淺析智能模型車(chē)底盤(pán)技術(shù)

　摘要：本文針對智能車(chē)比賽用模型車(chē)底盤(pán)，從汽車(chē)理論的角度對轉向輪定位參數、車(chē)輛的重心選擇、側滑等原理進(jìn)行了介紹，并通過(guò)對轉向輪定位參數、舵機性能以及模型車(chē)轉向穩態(tài)性的測試，得出了這些調整參數之間的影響規律，可以為相關(guān)參賽隊伍在算法制定、仿真參數設定以及底盤(pán)、舵機等硬件結構調整、優(yōu)化等方面提供一定的參考。

　　關(guān)鍵詞：前輪定位；舵機；轉向；轉彎半徑

　　引言

　　本文從汽車(chē)理論的角度對轉向輪定位、車(chē)輛的重心選擇、側滑等原理加以介紹，并針對比賽用模型車(chē)底盤(pán)進(jìn)行了一系列測試，包括轉向輪定位參數的選擇、舵機性能測試以及模型車(chē)轉向穩態(tài)測試，得出了這些調整參數之間的影響規律，希冀能夠給相關(guān)參賽隊伍在算法制定、仿真參數設定以及底盤(pán)、舵機等硬件結構調整、優(yōu)化等方面提供一定的參考。

　　汽車(chē)底盤(pán)相關(guān)性能

　　轉向輪定位參數

　　對于汽車(chē)而言，要保持車(chē)輛直線(xiàn)行駛的穩定性，使之轉彎自動(dòng)回正、轉向輕便，必須確定車(chē)輪定位參數，包括主銷(xiāo)后傾、主銷(xiāo)內傾、前輪外傾和前輪前束。

　　主銷(xiāo)后傾角

　　主銷(xiāo)后傾角在車(chē)輪偏轉后形成一回正力矩，阻礙車(chē)輪偏轉。主銷(xiāo)后傾角越大，車(chē)速愈高，車(chē)輪偏轉后自動(dòng)回正力越強，但回正力矩過(guò)大，將會(huì )引起前輪回正過(guò)猛，加速前輪擺振，并使轉向沉重。通常后傾角為1°～3°。

　　主銷(xiāo)內傾角

　　在汽車(chē)前后方向上，主銷(xiāo)向內傾斜一個(gè)角度，主銷(xiāo)軸線(xiàn)與垂線(xiàn)間的夾角稱(chēng)為主銷(xiāo)內傾角。當汽車(chē)轉向輪在外力作用下發(fā)生偏轉時(shí)，由于主銷(xiāo)內傾，則車(chē)輪連同整個(gè)汽車(chē)的前部將被抬起一定高度，在外力消失后，車(chē)輪就會(huì )在重力作用下力圖恢復到原來(lái)的中間位置。通常主銷(xiāo)內傾角不大于8°。

　　前輪外傾角

　　在汽車(chē)的橫向平面內，前輪中心平面向外傾斜一個(gè)角度，稱(chēng)為前輪外傾角。前輪外傾角一方面可以使車(chē)輪接近垂直路面滾動(dòng)而滑動(dòng)減小轉向阻力，使汽車(chē)轉向輕便；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，但對于有高速、急轉向要求的車(chē)輛，前輪外傾角可減小甚至為負值。

　　前輪前束

　　俯視車(chē)輪，汽車(chē)的兩個(gè)前輪的旋轉平面并不完全平行，而是稍微帶一些角度，這種現象稱(chēng)為前輪前束。車(chē)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，保證前輪在汽車(chē)行駛中滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。前輪前束一般為0～12mm。而現代汽車(chē)的前輪外傾角出現減小甚至為負值的趨勢，前輪前束也應相應減小甚至也為負值。

　　重心位置對汽車(chē)性能的影響

　　汽車(chē)重心的位置通常用重心距前軸中心線(xiàn)的水平距離和重心距水平路面的高度來(lái)表示?？赏ㄟ^(guò)實(shí)驗法、估算法測出重心位置。

　　對動(dòng)力性能的影響

　　汽車(chē)正常行駛必須滿(mǎn)足驅動(dòng)－附著(zhù)條件：

　　即汽車(chē)的驅動(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(chē)驅動(dòng)輪的附著(zhù)力。附著(zhù)力與路面附著(zhù)系數和驅動(dòng)軸的軸荷有關(guān)，而驅動(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動(dòng)輪能夠提供足夠的附著(zhù)力。僅從此方面考慮，重心越靠近驅動(dòng)軸越好。

　　對制動(dòng)性能的影響

　　汽車(chē)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)方向穩定性，即不易發(fā)生前輪喪失轉向、后輪側滑和跑偏現象。制動(dòng)方向的穩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(chē)的同步附著(zhù)系數（β為前制動(dòng)力占整車(chē)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(chē)常用路面附著(zhù)系數，那制動(dòng)穩定性即較好；若重心前移，b增大，易發(fā)生后軸側滑，對高速汽車(chē)危險性大；若重心后移，b減小，前輪易喪失轉向能力。