类固有缺陷，团队进行了各方面研究和讨论，最终进行了新一代躺车的设计与制造。

1 创新躺车设计制作流程

1.1 3D打印辅助设计

此设计流程区别于传统躺车制作所采用的泡沫热切割法制作的内模具，或设计及成型后cnc加工金属钢模。考虑到精度重量及加工成本，团队开发了一套切实有效且成本低廉的方案——采用UG-SolidWorks联合建模，3d打印技术制作车体模具，将其精准度控制在0.02mm以内。

1.2 3D打印模具玻璃钢翻模

经过实际检测，发现整体效果尚可，但表面效果没有达到预期，后叉三角处存在设计错误。同时最关键的问题是由于模具本身表面的精度问题，脱模过程中非常困难，最终不得不使用破坏模具的方法强制脱出。对此团队商讨出两种方案，一是在模具表面完全铺上腻子打平，二是在模具表面铺上一层玻璃钢，再辅以模具胶衣，让模具脱模变得容易。

在整体实验过程中发现，完整的铺平腻子会产生角落处无法利用工具快速打磨的问题，对于后叉与车架连接的折角，只能使用海绵砂纸一点点手工修平，对于 1.5m长的一体化模具，效率太低。铺玻璃钢方案又会在细节处损失精度，若使用真空袋强制吸附，则会产生褶皱处树脂堆积问题。

在打印完成车架内模具后，利用积木制作出模具槽，石膏浇底，在与车架接触5mm处开始使用环氧树脂浇筑，利用环氧树脂低收缩率及低变形量，使车架翻模保持精度极高。车架内模具脱模后，经检测，模具精度控制在0.2mm内，表面辅以胶衣后可供翻模20次以上。在经过团队三年内不断的的实验和修改，目前制作出第三代躺车HTC design Mark3。

2 智能躺车辅助系统的创新设计与开发

根据调查了解到目前市面上的躺车能使用的辅助系统均来自与传统的自行车用系统，专为躺车进行开发，满足躺车使用需求的产品几乎为 0，因此在新一代躺车框架下，团队开发了一整套躺车用智能辅助系统，由树莓派主机进行控制运算，并采用市面上成熟可靠的传感探测系统，使研发成本大幅下降，系统可靠性、耐用性大幅上升。其主要功能如下：

2.1 躺车用HUD抬头显示系统

为了解决躺车视线易受大尺寸码表干扰，团队开发了躺车用HUD抬头显示系统，来显示本系统内所有数据，利用磁吸感应加GPS复合测速定位系统使抗干扰能力更强，数据显示更加精准。

2.2 副翼自稳调平系统

由于躺车为获得最大化的气动效果，在车体整体布置了大型导流罩，大侧风时易受风切影响，因此设计出躺车专用的防侧倾系统，利用六轴陀螺仪检测车辆侧倾的数据，在车辆发生侧倾时平衡仪发出修正信号，从而舵机控制副翼的方向及时修正车身。

2.3 躺车用全车灯光控制系统

道路预照明系统，在拐弯时利用GPS定位系统检测前方路段路况--道路的照明情况及曲率变化，利用舵机控制光源旋转将其前方道路照明。另外利用六轴陀螺仪和手动开关控制整体车身的大灯，转向灯和刹车灯。

2.4 紧凑型多功能躺车车把

此次新一代躺车设计全新的躺车手把，使手把的结构更加紧凑，拐弯骑行时不会影响到腿部膝盖的运动，从而使躺车运动范围更大，行驶时身体协调更加灵活。同时全车的机械及电子部分走线均可隐藏，使外观更为简洁。

随着对躺车研究的不断深入，团队逐步完善了新型碳纤维躺车的设计制作，测试中，实验车的平路速度峰值达到了69km/h，巡航速度接近45km/h。数据远超公路自行车平均的35km/h。设计完成的智能辅助系统性能良好，可靠性极高，在共计2000km的测试中，故障率低于1，完成了多次大侧风及风切变环境下的车辆平衡。本文对新一代碳纤维躺车的制造和功能系统进行了总结, 分别对安装躺车辅助系统的基本结构和特点进行分析，并提出了理论与应用方面有待进一步研究的几个主要问题，对于从事这方面研究的人员具有一定的参考价值。

文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/qikandaodu/2020/1009/344.html