【文章內(nèi)容簡介】 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)超車時，變換車道更容易，減小了汽車產(chǎn)生擺尾和側(cè)滑的可能性。 不足性： (1)低速轉(zhuǎn)向時，汽車尾部容易碰到障礙物； (2)實現(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)用于提高車輛總體性能上，尤其是改善車輛操縱穩(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，由于工程車輛行走條件以及自身總體布置等要求，需要的車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)向車輛難以實現(xiàn)。由于四輪轉(zhuǎn)向車輛的轉(zhuǎn)彎半徑明顯小于前輪轉(zhuǎn)向車輛 (最高時可以縮小一半 )，使工程車輛在狹窄場地具有良好的通過性。四輪轉(zhuǎn)向已在從國外引進(jìn)的工程車輛上得到實際應(yīng)用，如美國 CMI Terex 的四履帶水泥攤鋪機(jī) SF3004和美國 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)還可用控制手柄實現(xiàn)電子信號輸入，以及加入微控制器實現(xiàn)電子信號輸入。 電液轉(zhuǎn)向系的優(yōu)點：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)泵失效時可以實現(xiàn)手動緊急制動；降低車輛的側(cè)偏加速度：微控制器可以實現(xiàn)無轉(zhuǎn)向漂流，可變轉(zhuǎn)向比，自動轉(zhuǎn)向，以及 CAN 總線接口等。縱觀工程機(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 5 以及電 子技術(shù)，尤其是計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。要使工程機(jī)械高效節(jié)能，就要對發(fā)動機(jī)和傳動系統(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強(qiáng)度和改善操縱性能，需要采用自動控制，實現(xiàn)工程機(jī)械自動化；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)行運行狀態(tài)監(jiān)視，故障自動報警；隨著建設(shè)領(lǐng)域的擴(kuò)展，為了避免人員到達(dá)無法及不易接近的場所及作業(yè)環(huán)境十分惡劣的地方去作業(yè)，需要采用遠(yuǎn)距離遙控和無人駕駛技術(shù)。這一切都說明了工程機(jī)械當(dāng)前的主要問題是控制問題。要解決控制問題，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，目前國內(nèi)外的公司對于四輪轉(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：程序化控制，控制器按照所設(shè)計的控制規(guī)律進(jìn)行運算和數(shù)字信息的處理，主要通過程序 (即軟件 )來實現(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)境實現(xiàn)，數(shù)字控制器是程序控制 ，只需要設(shè)計和編寫實現(xiàn)其模型的子程序模塊，即可方便地實現(xiàn)多個功能的環(huán)節(jié)。 目前各個廠家大多采用的是 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。信號處理能力較強(qiáng)的數(shù)字信號處理器 (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。它是一種獨特的微處理器，具有可編程性，且實時運行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運行速度，是 DSP 最值得稱道的兩大特色。 DSP 芯片是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號處理的微處理 器。它強(qiáng)調(diào)運算處理的實時性，因此除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運算和控制功能外，主要針對實時數(shù)字信號處理，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。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。 設(shè)計 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 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 6 設(shè)計 解決的主要問題 1. 四輪轉(zhuǎn)向 汽車 的系統(tǒng) 分析 2. 通過各種方案的對比確定四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的最優(yōu)方案 3. 轉(zhuǎn)向液壓缸 的 設(shè)計 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 7 第 2 章 四輪 轉(zhuǎn)向 汽車 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析 前 輪轉(zhuǎn)向汽車與 四 輪轉(zhuǎn)向汽車車輪運動學(xué)分析 對比 前輪轉(zhuǎn)向汽車車輪運動學(xué)分析 圖 前輪轉(zhuǎn)向示意圖 如圖 所示 ， O 點就是該車輛的轉(zhuǎn)向軸線或轉(zhuǎn)向中心。從轉(zhuǎn)向軸線 O 到車輛的縱向?qū)ΨQ面的距離為 R，稱為車輛轉(zhuǎn)彎半徑。如圖中所示，輪式車輛轉(zhuǎn)向時內(nèi)外導(dǎo)向輪對于車輛本身是不相等的，即 a 和 b，這兩個角的對應(yīng)關(guān)系如式 L NMctgb ?? （ ） LNctg ?? （ ） 式中 M—— 兩側(cè)主銷中心距離； L—— 前后輪距； 由上式可以得出當(dāng)內(nèi)輪轉(zhuǎn)為 ? 時，外輪轉(zhuǎn)角 ?????? ?? LMctgar cctgb ? （ ） 四輪轉(zhuǎn)向汽車車輪運動學(xué)分析 如圖 ，如果前橋主銷之間距離 1M 等于后輪兩主銷之間的距離 2M 時，即21 MMM ?? （ ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 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)主銷中心距離； 1L 、 2L —— 后輪到轉(zhuǎn)向中心線的軸向距離； 當(dāng)前、后橋兩主銷之間的距離 M 不相等時， 221 LLL ??