淺析智能模型車底盤技術(shù)

　摘要：本文針對(duì)智能車比賽用模型車底盤，從汽車?yán)碚摰慕嵌葘?duì)轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)、車輛的重心選擇、側(cè)滑等原理進(jìn)行了介紹，并通過對(duì)轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)、舵機(jī)性能以及模型車轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)性的測(cè)試，得出了這些調(diào)整參數(shù)之間的影響規(guī)律，可以為相關(guān)參賽隊(duì)伍在算法制定、仿真參數(shù)設(shè)定以及底盤、舵機(jī)等硬件結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化等方面提供一定的參考。

　　關(guān)鍵詞：前輪定位；舵機(jī)；轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)彎半徑

　　引言

　　本文從汽車?yán)碚摰慕嵌葘?duì)轉(zhuǎn)向輪定位、車輛的重心選擇、側(cè)滑等原理加以介紹，并針對(duì)比賽用模型車底盤進(jìn)行了一系列測(cè)試，包括轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的選擇、舵機(jī)性能測(cè)試以及模型車轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)測(cè)試，得出了這些調(diào)整參數(shù)之間的影響規(guī)律，希冀能夠給相關(guān)參賽隊(duì)伍在算法制定、仿真參數(shù)設(shè)定以及底盤、舵機(jī)等硬件結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化等方面提供一定的參考。

　　汽車底盤相關(guān)性能

　　轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)

　　對(duì)于汽車而言，要保持車輛直線行駛的穩(wěn)定性，使之轉(zhuǎn)彎自動(dòng)回正、轉(zhuǎn)向輕便，必須確定車輪定位參數(shù)，包括主銷后傾、主銷內(nèi)傾、前輪外傾和前輪前束。

　　主銷后傾角

　　主銷后傾角在車輪偏轉(zhuǎn)后形成一回正力矩，阻礙車輪偏轉(zhuǎn)。主銷后傾角越大，車速愈高，車輪偏轉(zhuǎn)后自動(dòng)回正力越強(qiáng)，但回正力矩過大，將會(huì)引起前輪回正過猛，加速前輪擺振，并使轉(zhuǎn)向沉重。通常后傾角為1°～3°。

　　主銷內(nèi)傾角

　　在汽車前后方向上，主銷向內(nèi)傾斜一個(gè)角度，主銷軸線與垂線間的夾角稱為主銷內(nèi)傾角。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向輪在外力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，由于主銷內(nèi)傾，則車輪連同整個(gè)汽車的前部將被抬起一定高度，在外力消失后，車輪就會(huì)在重力作用下力圖恢復(fù)到原來的中間位置。通常主銷內(nèi)傾角不大于8°。

　　前輪外傾角

　　在汽車的橫向平面內(nèi)，前輪中心平面向外傾斜一個(gè)角度，稱為前輪外傾角。前輪外傾角一方面可以使車輪接近垂直路面滾動(dòng)而滑動(dòng)減小轉(zhuǎn)向阻力，使汽車轉(zhuǎn)向輕便；另一方面減少了軸承及其鎖緊螺母的載荷，增加了使用壽命，提高了安全性。一般前輪外傾角為1°左右，但對(duì)于有高速、急轉(zhuǎn)向要求的車輛，前輪外傾角可減小甚至為負(fù)值。

　　前輪前束

　　俯視車輪，汽車的兩個(gè)前輪的旋轉(zhuǎn)平面并不完全平行，而是稍微帶一些角度，這種現(xiàn)象稱為前輪前束。車輪前束的作用是減輕或消除因前輪外傾角所造成的不良后果，二者相互協(xié)調(diào)，保證前輪在汽車行駛中滾動(dòng)而無滑動(dòng)。前輪前束一般為0～12mm。而現(xiàn)代汽車的前輪外傾角出現(xiàn)減小甚至為負(fù)值的趨勢(shì)，前輪前束也應(yīng)相應(yīng)減小甚至也為負(fù)值。

　　重心位置對(duì)汽車性能的影響

　　汽車重心的位置通常用重心距前軸中心線的水平距離和重心距水平路面的高度來表示。可通過實(shí)驗(yàn)法、估算法測(cè)出重心位置。

　　對(duì)動(dòng)力性能的影響

　　汽車正常行駛必須滿足驅(qū)動(dòng)－附著條件：

　　即汽車的驅(qū)動(dòng)力必須大于等于坡度阻力、滾動(dòng)阻力、空氣阻力之和而等于汽車驅(qū)動(dòng)輪的附著力。附著力與路面附著系數(shù)和驅(qū)動(dòng)軸的軸荷有關(guān)，而驅(qū)動(dòng)軸的軸荷取決于重心的水平位置，故重心位置必須保證驅(qū)動(dòng)輪能夠提供足夠的附著力。僅從此方面考慮，重心越靠近驅(qū)動(dòng)軸越好。

　　對(duì)制動(dòng)性能的影響

　　汽車制動(dòng)性要求制動(dòng)減速度大、制動(dòng)距離短，有良好的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，即不易發(fā)生前輪喪失轉(zhuǎn)向、后輪側(cè)滑和跑偏現(xiàn)象。制動(dòng)方向的穩(wěn)定性與前后輪的抱死次序有關(guān)，而抱死次序則與重心位置有關(guān)，若重心位置保證汽車的同步附著系數(shù)（β為前制動(dòng)力占整車制動(dòng)器制動(dòng)力比例，b為重心到后軸水平距離）等于汽車常用路面附著系數(shù)，那制動(dòng)穩(wěn)定性即較好；若重心前移，b增大，易發(fā)生后軸側(cè)滑，對(duì)高速汽車危險(xiǎn)性大；若重心后移，b減小，前輪易喪失轉(zhuǎn)向能力。