深度乐高 篇十：他山之石，可以攻玉，乐高 42077 拉力赛车（RC篇）

在上一篇里我们简单介绍了下 Powered UP 应用，以及如何用它来控制 42100 利勃海尔的电机。这次我们要来玩乐高 42077 拉力赛车，了解汽车构造，并借用利勃海尔的零件把它改造成遥控的。

深度乐高 篇八：硬核，玩转乐高 42100 利勃海尔（控制篇）新春佳节马上到了，在这里提前给大家拜个年。作为2020年的开篇，给大家带来的当然是最重磅的消息。PoweredUP在圣诞节更新了最新的3.0版本，全面支持科技组的Control+HUB。这就意味着你可以独立于套装本身，使用PoweredUPApp来控制所有的东西。有了这个信息，可以说42100利勃海Agent001| 赞39 评论23 收藏308查看详情

开箱

首先来说说 42077 这款套装。在乐高最近发售的科技组赛车套装里，它可以算得上是极具性价比的一款。

价格方面，虽然看上去 42093 比它还便宜不少，但无论从车体大小还是功能，这两款套装都属于不同的定位，没法相互比较。

功能方面，42077 拉力赛车和保时捷911一样拥有四轮独立悬挂，转向机构，差速器，模拟联动发动机这些标配。不过由于没有授权使得套装相较保时捷便宜了许多。

在车子的结构方面，拉力赛车给后续的遥控改造预留了足够的空间，不像带有变速箱的旗舰级产品布加迪，需要将变速箱拆除才有足够的空间 RC 化。

包装正面是拉力赛车的实物图，并标有实际的尺寸，个人感觉这款 Set 拼完还是很大的（ 长度有 42cm ），大家最好提前考虑好收纳问题。

包装的背面展示了拉力赛车可动性的部分，包括前部舱盖，引擎盖，车门，转向，悬挂，还对 B 模式进行了说明。

拆包后有没有标序号的四包大件，四包小件，一包轮毂轮胎，一份贴纸和一本说明书。大包里主要是科技组板件，梁，还有一些用于引擎和悬挂的基本件。

小包包括栓，连接器，齿轮等。

拼搭

搭建过程是从汽车底盘再到外观一步一步构建，建议大家可以慢慢拼，细细品味乐高设计师的用心。毕竟乐高科技组的汽车是经历了40多年的时间才演化到现在这样的。

首先搭建的是拉力赛车后部的 底盘。底盘是一部车的沉重结构，所有汽车部件都需要构筑在上面，因此它需要十分坚固且可扩展。乐高科技组的底盘基本上采用了 纵梁 的结构。

纵梁 主要由两个横杆构成，并由横梁相连。下图在完整的底盘上，用红色线条标记出了纵梁中横杆的位置。

紧接着搭建的是汽车工程智慧的结晶，差速器。对于这个部件，从它的发明到现在已经有了上百年的历史。乐高工程师们也在科技组里很好地还原了这个装置。让我们来看看为什么在汽车行驶时需要它。

在早期的汽车上，后轮可以分别独立转动，但只有一个轮子连接着引擎。这是因为用一根轴连接的两个轮子在转弯时内侧的轮子会打滑（ 打滑是因为内外侧轮子所行使的距离不同，但轴连接轮子的转动圈数相同 ）。解决方法是使内外侧的轮子可以在转向时速度不同。

对于差速器的运行原理，看乐高差速器的运转方式应该就能够理解了。差速器的外壳是驱动，它通过视频中垂直的黄色锥齿轮将动力传递给另外两个齿轮。由于锥齿轮自身也能够旋转，所以能够平衡两边的动力输出。如果还不是很理解可以多看几遍~。

然后搭建的是后轮的 传动 及 悬挂。

悬挂系统连接着汽车的轮子和底盘，它的作用是让所有的轮子一直与地面保持接触；在遇到路面不平的情况时，也能够减轻车体所承受的颠簸。

悬挂系统的种类很多，拉力赛车使用的是 双横臂独立悬挂。传动方面，使用了 球形万向节 和轴来把动力传输到轮子上。

完成后，将后轮悬挂安装到底盘上。

之后便是汽车的核心部件 引擎 了，为了更好的说明它的运行原理，先来看下面的动图：

动图中不断做往复运动的是引擎的 活塞，连接它们的是一根叫做 曲轴 的东西。引擎输出旋转动力的基本原理便是活塞往复运动带动曲轴输出动力。至于活塞为何能够往复运动，它靠的是汽油的燃烧爆炸。

动图中的蓝色的颗粒就是由深蓝色喷嘴喷出的雾状汽油，等到活塞运行至压缩状态时，点火器点火，汽油产生燃爆推动活塞。燃烧产生的废气（就是汽车尾气）通过红色阀门排出。

当然乐高不是烧汽油的，一般只是通过轮子的转动带动发动机的活塞运动来大致表达这个意思。下图是曲轴和它连接的活塞。

来看下这款六缸发动机运行时，曲轴的运动情况

引擎完成后，将它安装到车架上，整个发动机和后轮传动机构就都可以运转起来了。

接下来是安装拉力赛车特有的 防滚架

这时候已经把悬挂系统固定到车架上了

然后是象征性的车尾排气管

换个方向，从下图可以看出，拉力赛车引擎的下部是预留有很大的位置空间来放电机的，这也是后面 RC 改造过程中我们放置双 L 电机的地方。

下一步是安装顶部用来转向的传动装置。这个部分在之后的 RC 改造中需要拆除。

然后继续搭建赛车前部的底盘，并把车顶的传动继续延伸到前部

这里穿插一个后部舱盖打开时的联动机构视频

接着继续搭建驾驶舱内的座椅和驾驶舱内的防滚架

然后是前轮的独立悬挂。由于这款拉力赛车所使用的是后驱，所以前轮并没有传动机构，但是有转向机构。使用一个齿轮带动齿条并拉动两边来实现转向。

可惜的是目前的乐高套装在转向方面都不使用阿克曼转向几何了。这种方式能够减小转向时转向轮收到的阻力使转向更顺畅，但在模型车上这种效果并不明显。（下图说明了阿克曼转向几何，让轮子在转向的时候旋转中心相同）

