【正文】 。 轉(zhuǎn)向系角傳動比與力傳動比的關(guān)系轉(zhuǎn)向系力傳動比可以由下式表示： ip＝2Fω/Fh （5－14）輪胎和地面之間的轉(zhuǎn)向阻力Fω與作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩Mr；有如下的關(guān)系： Fω＝Mr/a （5－15）式中： a——車輪轉(zhuǎn)臂，指主銷延長線至地面的交點到輪胎接地中心的距離。 圖5－3 轉(zhuǎn)向器交傳動比iω的變化特性曲線現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向器的角傳動比也常采用不變的數(shù)值：轎車取iω＝14～22；貨車取iω＝20～25。對于轎車，因前軸負荷不大，在轉(zhuǎn)向盤的全轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)不存在轉(zhuǎn)向沉重的問題，而具有動力轉(zhuǎn)向的車輛，其轉(zhuǎn)向阻力矩由動力轉(zhuǎn)向裝置克服，故在上述情況下均有可能選擇較小的角傳動比和減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，以提高汽車的轉(zhuǎn)向靈敏性。對于高車速車輛來說，轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時的轉(zhuǎn)向器角傳動比iw不宜過小，否則會在高速直線行駛時對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角過分靈敏。而轉(zhuǎn)向器角傳動比的變化規(guī)律又因轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)的不同而異。因此轉(zhuǎn)向“輕便性”與“靈敏性”是產(chǎn)品設(shè)計中遇到的一對矛盾。約等于1，可以看出：轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向器的角傳動比iω成反比。由于增大角傳動比可以增加力傳動比，因此轉(zhuǎn)向器的角傳動比不僅對轉(zhuǎn)向靈敏性和穩(wěn)定性有直接影響，而且也影響著汽車的操縱輕便性。這里還應指出：當汽車在行駛過程中轉(zhuǎn)向時，上述轉(zhuǎn)向輪與地面的滑動摩擦阻力矩T2比汽車在原地轉(zhuǎn)向時的要小很多倍，且與車速有關(guān)。則轉(zhuǎn)向時在轉(zhuǎn)向盤上的切向力可由下式求得 Kh=T/RH （5－13）式中 ip——轉(zhuǎn)向系的力傳動比； RH——轉(zhuǎn)向盤的半徑，根據(jù)微型轎車轉(zhuǎn)向系的要求和在180～275mm范圍內(nèi)按國家標準系列選取的原則，確定轉(zhuǎn)向盤的半徑為RH＝200mm； ηO+——轉(zhuǎn)向系的正效率。mm在實際計算中常需考慮到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動效率，設(shè)定一個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向正效率值。mm 3920(++23602π(cos34,6+))＝ N所以，由上面式5－10得： T1=G1Fa ＝3920120＝7056N γ——主銷后傾角；γ一般不大于2～3°，取γ＝2° α1,α2內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪的平均轉(zhuǎn)角 φ——附著系數(shù)；計算時取φ＝～；取φ＝。通常貨車的a值為40～60mm；～；a＝120mm。例如在干而粗糙的轉(zhuǎn)向輪支撐面上做原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向力矩Tr由轉(zhuǎn)向車輪相對于主銷軸線的滾動阻力矩T輪胎與地面接觸部分的滑動摩擦力矩T2以及轉(zhuǎn)向車輪的穩(wěn)定力矩或者自動回正力矩所形成的阻力矩T3組成，即： Tr=T1+T2+T3 (510)T1=G1FaT2=G1?T3=aG1βsinα1+sinα2+γ(cosα1+cosα2) G1轉(zhuǎn)向軸的載荷；微型轎車的軸荷分配一般為前后各50％，所以：G1==3920Na ——滾動阻力的力臂，或主銷偏移距。故研究轉(zhuǎn)向系的角傳動比時，為簡化起見往往只研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比及其變化規(guī)律即可。轉(zhuǎn)向盤輸入的轉(zhuǎn)角變化量直接轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向節(jié)臂的轉(zhuǎn)角增量，兩者的比為轉(zhuǎn)向系的角傳動比。取轉(zhuǎn)向節(jié)臂l4＝200mm，并使其平行于汽車前進方向，且設(shè)其被轉(zhuǎn)向器軸線分為前后長度為120mm和80mm，以方便計算橫拉桿長度尺寸。他們之間的關(guān)系為： iow=iwxiow=?φ/?θ (56) iw=?φ/?β (57) i*=?β/?θ (58)式中 iow——轉(zhuǎn)向系的角傳動比； isω——轉(zhuǎn)向器的角傳動比；iw——轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比； ?φ——轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量； ?