【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向操作的響應(yīng)加快，準(zhǔn)確性提高； (2)轉(zhuǎn)向操作的機(jī)動(dòng)靈活性和行駛穩(wěn)定性提高； (3)抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性好； (4)超車(chē)時(shí)，變換車(chē)道更容易，減小了汽車(chē)產(chǎn)生擺尾和側(cè)滑的可能性。 不足性： (1)低速轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車(chē)尾部容易碰到障礙物； (2)實(shí)現(xiàn)理想控制的技術(shù)難度大； (3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高； (4)轉(zhuǎn)向過(guò)程中，阿克曼定理難保證。 進(jìn)入上世紀(jì)九十年代，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，使得電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于提高車(chē)輛總體性能上，尤其是改善車(chē)輛操縱穩(wěn)定 性方面，加上現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的融入，使得 4WS 發(fā)展更加成熟、應(yīng)用更為廣泛在工程機(jī)械領(lǐng)域，由于工程車(chē)輛行走條件以及自身總體布置等要求，需要的車(chē)輛行駛速度可以很低，但轉(zhuǎn)向的功能要求很高，所以普通兩輪轉(zhuǎn)向車(chē)輛難以實(shí)現(xiàn)。由于四輪轉(zhuǎn)向車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎半徑明顯小于前輪轉(zhuǎn)向車(chē)輛 (最高時(shí)可以縮小一半 )，使工程車(chē)輛在狹窄場(chǎng)地具有良好的通過(guò)性。四輪轉(zhuǎn)向已在從國(guó)外引進(jìn)的工程車(chē)輛上得到實(shí)際應(yīng)用，如美國(guó) CMI Terex 的四履帶水泥攤鋪機(jī) SF3004和美國(guó) Case公司的 560挖溝機(jī)等。其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要采用 SAUER公司提供的電液轉(zhuǎn)向系 (EHPS)?；镜霓D(zhuǎn)向系由先導(dǎo)閥和電液轉(zhuǎn)向組合閥塊組成，組合閥塊控制輸出到轉(zhuǎn)向缸的油流與先導(dǎo)閥的輸人油流成正例。此系統(tǒng)還可用控制手柄實(shí)現(xiàn)電子信號(hào)輸入，以及加入微控制器實(shí)現(xiàn)電子信號(hào)輸入。 電液轉(zhuǎn)向系的優(yōu)點(diǎn)：很高的轉(zhuǎn)向壓力只需要較小的轉(zhuǎn)向液壓缸；輔助閥的低壓可以降低系統(tǒng)的噪聲；當(dāng)泵失效時(shí)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)緊急制動(dòng)；降低車(chē)輛的側(cè)偏加速度：微控制器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)轉(zhuǎn)向漂流，可變轉(zhuǎn)向比，自動(dòng)轉(zhuǎn)向，以及 CAN 總線(xiàn)接口等。縱觀(guān)工程機(jī)械的發(fā)展，在技術(shù)上大致經(jīng)歷了三次革命：柴油機(jī)的出現(xiàn)、液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 以及電 子技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。要使工程機(jī)械高效節(jié)能，就要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，合理分配功率，使其處于最佳工況；為了減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和改善操縱性能，需要采用自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械自動(dòng)化；要完成高技能的作業(yè)，就需要智能化；為了提高安全性，需要安全控制，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，故障自動(dòng)報(bào)警；隨著建設(shè)領(lǐng)域的擴(kuò)展，為了避免人員到達(dá)無(wú)法及不易接近的場(chǎng)所及作業(yè)環(huán)境十分惡劣的地方去作業(yè)，需要采用遠(yuǎn)距離遙控和無(wú)人駕駛技術(shù)。這一切都說(shuō)明了工程機(jī)械當(dāng)前的主要問(wèn)題是控制問(wèn)題。要解決控制問(wèn)題，必須引人具有良好控制性能和信息處 理能力的電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和電液控制技術(shù)以及相應(yīng)的軟件控制技術(shù)為一體的先進(jìn)的控制器。 