時 ，要滿足通過各個車輪幾何軸線的垂直平面都應(yīng)相交于同一條直線上，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，前 后 輪的瞬時轉(zhuǎn)向中心就不會重合，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，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 9 ?????? ?? LMctgar cctgb 21 ? （ ） 21 bb? （ ） 四 輪轉(zhuǎn)向汽車 受力分析 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車車體受力分析圖 車輛在行駛中的受力如圖 。圖中 x， y為車體坐標(biāo)； X， Y為路面坐標(biāo)；上面為車體俯視圖；左下角為車體側(cè)面；右下角為車輪路面對輪胎的橫向力 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。車體的動力學(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—— 車身質(zhì)量 ； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 xV 、 yV —— 車身沿 x， y軸速度 ； r—— 車身旋轉(zhuǎn)角速度 ； f? 、 r? —— 一 前后輪 轉(zhuǎn)角 ； fL 、 rL —— 一 車身質(zhì)點到前后輪的距離 ； zI —— 轉(zhuǎn)動慣量 ； 當(dāng)車輛在原地轉(zhuǎn)向時，其系統(tǒng)質(zhì)心不動；故 xV 和 yV 以及 r均為 0，此時系統(tǒng)可簡化為一單自由度的模型。動力學(xué)方程為： ? ????ni izz FMdtdaJ1 （ ） 即： 21 MMaJ z ?? （ ） 式中 zJ —— 轉(zhuǎn)動慣量 ； a —— 轉(zhuǎn)角加速度 ； 1M —— 轉(zhuǎn)向力矩 ； 2M —— 摩阻力距 ； 本章小結(jié) 本章對四輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了分析，對比了前輪轉(zhuǎn)向汽車與四輪轉(zhuǎn)向汽車車輪運動學(xué)分析，并對四輪轉(zhuǎn)向汽車進(jìn)行了受力分析 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 第 ３ 章 四輪 轉(zhuǎn)向 汽車 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案的確定 四輪轉(zhuǎn)向汽車 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案 一 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)圖 如 圖 所示， 四輪轉(zhuǎn)向汽車轉(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、 過濾器、液壓泵、電 動機(jī)、先導(dǎo)型電磁溢流閥、 調(diào)速閥 、壓力表、壓力表開關(guān)、蓄能器（以上均使用一個）、 兩 個三位四通電液比例換向閥、 八 個單向閥、 四 個 同步 閥、 四 個液壓缸 。 工作原理 ： 同步閥和一對轉(zhuǎn)向液壓缸組成前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過兩個電液比例換向閥控制前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用同步閥來實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)向液壓油缸的同步。 當(dāng) 電液比例 換向閥位于左位時，液壓泵供油經(jīng) 電液比例 換向閥、分流閥向 兩個 液壓缸無桿腔輸入等 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，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 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)方向盤發(fā)出轉(zhuǎn)向指令后經(jīng)過電位傳感器向控制器輸入電壓信號，控制器經(jīng)過計算、分析，向電液比例換向閥組施加電信號，電信號經(jīng)過放大 ， 控制 電液比例換向閥 的開口，通過電液比例換向閥來控制流入轉(zhuǎn)向液壓缸的流量與閥的開口成正比，從而控制轉(zhuǎn)向液壓缸活塞桿的伸長量，間接達(dá)到控制各個轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度的 目的。為了提高控制精度，四個轉(zhuǎn)向輪上均裝有非接觸式霍爾效應(yīng)傳感器，并通過傳感器把各輪的實際轉(zhuǎn)角反饋給控制器，控制器再經(jīng)過計算、分析，重新發(fā)出指令信號，糾正希望轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的偏差 。 四輪轉(zhuǎn)向汽車 轉(zhuǎn)向 液壓系統(tǒng)方案 二 圖 四輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)圖 如 圖 所示， 四輪轉(zhuǎn)向汽車轉(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、過濾器、液壓泵、電動機(jī)、先導(dǎo)型電磁溢流閥、調(diào)速閥、壓力表、壓力表開關(guān)、蓄能器（以上均使用一個）、兩個三位四通電液比例換向閥、兩個 同步 閥、四個二位三通換向閥、四個 平衡閥、四個液壓缸。 工作原理 ： 同步閥和一對轉(zhuǎn)向液壓缸組成前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過兩個電液比例換向閥控制前、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用同步閥來實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)向液壓油缸的同步。 當(dāng)電液比例換向閥位于左位時，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 13 例換向閥、同步閥和平衡閥向兩個液壓缸無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，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 時候，運行較快的液壓缸排除的油會通過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)方向盤發(fā)出轉(zhuǎn)向指令后經(jīng)過電位傳感器向控制器輸入電壓信號，控制器經(jīng)過計算、分析，向電液比例換向閥組施加電信號，電信號控制經(jīng)過放大控制比例閥的開口，