WS轉(zhuǎn)向時(shí)輪轉(zhuǎn)角及輪速分析

1、1 4WS 各車輪速度模型的建立各車輪速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)幾何模型4WS 車輛的四輪基本模型中，汽車后輪與前輪轉(zhuǎn)角時(shí)的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系如圖1所示。abL0圖 1 4WS 車輛轉(zhuǎn)向的四輪模型abL0圖 1 4WS 車輛轉(zhuǎn)向的四輪模型Fig.1 4WS vehicle four wheel model of steering各車輪速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型 據(jù) 4WS 車輛運(yùn)動(dòng)模型圖 1 所示，汽車后輪與前輪幾何轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足以下關(guān)系：cot5- cot5fout fincot5-cot5rout rin以上算式關(guān)系中，前后輪同轉(zhuǎn)角時(shí)為正，前后輪逆轉(zhuǎn)角時(shí)為負(fù)。 其中：a = A x tan 5finb = A x ta

2、n b = A x tan 5rin=A x tan 5 一 L =finbtan 5rinx tan 5 一 L =fintan5fin X b L tan5rin1 + (cot 5 /cot 5 )rinfinA = (L + b) x cot 5finB - (L + b) x (cot 5- cot 5 )foutfin四輪轉(zhuǎn)向時(shí)，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心到車輛中軸線的垂直半徑為：(cot8+ cot8)finfout車體前軸中心繞O點(diǎn)的轉(zhuǎn)向圓半徑R ,應(yīng)為:=,(=,(L + b - C+f A + 二L + b x (cot 8+ cot 8)finfout繞O點(diǎn)的車體質(zhì)心角速度應(yīng)為:VCD

3、RVVCDRV-fnRV_foutR2VroutR3VrinR4由圖 1中的幾何關(guān)系可以求得:=(L + b - C+(cot 8+ cot 8)finfouta=-Ksin8fin1)a1)+ K sin 8fout島+人rout=b - Ksin 8rin設(shè)汽車在做如圖1中所示的等速直線行駛的時(shí)間段內(nèi)，速度為V。當(dāng)汽車進(jìn)入等速圓周行駛狀 態(tài)后，設(shè)定汽車質(zhì)心點(diǎn)線速度的瞬變階躍與之相等，圖1中的O點(diǎn)即為絕對(duì)速度為零的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中 心。若將汽車整車看作一個(gè)剛體，由速度瞬心定理可知，此剛體上的所有點(diǎn)將繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng) 角速度為:V V VVVD = = = = = (2)R RRRR1234選定參

4、數(shù)D作為計(jì)算其它四輪繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的行駛瞬變角速度，將式中的參數(shù)代入式(2)，可得 四輪繞 O 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的行駛速度分別為:Vx(-K)Vx(-K)finx(cot8fin+ cot8)foutV X (1 + K)V = - X R =2 V = - X R =2 R 2.,(L + b-C +foutL + b X (cot 0+ cot 0)2finfoutbV x (廠 + K)sm o=rout TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 o Current Document L + b X (cot 0+ cot 0)2finfoutbV X (-K)sin0

5、rin HYPERLINK l bookmark86 o Current Document L + b X (cot 0+ cot 0)2finfout2 4WS 轉(zhuǎn)向時(shí)輪轉(zhuǎn)角及輪速分析4WS車輛直線行駛時(shí)，各車輪速度相等，一旦轉(zhuǎn)向4WS車輛的四個(gè)車輪為保證轉(zhuǎn)向時(shí)的純滾動(dòng), 必然在不同轉(zhuǎn)向角狀態(tài)下，有各自的車輪速度。尤其，采用全輪驅(qū)動(dòng)的 4WS 車輛，各車輪轉(zhuǎn)角及速 度的調(diào)控必須遵循轉(zhuǎn)向時(shí)運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)際變化進(jìn)行確定，對(duì)4WS轉(zhuǎn)向時(shí)車輪轉(zhuǎn)角及速度進(jìn)行分析有 利于實(shí)現(xiàn)對(duì)全驅(qū)4WS車輛的轉(zhuǎn)向控制。2.1 4WS 轉(zhuǎn)向時(shí)各車輪的轉(zhuǎn)角分析4WS 車輛的四輪基本模型中，汽車后輪與前輪逆轉(zhuǎn)角時(shí)的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系