基于四輪轉(zhuǎn)向的發(fā)展方向，目前國(guó)內(nèi)外的公司對(duì)于四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制主要采用的是數(shù)字控制，這是鑒于數(shù)字控制的很多優(yōu)點(diǎn)：程序化控制，控制器按照所設(shè)計(jì)的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算和數(shù)字信息的處理，主要通過(guò)程序 (即軟件 )來(lái)實(shí)現(xiàn)，若改變控制規(guī)律只需改變軟件，而不必改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)：控制精度高，在模擬控制系統(tǒng)中，控制器的精度由元件的精度而定，數(shù)字控制器精度由字長(zhǎng)決定；穩(wěn)定性好；軟件復(fù)用，在模擬系統(tǒng)中，需用相同的硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)，數(shù)字控制器是程序控制 ，只需要設(shè)計(jì)和編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)其模型的子程序模塊，即可方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能的環(huán)節(jié)。 目前各個(gè)廠(chǎng)家大多采用的是 PLC、單片機(jī)應(yīng)用于四輪轉(zhuǎn)向控制器中，功能基本能夠?qū)崿F(xiàn)，相比較之下。信號(hào)處理能力較強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)各方面均性能優(yōu)于以上三種處理器。 DSP(Digital Signal Processor)是新世紀(jì)數(shù)字化革命的核心。它是一種獨(dú)特的微處理器，具有可編程性，且實(shí)時(shí)運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運(yùn)行速度，是 DSP 最值得稱(chēng)道的兩大特色。 DSP 芯片是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理 器。它強(qiáng)調(diào)運(yùn)算處理的實(shí)時(shí)性，因此除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運(yùn)算和控制功能外，主要針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了很大的改動(dòng)。它具有靈活、精確、可靠性好、體積小、功耗低和易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì) 的基本內(nèi)容 1． 確定四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)方案 2． 各液壓回路的設(shè)計(jì) 3． 繪制液壓系統(tǒng)圖 4． 繪制壓力控制回路圖 5． 繪制 流量控制 回路圖 6． 繪制方向控制回路圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 設(shè)計(jì) 解決的主要問(wèn)題 1. 四輪轉(zhuǎn)向 汽車(chē) 的系統(tǒng) 分析 2. 通過(guò)各種方案的對(duì)比確定四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的最優(yōu)方案 3. 轉(zhuǎn)向液壓缸 的 設(shè)計(jì) 4. 液壓系統(tǒng)的液壓元件的選取 5. 繪制液壓系統(tǒng)圖及相應(yīng)液壓回路圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 四輪 轉(zhuǎn)向 汽車(chē) 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析 前 輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)與 四 輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 對(duì)比 前輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 圖 前輪轉(zhuǎn)向示意圖 如圖 所示 ， O 點(diǎn)就是該車(chē)輛的轉(zhuǎn)向軸線(xiàn)或轉(zhuǎn)向中心。從轉(zhuǎn)向軸線(xiàn) O 到車(chē)輛的縱向?qū)ΨQ(chēng)面的距離為 R，稱(chēng)為車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑。如圖中所示，輪式車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外導(dǎo)向輪對(duì)于車(chē)輛本身是不相等的，即 a 和 b，這兩個(gè)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系如式 L NMctgb ?? （ ） LNctg ?? （ ） 式中 M—— 兩側(cè)主銷(xiāo)中心距離； L—— 前后輪距； 由上式可以得出當(dāng)內(nèi)輪轉(zhuǎn)為 ? 時(shí)，外輪轉(zhuǎn)角 ?????? ?? LMctgar cctgb ? （ ） 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 如圖 ，如果前橋主銷(xiāo)之間距離 1M 等于后輪兩主銷(xiāo)之間的距離 2M 時(shí)，即21 MMM ?? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 四輪轉(zhuǎn)向示意圖 則有： 1111 LMctgctgb ?? ? （ ） 2222 LMctgctgb ?? ? （ ） 1221 LLctgctg ??? （ ） 式中 1M、 2M —— 兩側(cè)主銷(xiāo)中心距離； 1L 、 2L —— 后輪到轉(zhuǎn)向中心線(xiàn)的軸向距離； 當(dāng)前、后橋兩主銷(xiāo)之間的距離 M 不相等時(shí)， 221 LLL ??