β——轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量； ?θ——同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應增量。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的增量?φ與轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的相應增量?β之比，稱為轉(zhuǎn)向器的角傳動比iw。用于評價在這些機構(gòu)中的摩擦損失，其中轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向主銷等的摩擦損失約為轉(zhuǎn)向系總損失的40％～50％，而拉桿球銷的摩擦損失約為轉(zhuǎn)向系總損失的10％～15％。通常，由轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向輪的效率即轉(zhuǎn)向系正效率η0+～：～。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。由于它即使司機沒有路感，又不能保證轉(zhuǎn)向輪的自動回正，現(xiàn)代汽車已經(jīng)不采用。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器均屬于這一類。但在壞路面上，當轉(zhuǎn)向輪上作用有側(cè)向力時，轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊大部分會傳給轉(zhuǎn)向盤，容易產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)向輪容易產(chǎn)生擺振?？赡媸睫D(zhuǎn)向器的逆效率較高，這種轉(zhuǎn)向器可將路面作用在車輪上的大部分力傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，使司機的路感好。根據(jù)逆效率的大小，轉(zhuǎn)向器可又可分為可逆式。轉(zhuǎn)向器的類型，結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等是影響轉(zhuǎn)向器正效率的主要因數(shù)。轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出的功率（p1p2)與轉(zhuǎn)向軸輸入的功率P1之比，稱為轉(zhuǎn)向器的正效率： η+=(p1p2)/p1 （5－4)式中，p1——轉(zhuǎn)向器的摩擦功率。對轎車而言，～。汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑R與其內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角θimin與θ0max、軸距L，主銷距K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)，在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。其次，應該這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比，即由轉(zhuǎn)向盤處于中間位置向左或向右旋轉(zhuǎn)到極限位置的總?cè)?shù)。 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑汽車的機動性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應由兩個條件來保證。消除轉(zhuǎn)向系傳動間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達到要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率又不宜太高，至于對轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要通過合理地選擇機構(gòu)及結(jié)構(gòu)布置來解決。操縱輕便性的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達到。即首先應使左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時外輪的轉(zhuǎn)彎半徑在汽車軸距的2～（小值適于大軸距汽車，大值適于小軸距汽車）。（10）有足夠的強度和壽命。（8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)因磨損產(chǎn)生的間隙，應能自動調(diào)整而消除之。（6）當轉(zhuǎn)向輪受沖擊時，轉(zhuǎn)向系傳給轉(zhuǎn)向盤上的反沖擊要小。轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的切向力，應不大于150～200N。（3）轉(zhuǎn)向盤和各轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角之間應保證在運動學關(guān)系和力學關(guān)系方面的協(xié)調(diào)。要使轎車設(shè)計滿足一定的使用性能要,那么就要對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計有一定要求。