智能模型车底盘浅析

芦中人

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                                                                          李健

     “飞思卡尔杯”全国大学生智能车辆邀请赛



                                                 沉重。通常后倾角为1°~3°。



                                                    主销内倾角



                                                    在汽车前后方向上，主销向内倾斜一个角



                                                 度，主销轴线与垂线间的夹角称为主销内倾角。



                                                 当汽车转向轮在外力作用下发生偏转时，由于



                                                 主销内倾,则车轮连同整个汽车的前部将被抬起



                                                 一定高度，在外力消失后，车轮就会在重力作用



     智能模型车底盘浅析                                   下力图恢复到原来的中间位置。通常主销内倾



                                                 角不大于8°。



     ■  清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室      陈宋  李立国  黄开胜       前轮外倾角



                                                    在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外



    摘要：    本文针对智能车比赛用模型车底盘，从汽车理论的角度对转            倾斜一个角度，称为前轮外倾角。前轮外倾角一



           向轮定位参数、车辆的重心选择、侧滑等原理进行了介绍，            方面可以使车轮接近垂直路面滚动而滑动减小



           并通过对转向轮定位参数、舵机性能以及模型车转向稳态性            转向阻力，使汽车转向轻便；另一方面减少了轴



           的测试，得出了这些调整参数之间的影响规律，可以为相关            承及其锁紧螺母的载荷，增加了使用寿命，提高



           参赛队伍在算法制定、仿真参数设定以及底盘、舵机等硬件            了安全性。一般前轮外倾角为1°左右，但对于



           结构调整、优化等方面提供一定的参考。                    有高速、急转向要求的车辆，前轮外倾角可减小



    关键词： 前轮定位；舵机；转向；转弯半径                         甚至为负值。



                                                    前轮前束



                    引言                              俯视车轮，汽车的两个前轮的旋转平面并



                      本文从汽车理论的角度对转向轮定位、车         不完全平行，而是稍微带一些角度，这种现象称



                   辆的重心选择、侧滑等原理加以介绍，并针对比         为前轮前束。车轮前束的作用是减轻或消除因



                   赛用模型车底盘进行了一系列测试，包括转向          前轮外倾角所造成的不良后果，二者相互协调，



                   轮定位参数的选择、舵机性能测试以及模型车          保证前轮在汽车行驶中滚动而无滑动。前轮前



                   转向稳态测试，得出了这些调整参数之间的影          束一般为0~12mm。而现代汽车的前轮外倾角出



                    响规律，希冀能够给相关参赛队伍在算法制定、        现减小甚至为负值的趋势，前轮前束也应相应



                   仿真参数设定以及底盘、舵机等硬件结构调整、         减小甚至也为负值。



                   优化等方面提供一定的参考。                    重心位置对汽车性能的影响



                                                    汽车重心的位置通常用重心距前轴中心线



                   汽车底盘相关性能                      的水平距离和重心距水平路面的高度来表示。



                      转向轮定位参数                    可通过实验法、估算法测出重心位置。



                      对于汽车而言，要保持车辆直线行驶的稳            ?对动力性能的影响



                   定性，使之转弯自动回正、转向轻便，必须确定            汽车正常行驶必须满足驱动－附着条件：



                   车轮定位参数，包括主销后倾、主销内倾、前轮



                   外倾和前轮前束。                         即汽车的驱动力必须大于等于坡度阻力、



                      主销后倾角                      滚动阻力、空气阻力之和而等于汽车驱动轮的



                      主销后倾角在车轮偏转后形成一回正力矩，        附着力。附着力与路面附着系数和驱动轴的轴



                    阻碍车轮偏转。主销后倾角越大，车速愈高，车        荷有关，而驱动轴的轴荷取决于重心的水平位



                   轮偏转后自动回正力越强，但回正力矩过大，将         置，故重心位置必须保证驱动轮能够提供足够



                   会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振，并使转向         的附着力。仅从此方面考虑，重心越靠近驱动轴