時(shí) ，要滿(mǎn)足通過(guò)各個(gè)車(chē)輪幾何軸線(xiàn)的垂直平面都應(yīng)相交于同一條直線(xiàn)上，則 L MMctgctg 1212 ??? ?? （ ） 由上式可得： 1M 與 2M 的差值越大， 1? 與 2? 也越大。而當(dāng)轉(zhuǎn)向輪偏角較大時(shí)，前 后 輪的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心就不會(huì)重合，其差值隨著 1M 與 2M 差值的增大而增大，使機(jī)械在轉(zhuǎn)向半徑較小時(shí)，轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生一定的滑移。因此應(yīng)盡量減小 1M 與 2M 的差值，最好相等。在此選擇二者相等，由此可得： ??? ?? 21 （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ?????? ?? LMctgar cctgb 21 ? （ ） 21 bb? （ ） 四 輪轉(zhuǎn)向汽車(chē) 受力分析 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)車(chē)體受力分析圖 車(chē)輛在行駛中的受力如圖 。圖中 x， y為車(chē)體坐標(biāo)； X， Y為路面坐標(biāo)；上面為車(chē)體俯視圖；左下角為車(chē)體側(cè)面；右下角為車(chē)輪路面對(duì)輪胎的橫向力 yfF 和 yrF ，縱向力是 xfF 和 xrF ，垂直方向的力是 zfF 和 zrF 。這里下標(biāo) f和 r分別代指前后輪。車(chē)體的動(dòng)力學(xué)方程 為 ： ? ?rVVmFFFF xyrxrryrfxffyf ????? ???? s i nc o ss i nc o s （ ） ? ?rVVmFFFF yxryrryrfyffxf ?????? ???? s i nc o ss i nc o s （ ） ? ? ? ? rIFFLFFL zrxrryrrfxffyff ???? ???? s i nc o ss i nc o s （ ） 式中 m—— 車(chē)身質(zhì)量 ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 xV 、 yV —— 車(chē)身沿 x， y軸速度 ； r—— 車(chē)身旋轉(zhuǎn)角速度 ； f? 、 r? —— 一 前后輪 轉(zhuǎn)角 ； fL 、 rL —— 一 車(chē)身質(zhì)點(diǎn)到前后輪的距離 ； zI —— 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； 當(dāng)車(chē)輛在原地轉(zhuǎn)向時(shí)，其系統(tǒng)質(zhì)心不動(dòng)；故 xV 和 yV 以及 r均為 0，此時(shí)系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為一單自由度的模型。動(dòng)力學(xué)方程為： ? ????ni izz FMdtdaJ1 （ ） 即： 21 MMaJ z ?? （ ） 式中 zJ —— 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ； a —— 轉(zhuǎn)角加速度 ； 1M —— 轉(zhuǎn)向力矩 ； 2M —— 摩阻力距 ； 本章小結(jié) 本章對(duì)四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了分析，對(duì)比了前輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)與四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并對(duì)四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)進(jìn)行了受力分析 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 ３ 章 四輪 轉(zhuǎn)向 汽車(chē) 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案的確定 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē) 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案 一 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)圖 如 圖 所示， 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)方案一 的結(jié)構(gòu)組成和工作原理如下 : 結(jié)構(gòu)組成： 油箱、 過(guò)濾器、液壓泵、電 動(dòng)機(jī)、先導(dǎo)型電磁溢流閥、 調(diào)速閥 、壓力表、壓力表開(kāi)關(guān)、蓄能器（以上均使用一個(gè)）、 兩 個(gè)三位四通電液比例換向閥、 八 個(gè)單向閥、 四 個(gè) 同步 閥、 四 個(gè)液壓缸 。 工作原理 ： 同步閥和一對(duì)轉(zhuǎn)向液壓缸組成前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)電液比例換向閥控制前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向，前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用同步閥來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)向液壓油缸的同步。 