轉(zhuǎn)向器是轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部分，轉(zhuǎn)向器的效率高低，直接影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，從而影響轎車的使用性能。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)臂并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向節(jié)臂與汽車轉(zhuǎn)向橋鑄成一體，也屬于轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的以部分。主要是橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂省去了轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向梯形臂。有些汽車為操縱輕便，安裝動力轉(zhuǎn)向裝置，但微型轎車軸荷小，成本低，宜采用機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)。它由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和傳動機構(gòu)組成。(g) 把4WS 技術(shù)與其它主動安全技術(shù)(如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC 等) 相結(jié)合,實現(xiàn)汽車主動底盤技術(shù)的綜合控制,這是主動控制4WS 系統(tǒng)研究的長期目標。(e) 從主觀評價出發(fā),考慮閉環(huán)綜合性能指標,將“人—車—路”看成一個系統(tǒng)。(c) 深入研究轉(zhuǎn)向過程中輪胎的瞬態(tài)特性,將其作為主要因素加入到4WS 系統(tǒng)的數(shù)學模型中。未來對4WS 系統(tǒng)的研究的發(fā)展趨勢主要集中為:(a) 進一步研究、開發(fā)新型的后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu),提高轉(zhuǎn)向時的操縱輕便性、靈活性和轉(zhuǎn)向角度的準確性。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展,一些先進的現(xiàn)代控制方法已經(jīng)被應用于4WS 系統(tǒng)的控制研究中,如最優(yōu)控制、自適應控制、滑?？刂啤Ⅳ敯艨刂频?近年來,又出現(xiàn)了模糊控制、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制方法等。此時,再用線性控制理論來進行研究,就顯得勉為其難。當在橫向加速度較大的范圍內(nèi)時,輪胎的側(cè)偏特性將進入非線性區(qū)域,輪胎側(cè)偏角對輪胎所受橫向力的響應不再呈比例關(guān)系,與輪胎所受的縱向力、垂直載荷等都有關(guān)系。我們知道,4WS系統(tǒng)的控制主要依賴于輪胎所受的橫向力。雖然在4WS 系統(tǒng)的研究和開發(fā)方面已經(jīng)取得了很大的發(fā)展,但是,作為4WS 系統(tǒng)的核心技術(shù)問題——4WS 系統(tǒng)控制器的設(shè)計,究竟以什么作為最佳的控制目標? 采用什么樣的控制方法? 在該研究領(lǐng)域仍然沒有較為一致的看法。在技術(shù)相對成熟的4WS 汽車中,大多數(shù)采用電控液壓動力4WS 系統(tǒng)。盡管科研人員從結(jié)構(gòu)到控制原理上對四輪轉(zhuǎn)向進行了大量的研究,4WS 技術(shù)已取得不少進展。前五種控制系統(tǒng)屬于古典控制理論范疇,只能滿足汽車在某些特定條件下的需要,還不能適應汽車運動的隨機變化,隨著計算機技術(shù)和一些先進控制理論的發(fā)展,4WS 系統(tǒng)將朝著自適應、智能化的方向發(fā)展。(f) . 具有最優(yōu)控制特性的4WS 系統(tǒng)。(d) . 具有一階滯后的4WS 系統(tǒng)。(b) . 前、后輪轉(zhuǎn)向比是前輪轉(zhuǎn)角函數(shù)的4WS 系統(tǒng)。因此,不同的4WS 汽車所采用的控制方法不盡相同,各種控制方法分別有其側(cè)重點。早期的4WS 控制器設(shè)計都是基于跟隨線性動力學方程的假設(shè),但由于上述原因,使得所設(shè)計的控制系統(tǒng)不一定滿足實際的需要,無法保證汽車轉(zhuǎn)向時的操縱穩(wěn)定性。2 控制策略的模型基礎(chǔ)一般情況下進行的4WS 系統(tǒng)的研究都是基于一個簡單的二自由度線性車輛模型。從側(cè)偏角為零的目標出發(fā),按照一定的控制程序?qū)С龊筝嗈D(zhuǎn)向函數(shù)是實現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)。1 控制目標使汽車在轉(zhuǎn)向時能夠基本保持汽車重心側(cè)偏角為零。通過適時、精確地控制后輪的轉(zhuǎn)向角度,不僅可縮短轉(zhuǎn)向過程的瞬態(tài)響應,而且能主動地控制汽車的運動軌跡和姿態(tài)。目前,在4WS 汽車的研究和開發(fā)方面,主要是以改善汽車的瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性為出發(fā)點,探索由于后輪參與轉(zhuǎn)向而帶來的汽車響應變化,以及采用各種后輪控制策略而產(chǎn)生的不同效果。這種4WS 系統(tǒng)綜合考慮了汽車的各種動態(tài)參數(shù)對汽車轉(zhuǎn)向行駛過程中的操縱穩(wěn)定性的影響,動態(tài)模擬控制效果好,是目前4WS 汽車上主要采用的四輪轉(zhuǎn)向裝置。