将前悬挂安装到底盘上之后，整个车子底盘的结构就算是完成了。

对汽车底盘比较感兴趣的同学可以去尝试乐高科技四十周年的汽车底盘。方向盘控制前轮转向、三档变速箱、座椅可调节、水平对置四缸发动机、后轮悬挂一应俱全。

下面是外观的搭建，首先是车的前脸

然后是前轮轮拱

前部舱盖

以及驾驶舱顶部

最后一步是尾部可翻起的车盖

外观及可动性

拉力赛车的可动性见如下视频：

各个角度的外观如下：

RC 化

这次的 RC 化使用的是乐高科技组最新的蓝牙系统，因此所需的组件包括一部智能手机，Control+ HUB，电机和一些科技组零件（ 这些都可以在 42100 中获得 ）。

要装电机和电池盒，我们需要先拆除一些东西。先将后部的引擎盖，车顶以及驾驶座拆除。

后部的防滚架和发动机也需要拆下来，等电机安装完成后再装回去。

然后将双 L 电机组装起来后，在车架上寻找合适的固定点，利用梁和栓进行固定。

计算下动力输出，差速器外套的齿数为 28，电机直接输出的齿轮齿数为 20，从动齿轮为 12 齿，带动差速器外套的齿轮齿数为 20。所以最终的输出比为 (20/12):(28/20)=25:21，也就是电机旋转 25 圈，轮子旋转 21 圈。后续还尝试了(24/8):(28/20)=15:7 的齿比组合，提升了速度。

将电池盒和前部控制转向的电机安装上。由于电池盒比较大，前部放不下，所以只能竖起来放在原先驾驶座的位置，同样适用梁和栓进行固定。

重新将发动机安装上，相对原来的位置需要向上移动一些。使用36齿的齿轮作为传动的连接。

连接电机与HUB，将双 L 电机分别连接到 AB，将控制转向的 L 电机连接到 C 端口。最后将拆下的车顶和后部舱盖安装回去就行了。

编程

在 Powered UP 中创建工程，并使用第一种控制器模式。设想使用左侧的滑条来控制车的前进和后退，使用右侧的滑条控制车子的转向。

控制器编程模式的新项目预先已经写好了两个控制条的程序，先将它们删除。UI 控件件中的两个滑条，分别对应着编程界面里下标为1，2的两个输入模块，它们的值分别为 -100 ~ 100。

驱动双L电机的代码比较方便，使用双电机的运行模块，电机选择 AB 端口，输入为滑条的值。下图中的输入值改为了滑条值 x 4 是为了滑动更少的幅度就能让电机到达最大的输出。x 4 之后，只要滑条值 > 25 或 < -25，电机的输出就为 100%。

下图是一段获得转向电机正向最大转角的程序，相对应的也有一个获取转向电机反向最大转角的程序。这两段程序主要服务于后面的校准程序。

下图没有截全的程序是转向的校准程序，实际也可以通过把轮胎掰正然后设置当前角度为默认0度来完成。整个校准程序的流程如下：

• 初始化

• 将标志变量设为1，使得正常的转向流程失效，进入校准模式；

• 将转向电机目前位置设为默认 0 度位置；

• 将最大最小转角设为 0；

• 将转向电机加速减速延时设为 0.5；

• 尝试最大转角，获得 +/- 最大转角（ 下图中为变量 l 和 s ）

• 将电机转到 ( l + s ) / 2 的位置，即为校准位置

• 恢复变量

• 将标志位设为0；

• 将转向电机目前位置设为默认 0 度位置；

• 将转向电机加速减速延时设为 0.1；

下面这一步可选，目的是改变操控所对应的转向幅度。这段程序把转向滑条输入的 -100 ~ 100 映射到 -100 ~ 100。对，你没看错，值的范围还是 -100 ~ 100，但是每个值对应的转向幅度不同了，比如滑条滑动到 36 时，实际的转向幅度为 60%，移动到 64 时，转向幅度为 80%。

下图是决定转向电机转向速度的程序。在之前介绍 Powered UP 时候有说“在目标角度比较小的时候，由于电机的转速比较快，会导致转过头然后不断反复来回调整“，因此需要根据目标角度来决定要使用的转速。

程序中的 0.7 参数是为了使计算得到的转动幅度值与转向电机可以达到的+/-最大角度相匹配。而 14/9 是为了将角度差重新映射到 0~100 而设定的。

下图就是最终的转向控制程序了。前面的标志变量用于判断是否进入校准程序，后面部分就是电机转向模块，输入分别为先前计算的速度值 f，和转向幅度值 g。

最后放个遥控测试的视频

祝大家玩的开心~