當(dāng) 電液比例 換向閥位于左位時(shí)，液壓泵供油經(jīng) 電液比例 換向閥、分流閥向 兩個(gè) 液壓缸無(wú)桿腔輸入等 量 的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向外伸出，有桿腔的油 液 經(jīng) 單向閥 及 電液比例 換向閥 流回油箱； 當(dāng) 電液比例 換向閥右位工作 時(shí)，液壓泵供油經(jīng) 電液比例 換向閥，分流閥向液壓缸有桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向內(nèi)縮回，無(wú)桿腔的油 液 經(jīng)單向閥及 電液比例 換向閥流回油箱 。 先黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 導(dǎo)型電磁 溢流閥設(shè)定系統(tǒng)的供油壓力 (基本可以保證在工作狀態(tài)下，保持泵的出口壓力恒定 )。當(dāng)方向盤(pán)發(fā)出轉(zhuǎn)向指令后經(jīng)過(guò)電位傳感器向控制器輸入電壓信號(hào)，控制器經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析，向電液比例換向閥組施加電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大 ， 控制 電液比例換向閥 的開(kāi)口，通過(guò)電液比例換向閥來(lái)控制流入轉(zhuǎn)向液壓缸的流量與閥的開(kāi)口成正比，從而控制轉(zhuǎn)向液壓缸活塞桿的伸長(zhǎng)量，間接達(dá)到控制各個(gè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度的 目的。為了提高控制精度，四個(gè)轉(zhuǎn)向輪上均裝有非接觸式霍爾效應(yīng)傳感器，并通過(guò)傳感器把各輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角反饋給控制器，控制器再經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析，重新發(fā)出指令信號(hào)，糾正希望轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的偏差 。 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē) 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案 二 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)圖 如 圖 所示， 四輪轉(zhuǎn)向汽車(chē)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)方案 二的結(jié)構(gòu)組成和工作原理如下 : 結(jié)構(gòu)組成： 油箱、過(guò)濾器、液壓泵、電動(dòng)機(jī)、先導(dǎo)型電磁溢流閥、調(diào)速閥、壓力表、壓力表開(kāi)關(guān)、蓄能器（以上均使用一個(gè)）、兩個(gè)三位四通電液比例換向閥、兩個(gè) 同步 閥、四個(gè)二位三通換向閥、四個(gè) 平衡閥、四個(gè)液壓缸。 工作原理 ： 同步閥和一對(duì)轉(zhuǎn)向液壓缸組成前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)電液比例換向閥控制前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向，前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用同步閥來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)向液壓油缸的同步。 當(dāng)電液比例換向閥位于左位時(shí)，液壓泵供油經(jīng)電液比黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 例換向閥、同步閥和平衡閥向兩個(gè)液壓缸無(wú)桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向外伸出，有桿腔的油經(jīng)二位三通換向閥和電液比例換向閥流回油箱；當(dāng)電液比例換向閥右位工作時(shí)，液壓泵供油經(jīng)電液比例換向閥、分流集流閥（同步閥）和平衡閥向液壓缸有桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同 步向內(nèi)縮回，無(wú)桿腔的油經(jīng)二位三通換向閥和電液比例換向閥流回油箱。 當(dāng)系統(tǒng)中 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu) 出現(xiàn)不同步 的 時(shí)候，運(yùn)行較快的液壓缸排除的油會(huì)通過(guò)二位三通換向閥向另一相連的液壓缸補(bǔ)油，糾正同步閥產(chǎn)生的同步誤差。 平衡閥起平衡支撐的作用。 先導(dǎo)型電磁 溢流閥設(shè)定系統(tǒng)的供油壓力 (基本可以保證在工作狀態(tài)下，保持泵的出口壓力恒定 )。當(dāng)方向盤(pán)發(fā)出轉(zhuǎn)向指令后經(jīng)過(guò)電位傳感器向控制器輸入電壓信號(hào)，控制器經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析，向電液比例換向閥組施加電信號(hào)，電信號(hào)控制經(jīng)過(guò)放大控制比例閥的開(kāi)口，