6、如圖3 所示，汽車后輪與 前輪同轉(zhuǎn)角時(shí)的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系如圖4所示。圖 3 4WS 車輛低速逆相位轉(zhuǎn)向的四輪模型Fig.3 Different direction four wheel model of low speed for 4WS vehicleFig.4 Same direction four wheel model of high speed for 4WS vehicle為保證車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的純滾動(dòng)，據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向定理，前軸內(nèi)外輪與后軸內(nèi)外輪的幾何轉(zhuǎn)角必須滿 足以下關(guān)系：cot 5 cot 5= B（同向取正，逆向取負(fù)）foutfin L + bcot5cot5B(5)routrinb如圖

7、3、圖4 所示的幾何條件可得：a = A x tan 5(6)finb = A x tan 5(7)rinb,tan 5b = A x tan 5 L =x tan 5L =如 x b L(8)fintan 5fintan 5rinrincot5L將式（8）整理得：一丈cot5rin = 1 士 b（同向取正，逆向取負(fù)）(9)fin為保證4WS車輛a、b定值狀態(tài)下，前后各輪轉(zhuǎn)向時(shí)的純滾動(dòng)，車輛前軸內(nèi)輪與后軸內(nèi)輪的幾 何轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足關(guān)系式（9）。隨 4WS 研究的進(jìn)一步深入，后輪輔助轉(zhuǎn)向角隨車速變化的需求，可通過(guò)電液調(diào)控前后轉(zhuǎn)向梯形 底角，達(dá)到前后左右四輪轉(zhuǎn)向圓中心始終匯聚同一點(diǎn)。本文對(duì)此調(diào)整理論

8、不作更深剖析。4WS 轉(zhuǎn)向時(shí)各車輪的速度分析由公式（6）可得：A二（L士b） x cot5（同向取正，逆向取負(fù)）（10）fin由公式（4）可得：B二（L士b） x （cot5 cot5 ）（同向取正，逆向取負(fù)）（11）foutfin如圖3、圖4 所示， 4WS 車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心到車輛縱剖中心面的垂直半徑為：2(L 土 b )x cot 8+(L 土 b )x(ot 8-cot 2(L 土 b )x cot 8+(L 土 b )x(ot 8-cot 8finfOutfin(cot 8+ cot 8)finfout(同向取正，逆向取負(fù))(12)如圖3、圖4所示，4WS車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中

9、心到車輛各輪的轉(zhuǎn)向圓半徑為:sin8-Kfinsin8foutsin8(13)routsin8-Krin設(shè)車輛如圖3、圖4所示的等速直線行駛的時(shí)間段內(nèi)，速度為V，進(jìn)入等速圓周行駛狀態(tài)后, 圖3、圖4中的O點(diǎn)為絕對(duì)速度為零的瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心。將汽車作為一個(gè)剛體，由速度瞬心定理可知,二一此剛體上的所有點(diǎn)將繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為:二一14)選定選定作為計(jì)算其它四輪繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬變角速度,將式(12)、(13)中的參數(shù)代入式(14)，可得4WS車輛各輪繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的行駛速度分別為:sin8-K)+ cot 8finfoutV x (sin 8fout+ cot sin8-K)+ cot 8finfout

10、V x (sin 8fout+ cot 8finfoutsin8rout+ cot 8finfouts i n8-K)o8+ co 8fifoutfi式中:A 四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至前后內(nèi)輪轉(zhuǎn)向節(jié)連線距離(mm)；B四輪模型的左右轉(zhuǎn)向節(jié)距離(mm)；a四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至前軸的距離(mm)；b四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至后軸的距離(mm)；K四輪模型轉(zhuǎn)向節(jié)至輪胎的距離(mm)；L軸距(m m)；O 四輪轉(zhuǎn)向時(shí)，四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心；R 四輪模型的轉(zhuǎn)向圓中心至車輛縱剖中心面的距離(m)；R1四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至前內(nèi)輪的轉(zhuǎn)向圓半徑(m)；R 2四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至前外輪的轉(zhuǎn)向圓半徑(m)；R 3四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至后外輪的轉(zhuǎn)向圓半徑(m)；R 4四輪模型的車輛轉(zhuǎn)向圓中心至后內(nèi)輪的轉(zhuǎn)向圓半徑(m)；四輪模型的轉(zhuǎn)向時(shí)車輛速度(m/s)；匕 四輪模型的轉(zhuǎn)向時(shí)前內(nèi)輪速度(m/s)；V2 四輪