IMSTHUTE冶FTECHHOUX射本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告論文題目 牽引車(chē)用液壓式后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí) 100120401 姓名 劉鏡 院（系） 汽車(chē)工程學(xué)院 導(dǎo)師 趙立軍 開(kāi)題時(shí)間 2014.01.08

1.課題研究的目的和意義車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是按照駕駛員的意圖改變和保持汽車(chē)的行駛方向，在汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。因此，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有工作可靠，操作輕便的特點(diǎn)。并且希望，任何車(chē)輪都不出現(xiàn)側(cè)滑，保證汽車(chē)的行駛穩(wěn)定。目前汽車(chē)多使用兩前輪轉(zhuǎn)向，但隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)和道路交通系統(tǒng)的發(fā)展，汽車(chē)的行駛速度不斷提高，兩輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)在高速行駛時(shí)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作性和穩(wěn)定性變差的問(wèn)題。另一方面，很多汽車(chē)廠商，為追求舒適性，進(jìn)一步加大汽車(chē)的軸距，也影響操作穩(wěn)定性的控制。牽引車(chē)一般運(yùn)載量大，軸距寬，更難獲得較好的操作穩(wěn)定性。并且，牽引車(chē)屬于特種車(chē)類(lèi)，它不僅要能產(chǎn)生足夠的牽引力，而且起步、加速、減速都必須平穩(wěn)，應(yīng)具有盡可能好的穩(wěn)定性和盡可能小的轉(zhuǎn)彎半徑。因此對(duì)牽引車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了更高的要求。汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性一般分為“不足轉(zhuǎn)向”“過(guò)多轉(zhuǎn)向”“中性轉(zhuǎn)向”不足轉(zhuǎn)向表現(xiàn)為車(chē)輛在彎中的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度比前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小，也就是前輪出現(xiàn)了向外側(cè)的滑動(dòng)。過(guò)多轉(zhuǎn)向表現(xiàn)為車(chē)輛在彎中的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度比前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大，也就是后輪出現(xiàn)了向外側(cè)的滑動(dòng)中性轉(zhuǎn)向表現(xiàn)為車(chē)輛在彎中的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度恰好是前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，這種轉(zhuǎn)向特性往往可以達(dá)到最大的轉(zhuǎn)彎速度，是最理想的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。之前我們提到，現(xiàn)代汽車(chē)多采用前輪轉(zhuǎn)向，如果后輪參與轉(zhuǎn)向。后輪轉(zhuǎn)向存在與前輪轉(zhuǎn)向相同和相反的兩種情況。轉(zhuǎn)向相同將增加不足轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向相反會(huì)增加過(guò)多轉(zhuǎn)向。后輪隨動(dòng)系統(tǒng)是指，在前輪轉(zhuǎn)向的前提下，后輪也能產(chǎn)生較小的偏轉(zhuǎn)角度。在汽車(chē)低速行駛時(shí)，后輪產(chǎn)生一個(gè)與前輪反向的偏轉(zhuǎn)角，減小不足轉(zhuǎn)向，減小汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑。汽車(chē)高速行駛時(shí)，容易產(chǎn)生過(guò)多轉(zhuǎn)向，后輪產(chǎn)生一個(gè)與前輪相同的偏轉(zhuǎn)角，彌補(bǔ)這種趨勢(shì)，提高汽車(chē)的安全性和穩(wěn)定性。雖然后輪偏轉(zhuǎn)的角度很小，但在一定程度上能提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性。使車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)能根據(jù)車(chē)速?zèng)Q定車(chē)輛的轉(zhuǎn)向特性，車(chē)輛不易側(cè)傾或甩尾。根據(jù)牽引車(chē)的工作要求，可見(jiàn)引入后輪隨動(dòng)系統(tǒng)的重要性。使?fàn)恳?chē)具有更小的轉(zhuǎn)彎半徑，更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)彎行駛過(guò)程，提高牽引車(chē)的通過(guò)性和機(jī)動(dòng)性即是本次設(shè)計(jì)的意義所在。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1后輪隨動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為主動(dòng)型后輪隨動(dòng)及被動(dòng)型后輪隨動(dòng)。其發(fā)展基于四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1907年，日本政府就頒發(fā)了第一個(gè)關(guān)于四輪轉(zhuǎn)向的專(zhuān)利證書(shū)。它是通過(guò)一根軸把前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與后輪機(jī)構(gòu)相連，帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。1927年，意大利汽車(chē)制造商SABA首次發(fā)明了全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并制造了原型車(chē)，但這款車(chē)并未投入量產(chǎn)。1936年，戴姆勒奔馳改良版的軍用越野車(chē)170VK配備了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但也極少量產(chǎn)，并不對(duì)一般民用市場(chǎng)發(fā)售。