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李健

                                        “飞思卡尔杯”全国大学生智能车辆邀请赛



越好。                           构入手，如本车模的双横



   ?对制动性能的影响                  臂式独立悬架车桥车轮的



   汽车制动性要求制动减速度大、制动距离         随机侧滑可用四连杆机构



短，有良好的制动方向稳定性，即不易发生前轮         综合理论改变上下横臂的



丧失转向、后轮侧滑和跑偏现象。制动方向的稳         长度，使模型行驶过程中



定性与前后轮的抱死次序有关，而抱死次序则          轮距变化不大，从而减小



与重心位置有关，若重心位置保证汽车的同步          随机侧滑。对于转向侧



附着系数(β为前制动力占整车制动器制动力比         滑，主要靠选择合适的主销角度，合理搭配主销           图1 前轮前束调整



例，b为重心到后轴水平距离)等于汽车常用路         内倾与后倾角，尽可能使转向内轮产生外倾或增



面附着系数，那制动稳定性即较好；若重心前          加外倾，使转向外轮产生内倾或减小外倾。



移，b增大，易发生后轴侧滑，对高速汽车危险



性大；若重心后移，b减小，前轮易丧失转向能         模型车底盘性能



力。                               模型车底盘采用的是等长双横臂式独立悬



   ?对通过性的影响                   架(如图1)，当车轮上下跳动时，车轮平面没有



   汽车在较陡侧坡行驶或高速急转弯行驶时，        倾斜，但轮距会发生较大变化，故车轮发生侧向



会发生侧向倾覆，为避免这种危险，重心应在保         滑移的可能性较大。本车共有6处参数可调，其



证最小离地间隙的前提下尽量降低。              中主销内倾角对模型车性能影响不大，可设为。



   综合上面分析，在加装诸多电路板后应尽            主销后倾角



可能保证模型车的重心垂直位置尽量的低，水             可以通过增加垫片的数量来增大主销后倾



平位置应在车中线上靠近后轴。                角，共有4片垫片，前2后2，后倾角为0；前1



   汽车侧滑                       后3，后倾角为；前0后4，后倾角为。



   为保证汽车转向车轮无横向滑移的直线滚            对于本模型车，若欲使之转向灵活，主销后



动，要求车轮外倾角和车轮前束有适当配合，当         倾角可选；欲增大回正力矩，则后倾角可选。



车轮前束值与车轮外倾角匹配不当时，车轮就             前轮外倾角



可能在直线行驶过程中不作纯滚动，产生侧向             与模型车的侧滑关系较大，需与前轮前束



滑移现象。这种滑移现象过于严重时,将破坏车         相匹配，可设为。



轮的附着条件，使汽车丧失定向行驶能力。侧滑            前轮前束



分为以下几种情况。                        前轮是由舵机带动左右横拉杆实现转向的。



   ?定向侧滑                      主销在垂直方向的位置确定后，改变左右横拉



   ?随机侧滑                      杆的长度即可改变前轮前束的大小。左杆短，可



   ?转向侧滑                      调范围为10.8mm~18.1mm；右杆长，可调范围为



   ?制动侧滑                      29.2mm~37.6mm(如图1红圈所示)。



   汽车在制动过程中若前轮先抱死拖滑，则            ￥ 底盘离地间隙



将可能发生侧滑。                         在独立悬架下摆臂与底板之间可以通过增



   可以采取一些补偿措施减小侧滑。对于定         减垫片来调整底盘前半部分的离地间隙，垫片



向侧滑，用前轮前束产生的Q类侧滑来补偿外倾         有 1mm和2mm两种规格。一片垫片不加，车前



产生的W 类侧滑是基本手段。Q 类侧滑的性质        部离地间隙为9mm，故离地间隙的调整范围为



为：侧滑大小等于前束角大小；侧滑方向与前束         9mm~12mm。从已有的经验来看，在加装了传感



角方向相反，与车辆行驶方向有关；与路面质量         器之后，此距离过小，会降低模型车爬坡时的通



无关。对于随机侧滑，主要是从改变独立悬架结         过度；过大，则会影响传感器的灵敏度。            153



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李健

                                 2006 年 “英特尔杯”大学生嵌入式系统专题邀请赛



TANK 拥有最好的图形处理能力，提供CRT、       层面。陈先生乘公车上



LCD、DVI 和TV-OUT 多种显示模式。       班用八达通付车资，下



   强大的扩展功能                    车后手机收到短信通知



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种扩展接口。与PC/104模块相比，Mini-PCI不   学校”(因为他女儿进校



仅价格便宜而且节省空间。在扩展功能上，           门时没忘记用八达通刷



SAND TANK 是3.5英寸单板电脑中的佼佼者。    门禁“校园通系统”)，然



                              后他在早餐店用八达通买了咖啡及汉堡，走到



应用案例                          公司大楼的门口，八达通让他顺利通过保全系



   自1997年“八达通”系统被引入以来，广       统，进入电梯时卡片阅读机读到他的八达通，就



泛被市场接纳，市民除了可用八达通乘搭公共          知道公司楼层位于26楼。当他进入办公室也是



交通工具外，更可在多间商户以八达通缴费，如         利用八达通作为签到；不论是中午到快餐店吃



便利店、超级市场、连锁快餐店等。某公司物业         饭或是下了班回到社区住家的大门，甚至是到



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作大厦出入管制及缴费服务，使服务范围覆盖          生活在香港，就可以和陈先生一样享受八达通



更广泛之余，更全面照顾到日常生活各个不同          带来之便利。

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