這是一個(gè)學(xué)生的作品案例，體現(xiàn)了在一個(gè)工程項(xiàng)目當(dāng)中創(chuàng)客基本技能、研究方法以及多學(xué)科融合在具體的項(xiàng)目中的應(yīng)用，并呈現(xiàn)了一種從校園創(chuàng)客空間到家庭創(chuàng)客空間的理想的育人狀態(tài)。

前一段時(shí)間加載了空氣動(dòng)力學(xué)輔助系統(tǒng)的蘭博基尼跑車，創(chuàng)造了最新的賽道記錄，于是我有一個(gè)想法，能不能在模型車上使用類似的3D打印結(jié)構(gòu)，通過加速度計(jì)判斷車體的姿態(tài)，來實(shí)現(xiàn)速度的自動(dòng)控制，提升轉(zhuǎn)彎效能和剎車效率。經(jīng)歷了建模、測(cè)試、編程等環(huán)節(jié)，最終完成了這個(gè)項(xiàng)目。

● 問題的提出和設(shè)計(jì)的條件

出于經(jīng)濟(jì)與實(shí)用性考慮，設(shè)計(jì)條件為：盡可能降低巡航風(fēng)阻（可以節(jié)省油耗），盡可能獲得更多下壓力（使得汽車操控性提升），可以安全合法地在真車上使用，即使用加速度計(jì)進(jìn)行控制（控制成本）。

根據(jù)條件，在機(jī)械方面，確定選擇了GOE 431翼型來制作尾翼，用舵機(jī)和鋼絲拉桿控制尾翼角度的方式，必要時(shí)，犧牲低風(fēng)阻以提供下壓力，且能夠參與制動(dòng)。尾翼的位置被移動(dòng)到c柱，防止因杠桿原理導(dǎo)致前輪抓地不足。程序方面，由于沒有速度計(jì)和牽引力控制系統(tǒng)的介入，所以只能用開環(huán)的方式控制尾翼。這就要求通過測(cè)試來掌握尾翼角度在通常情境下與轉(zhuǎn)向加速度的關(guān)系。

● 測(cè)量模型汽車、舵機(jī)尺寸，確定尾翼尺寸

用solid works軟件對(duì)尾翼零件進(jìn)行3D建模，并進(jìn)行裝配，檢查是否工作正常。在這里，尾翼被設(shè)計(jì)得比較高，是要避免與遙控車的外殼固定柱發(fā)生干涉。這個(gè)高度并不能合法上路，對(duì)于正常汽車來說，尾翼不需要做得這么高。與建模同時(shí)進(jìn)行的還有開發(fā)板和加速度計(jì)的固定座（如圖1）。

● 用3D打印機(jī)打印零件

經(jīng)過建模后，用家用3D打印機(jī)打印，并用熱熔膠和螺絲等方式，固定在模型車上。

● 編寫記錄傳感器數(shù)據(jù)的程序

為了獲取數(shù)據(jù)，需要編寫程序記錄不同速度、不同尾翼傾角下轉(zhuǎn)向加速度和剎車加速度的范圍，通過擬合法，求出尾翼傾角與最大加速度的近似線性關(guān)系。

● 編寫尾翼控制程序并測(cè)試

通過保持一定冗余抓地力的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾翼的開環(huán)控制。隨后，啟動(dòng)控制程序，再進(jìn)行測(cè)試，對(duì)之前程序進(jìn)行修正（如圖2）。

● 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究表明，加裝外部尾翼的模型車剎車時(shí)間減少了30%，效果非常明顯。這種設(shè)計(jì)可以較好地提升車身穩(wěn)定性，并且有效地縮短了剎車距離。

指導(dǎo)教師點(diǎn)評(píng)

劉澈是小學(xué)、初中、高中一直在北京景山學(xué)校就讀的學(xué)生，他從小喜歡汽車模型，進(jìn)入初中后單純的操作已經(jīng)不能夠滿足他的需求，于是就開始自行設(shè)計(jì)和改造模型，在這個(gè)過程中，信息技術(shù)十幾年的學(xué)習(xí)功不可沒。他是景山學(xué)校創(chuàng)客社團(tuán)電子創(chuàng)新社的創(chuàng)社社長(zhǎng)，除了在學(xué)校的創(chuàng)客空間中上課之外，這個(gè)作品大部分都是在他的家庭創(chuàng)客空間中完成的，該作品榮獲2019年北京市師生電腦作品比賽創(chuàng)客項(xiàng)目的一等獎(jiǎng)，表現(xiàn)出劉澈同學(xué)很強(qiáng)的個(gè)人能力和在工科、工程方向的培養(yǎng)潛質(zhì)，期待正在高三的他，能夠取得更好的成績(jī)，考入理想的大學(xué)。