1987年，隨著配備了全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的本田第三代Prelude的高配車(chē)型的量產(chǎn)，世界民用市場(chǎng)上，才真正出現(xiàn)了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前隨著車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的不斷深化和電子技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的融入，工程師們開(kāi)始綜合研究汽車(chē)的縱向、側(cè)向和垂直方向的動(dòng)力學(xué)控制，使得四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)更加成熟。如德?tīng)柛９镜腝uadrasteer四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它目前是最先進(jìn)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主要部件為前輪定位傳感器、可轉(zhuǎn)向的整體準(zhǔn)雙曲面后軸、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器以及一個(gè)控制單元。前輪定位傳感器和車(chē)輛速度傳感器連續(xù)不斷地向控制單元報(bào)告數(shù)據(jù)，控制單元根據(jù)報(bào)告的數(shù)據(jù)確定后輪合適的角度。通過(guò)計(jì)算，決定正確的操作階段。系統(tǒng)以電子控制的形式對(duì)后輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，根據(jù)車(chē)速的不同對(duì)后輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制以達(dá)到低速時(shí)反向和高速時(shí)同向，極大程度上提高了車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和安全性?，F(xiàn)階段，國(guó)外針對(duì)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，主要研究方向如下：（1） 改變橫擺角速度和側(cè)向加速度的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；（2） 增加對(duì)工況變化的抗干擾能力；（3） 實(shí)現(xiàn)所希望的轉(zhuǎn)向特性；（4） 提高汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性和主動(dòng)安全性；（5） 保持汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角基本為零；具有代表性的一些學(xué)術(shù)研究包括：H.Inoue和F.Sugasawat提出了一種綜合前饋和反饋控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，選擇最優(yōu)的控制系統(tǒng)常量，把對(duì)轉(zhuǎn)向輸入響應(yīng)的控制和對(duì)抗外部干擾的穩(wěn)定控制分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了兩者的相互獨(dú)立。YoungH.Cho和J.Kim研究了四輪轉(zhuǎn)向的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了兩種新的反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。所設(shè)計(jì)的第一個(gè)系統(tǒng)以最大穩(wěn)定性為目的，第二個(gè)系統(tǒng)用來(lái)仿效最優(yōu)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)。Higuchi用最優(yōu)控制理論提出了一種以減小質(zhì)心側(cè)偏角為目標(biāo)的方向盤(pán)前饋加狀態(tài)反饋的四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制率。國(guó)內(nèi)對(duì)四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究起步較晚。主要涉及到一些汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型和控制算法。北京理工大學(xué)的舒進(jìn)推導(dǎo)了二自由度四輪轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)方程。得到了質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)。并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，仿真結(jié)果體現(xiàn)了四輪轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢(shì)，并提出其發(fā)展方向。清華大學(xué)的李鉑和北京交通大學(xué)的耿聰?shù)仍趥鹘y(tǒng)前饋四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，提出一種兩自由度四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向魯棒控制方法。改方法通過(guò)獨(dú)立參數(shù)化兩自由度控制結(jié)構(gòu)的引入，實(shí)現(xiàn)了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)車(chē)速變化和輪胎側(cè)偏剛度變化的獨(dú)立補(bǔ)償。該方法既充分發(fā)揮了傳統(tǒng)前饋控制的優(yōu)點(diǎn)，又降低了反饋控制器的階數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明具有良好的魯棒性。2.2牽引車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀牽引車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為牽引車(chē)重要的組成部分，對(duì)牽引車(chē)性能有十分重要的影響。早期的牽引車(chē)與普通車(chē)輛并無(wú)多大區(qū)別。主要采用機(jī)械式前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了機(jī)械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并開(kāi)始運(yùn)用到牽引車(chē)上。機(jī)械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)后輪的偏轉(zhuǎn)，存在著其偏轉(zhuǎn)角度不大的缺點(diǎn)，受前輪牽制的缺點(diǎn)。無(wú)法滿足人們對(duì)牽引車(chē)性能日益增長(zhǎng)的要求。隨著液壓和電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電子一液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子一液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)柔性管道連接，使得結(jié)構(gòu)布局靈活方便。