4WS轉向時輪轉角及輪速分析

1、1 4WS各車輪速度模型的建立1.1 各車輪速度的運動學幾何模型4WS車輛的四輪基本模型中，汽車后輪與前輪轉角時的轉向幾何關系如圖1所示。 圖1 4WS車輛轉向的四輪模型 Fig.1 4WS vehicle four wheel model of steering1.2 各車輪速度的運動學數(shù)學模型據(jù)4WS車輛運動模型圖1所示，汽車后輪與前輪幾何轉角應滿足以下關系：以上算式關系中，前后輪同轉角時為正，前后輪逆轉角時為負。其中：四輪轉向時，瞬時回轉中心到車輛中軸線的垂直半徑為：車體前軸中心繞點的轉向圓半徑應為：繞點的車體質心角速度應為：由圖1中的幾何關系可以求得: （1）設汽車在做如圖1中所示的等

2、速直線行駛的時間段內，速度為。當汽車進入等速圓周行駛狀態(tài)后，設定汽車質心點線速度的瞬變階躍與之相等，圖1中的點即為絕對速度為零的瞬時回轉中心。若將汽車整車看作一個剛體，由速度瞬心定理可知，此剛體上的所有點將繞點轉動，其轉動角速度為： （2）選定參數(shù)作為計算其它四輪繞點轉動的行駛瞬變角速度，將式(l)中的參數(shù)代入式(2)，可得四輪繞點轉動的行駛速度分別為： （3）2 4WS轉向時輪轉角及輪速分析 4WS車輛直線行駛時，各車輪速度相等，一旦轉向4WS車輛的四個車輪為保證轉向時的純滾動，必然在不同轉向角狀態(tài)下，有各自的車輪速度。尤其，采用全輪驅動的4WS車輛，各車輪轉角及速度的調控必須遵循轉向時運動

3、特性的實際變化進行確定，對4WS轉向時車輪轉角及速度進行分析有利于實現(xiàn)對全驅4WS車輛的轉向控制。2.1 4WS轉向時各車輪的轉角分析4WS車輛的四輪基本模型中，汽車后輪與前輪逆轉角時的轉向幾何關系如圖3所示，汽車后輪與前輪同轉角時的轉向幾何關系如圖4所示。圖3 4WS車輛低速逆相位轉向的四輪模型 Fig.3 Different direction four wheel model of low speed for 4WS vehicle 圖4 4WS車輛高速同相位轉向的四輪模型Fig.4 Same direction four wheel model of high speed for 4W

4、S vehicle 為保證車輛轉向時的純滾動，據(jù)阿克曼轉向定理，前軸內外輪與后軸內外輪的幾何轉角必須滿足以下關系： (同向取正，逆向取負) (4) (5) 如圖3、圖4所示的幾何條件可得： (6) (7) (8) 將式(8) 整理得： (同向取正，逆向取負) (9)為保證4WS車輛、定值狀態(tài)下，前后各輪轉向時的純滾動，車輛前軸內輪與后軸內輪的幾何轉角應滿足關系式(9)。隨4WS研究的進一步深入，后輪輔助轉向角隨車速變化的需求，可通過電液調控前后轉向梯形底角，達到前后左右四輪轉向圓中心始終匯聚同一點。本文對此調整理論不作更深剖析。 2.2 4WS轉向時各車輪的速度分析由公式(6)可得： (同向取

5、正，逆向取負) (10)由公式(4)可得： (同向取正，逆向取負) (11)如圖3、圖4所示，4WS車輛轉向時，瞬時回轉中心到車輛縱剖中心面的垂直半徑為： (同向取正，逆向取負) (12)如圖3、圖4所示, 4WS車輛轉向時，瞬時回轉中心到車輛各輪的轉向圓半徑為： (13)設車輛如圖3、圖4所示的等速直線行駛的時間段內，速度為，進入等速圓周行駛狀態(tài)后，圖3、圖4中的點為絕對速度為零的瞬時回轉中心。將汽車作為一個剛體，由速度瞬心定理可知，此剛體上的所有點將繞點轉動6，其轉動角速度為： （14）選定作為計算其它四輪繞點轉動的瞬變角速度，將式(12)、(l3)中的參數(shù)代入式(14)，可得4WS車輛各

6、輪繞點轉動的行駛速度分別為： （15） 式中： 四輪模型的車輛轉向圓中心至前后內輪轉向節(jié)連線距離(mm)； 四輪模型的左右轉向節(jié)距離(mm)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至前軸的距離(mm)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至后軸的距離(mm)； 四輪模型轉向節(jié)至輪胎的距離(mm)； 軸距(mm)； 四輪轉向時，四輪模型的車輛轉向圓中心； 四輪模型的轉向圓中心至車輛縱剖中心面的距離(m)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至前內輪的轉向圓半徑(m)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至前外輪的轉向圓半徑(m)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至后外輪的轉向圓半徑(m)； 四輪模型的車輛轉向圓中心至后內輪的轉向圓半徑(m)； 四輪模型的轉向時車輛速度(m/s)； 四輪模型的轉向時前內輪速度(m/s)； 四輪模型的轉向時前外輪速度(m/s)； 四輪模型的轉向時后外輪速度(m/s)； 四輪模型的轉向時后內輪速度(m/s)； 四輪模型的