圖 4 一種4WS汽車前、后輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 圖 5 一種4WS汽車后輪轉(zhuǎn)角與車速之間的關(guān)系（2）車速感應型車速感應型四輪轉(zhuǎn)向裝置的工作特點是后輪偏轉(zhuǎn)的方向和轉(zhuǎn)角大小主要受車速高低的控制(如圖5 所示) ,在轉(zhuǎn)向過程中,同時還受前輪轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度等動態(tài)參數(shù)的綜合控制作用。早期應用在軍用車輛、工程車輛上的4WS 系統(tǒng)、裝于本田Prelude 轎車上的4WS系統(tǒng)就是采用全機械式的轉(zhuǎn)角隨動型四輪轉(zhuǎn)向裝置。（1）轉(zhuǎn)角隨動型轉(zhuǎn)角隨動型四輪轉(zhuǎn)向裝置的工作特點是后輪偏轉(zhuǎn)受前輪偏轉(zhuǎn)控制,作被動車速之間的關(guān)系轉(zhuǎn)向,即后輪偏轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)角大小受方向盤轉(zhuǎn)動的方向和轉(zhuǎn)角大小的控制(如圖4 所示) 。2 4WS 汽車后輪轉(zhuǎn)向裝置的類型隨著對4WS 這一領(lǐng)域研究的不斷進展,出現(xiàn)了多種不同轉(zhuǎn)向要求、不同結(jié)構(gòu)型式和不同控制策略的實用4WS 系統(tǒng)。當4WS 汽車在行駛過程中電子控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,后輪自動回到中間位置,汽車自動進入前輪轉(zhuǎn)向狀態(tài),保證汽車像普通前輪轉(zhuǎn)向汽車一樣安全地行駛。這樣,可以根據(jù)汽車的實際運動狀態(tài),實現(xiàn)汽車的四輪轉(zhuǎn)向。如圖3 所示,轉(zhuǎn)向時,傳感器將前輪轉(zhuǎn)向的信號和汽車運動的信號送入ECU，ECU進行分析計算,將處理后的驅(qū)動信號傳給后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu),后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)動作,通過后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu),驅(qū)動后輪偏轉(zhuǎn)。經(jīng)過幾十年的研究與開發(fā),已經(jīng)成型的4WS 汽車類型有多種,組成、結(jié)構(gòu)不同,控制方式及工作原理也各異。（4）轉(zhuǎn)向過程中,阿克曼定理難保證。（2）實現(xiàn)理想控制的技術(shù)難度大。（5）抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性效果好。（3）低速時,轉(zhuǎn)彎半徑小,轉(zhuǎn)向操作的機動靈活性提高(如圖 2所示) 。3 4WS 汽車的轉(zhuǎn)向特點與普通的2WS 汽車相比,4WS 汽車具有如下特點:優(yōu)越性: （1）轉(zhuǎn)向操作的響應加快,準確性提高?，F(xiàn)在,有許多4WS 汽車把改善汽車操縱性能的重點放在提高汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性上,而不過分要求汽車在低速行駛的轉(zhuǎn)向機動靈活性。左右) 。,。便于汽車掉頭轉(zhuǎn)彎、避障行駛、進出車庫和停車場。左右)。目前,典型4WS 汽車前、后輪的偏轉(zhuǎn)規(guī)律一般如下所述。2 4WS 汽車的轉(zhuǎn)向方式根據(jù)理論分析研究和大量路試表明,四輪轉(zhuǎn)向能夠提高汽車轉(zhuǎn)向的機動靈活性和高速行駛時的操縱穩(wěn)定性,現(xiàn)代4WS 汽車就是根據(jù)這一指導思想研制的。另外,2WS 汽車在高速行駛時,相對于一定的方向盤轉(zhuǎn)角增量、車身的橫擺角速度和橫向加速度的增量增大,使汽車在高速行駛時的操縱性和穩(wěn)定性變差。顯然,2WS 汽車在轉(zhuǎn)向過程中,從方向盤轉(zhuǎn)動到后輪參與轉(zhuǎn)向運動之間存在一定的滯后時間。當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤后,前、后輪幾乎同時轉(zhuǎn)向,使汽車改變前進方向,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤后,前輪轉(zhuǎn)向,改變了行駛方向,地面對前輪胎產(chǎn)生一個橫向力,通過前輪作用于車身,使車身橫擺,產(chǎn)生離心力,使后輪產(chǎn)生側(cè)偏,改變前進方向,參與汽車的轉(zhuǎn)向運動。后論按一定的比例與前輪同向偏轉(zhuǎn)時，可提高汽車高速行駛或在側(cè)向風力作用下時的操縱穩(wěn)定性；后論與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反時，可改善汽車中、低速行駛的操縱穩(wěn)定性、低速行駛時的操縱輕便性及減小汽車的轉(zhuǎn)小轉(zhuǎn)彎半徑。四輪轉(zhuǎn)向汽車的后輪不僅可以與前輪統(tǒng)同方向偏轉(zhuǎn)，而且也可以與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反。汽車的四輪轉(zhuǎn)向(Four wheel Steering ——4W