目前國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)牽引車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般多采用電子液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為了進(jìn)一步提高牽引車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能，開(kāi)發(fā)了電子式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由車(chē)速傳感器、前后輪轉(zhuǎn)角傳感器、車(chē)身橫擺角速度傳感器、電控單元和步進(jìn)電機(jī)組成。電子式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不存在漏油污染問(wèn)題，鋪設(shè)導(dǎo)線也比液壓管道更為方便，但比功率較小，目前還只能用于小型牽引車(chē)。本課題的研究?jī)?nèi)容及技術(shù)方案本課題主要研究用于牽引車(chē)上的主動(dòng)型后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于牽引車(chē)載質(zhì)量大，車(chē)身尺寸大，后輪承受壓力大等原因，需采用液壓驅(qū)動(dòng)以得到更好的驅(qū)動(dòng)力。兩后輪要求獨(dú)立控制，因此左右輪需要單獨(dú)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)中安裝車(chē)速傳感器和前輪定位傳感器，傳感器接受信號(hào)傳遞給控制器，控制器經(jīng)計(jì)算分析發(fā)出信號(hào)給液壓系統(tǒng)，控制液壓力的大小和方向，從而帶動(dòng)兩后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向，以達(dá)到主動(dòng)控制的目的。最后我們期望該后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能在車(chē)速小于某值時(shí)與前輪反向偏轉(zhuǎn)一定角度，在車(chē)速大于該值時(shí)與前輪同向偏轉(zhuǎn)一定的角度。本課題主要研究的內(nèi)容如下：（1） 收集整理關(guān)于牽引車(chē)以及后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的文獻(xiàn)資料，分析牽引車(chē)的結(jié)構(gòu)形式和工作特點(diǎn)，及后輪隨動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作形式和性能特點(diǎn)。（2） 根據(jù)題目要求確定牽引車(chē)后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。（3） 完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及后輪定位參數(shù)的確定，分析并建立動(dòng)力學(xué)模型。（4） 確定控制器的基本結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)控制器程序，運(yùn)用multisim軟件繪制前饋及反饋控制電路圖，并仿真分析，驗(yàn)算其正確性。（5） 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理圖，選擇液壓系統(tǒng)元件，計(jì)算液壓缸工作面積、流量。（6） 利用MATLAB和ADAMS對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)聯(lián)合仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。（7） 分析該后輪隨動(dòng)系統(tǒng)在牽引車(chē)上的實(shí)際應(yīng)用性。本設(shè)計(jì)的特色目前隨著標(biāo)致的系列車(chē)以及寶馬7系的出現(xiàn)，后輪隨動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸進(jìn)入大家的視野。本設(shè)計(jì)特色在于研究應(yīng)用于牽引車(chē)上的主動(dòng)控制后輪隨動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)傳感器的信號(hào)接收，以及后輪控制器的精確計(jì)算分析，使后輪隨動(dòng)系統(tǒng)更加靈活穩(wěn)定，進(jìn)一步加強(qiáng)操縱性和安全性，以滿足牽引車(chē)的工作要求。另一方面由于該系統(tǒng)主要用于像牽引車(chē)這樣的工程車(chē)，載質(zhì)量大，以及后輪承受力更大，需采用液壓驅(qū)動(dòng)為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供更好的動(dòng)力，和更輕便的操作性。在設(shè)計(jì)中，還用到multisim對(duì)控制器電路進(jìn)行編寫(xiě)和仿真，提高電路設(shè)計(jì)的便利性和準(zhǔn)確性。對(duì)于整個(gè)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，運(yùn)用simulink和adams軟件聯(lián)合仿真，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的合理性，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的的不斷調(diào)整，確保該后輪隨動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性。進(jìn)度安排3周： 調(diào)研學(xué)習(xí)，搜集相關(guān)資料，翻譯外文資料，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告；4—6周：確定后輪隨動(dòng)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，完成后輪轉(zhuǎn)向系機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)建模；7—10周：微控制器的程序編寫(xiě)及電路設(shè)計(jì)，仿真得到預(yù)想結(jié)果；13周：繪制液壓系統(tǒng)原理圖，確定液壓元件，以及液壓元件參數(shù)的計(jì)算14—15周：應(yīng)用similink及adams軟件對(duì)該后輪隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合仿真，分析仿真結(jié)果。16—17周：寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成文獻(xiàn)翻譯任務(wù)；18—18周：復(fù)查設(shè)計(jì)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯。參考文獻(xiàn)InoueH