转向与摩擦力

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1、一主销后倾角 主销在赛车的纵向平面内，其上部有向后的一个倾角，即为主销后倾角。 它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的回正力矩，使车轮自动恢复到原 来的中间位置上。所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动回正的能力就 越强，但是过大的回正力矩会使车辆转向沉重。通常主销后倾角值设定在 1 到 3。主销前倾角 主销后倾角1对于主销的调整，在第三届时同济大学的 RaceKing 队是这么做的：他们根 据车的情况，适当地调小了主销倾角。 2. 模型车通过增减黄色垫片的数量来改变主销后倾角：每侧有 4 片垫片，前 2 后 2，对应的后倾角为 00；前 1 后 3，后倾角为 20-30；前 0 后 4，

2、后倾角为 40- -60。模型车转向灵活，可根据试验调试的结果，设定垫片按前 1 后 3 安装，将 后倾角度设为 30比较合适。 3.在第三节时，同济大学的同舟队是这么做的：在主销后倾角的调教中，为了 使模型车转向灵活，将主销后倾角设为零度。 4. 在第三节时，哈尔滨工程大学极品飞车 1 队的智能车采用了 23的主销 后倾角。哈尔滨工程大学极品飞车 2 号队主销后倾角为 05.沈阳理工的车模的主销后倾角设定为 3 6.在第四届时，北华大学的主销后倾角设为 3.6，在高速过弯时基本不会出现 车体不稳定情况。 7. 在第四届时，大连理工大学经过调整将主销后倾角设为 1 度。 二主销内倾角 主销在赛

3、车的横向平面内，其上部向内倾斜的一个角度，既为主销内倾角， 一般不大于 8 度，起前胎回正的作用。内倾角变大，则转向较为轻便，但也不 能过大，否则会因为增加了轮胎与地面间的摩擦阻力，使转向沉重，同时，加 速了轮胎的磨损。 主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不 同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速 时主销后倾的回正作用大，低速时主销内倾的回正作用大。主销外倾角 主销内倾角1. 在第三届时，哈尔滨工程大学极品飞车 2 号队的主销内倾角也为 0 2. 在第三届时，合肥工业大学 on the way 队的内倾角调整为 0 3.上海第二工业大学

4、为了保证前轮转向的灵活度，主销内倾不宜过大，故将其 调节为 3 度左右。 4. 沈阳理工的车模的主销内倾角为 0。 5. 在第四届时，大连理工大学最终确定主销内倾角为 4。减小了赛道作用于 前轮的阻力矩，使舵机转向更加轻便，同时车轮自动回正的速度加快，直线的 指向性更好。 6. 东北大学龙腾队的内倾角调整为 0 三车轮外倾角 通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角， 即为车轮外倾角，一般为 1 度左右，起防止车轮变形的作用。因为车体本身的 重量，赛车将因承载变形而使车轮内倾，这将加速赛车轮胎的偏磨损，为了使 轮胎磨损均匀，摩擦受力也较均匀，安装轮胎应使车轮有一定的外倾角

5、，以防 车轮内倾。但是，外倾角也不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。 1.在第三届时，同济大学同舟队是这么做的：由于本智能车模型主要用于竞速，在设计中必然要尽可能减轻重量，所以地盘承重不大，所以将前轮外倾角设为0 度即可。 2.由于车模用于竞赛，负载较轻，哈尔滨工程大学极品飞车2号的前轮外倾角设 定为0 3.山东大学霹雳2008队的前轮外倾角设为-1 4. 沈阳理工的车模的车轮外倾角为 0。 四车轮前束 车轮有了外倾角之后，就会导致两侧车轮向外滚开。车轮将在地面上出现 边滚边滑的现象，从而增加了车轮的磨损。为了消除车轮外倾带来的不良后果， 在安装车轮时，使赛车两前轮的中心面不平行，两轮前边缘距离

6、 B 小于后边缘 距离 A，A-B 之差称为前轮前束，这样可使车轮在每一瞬时滚动方向接近于向 着正前方，从而在很大程度上减轻和消除了由于车轮外倾而产生的不良后果。 在实际的汽车中，一般前束为 012mm 。1.在第三届时，北京科技大学CCD一队是这么做的：由于前轮轴和车轮之间 的间隙较大，对车高速转向时的重心影响较大，会引起高速转向时车的转向不 足。而且这里又是规则中严禁改动的部分，所以为了尽可能降低转向舵机负载， 我对前轮的安装角度，即前轮定位进行了调整。 前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性、转向轻便和减少轮胎的磨 损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前

7、束等4个因素决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。 在实际调试中，我们发现适当增大内倾角的确可以增大转弯时车轮和地面 的接触面积，从而增大车轮和地面的摩擦程度，使车转向更灵活，减小因摩擦 不够而引起的转向不足的情况。 2.在第三届时，北理Transfer是这么做的：经过我们多次的试验，我们发现8主销外倾角，10正前束对车的性能有较大的提高。 3. 在第三届时，哈尔滨工程大学极品飞车2号的前轮前束因此设定为0 4山东大学霹雳2008队的前轮前束设为-5mm。 5. 上海第二工业大学通过试验，将其调至5mm左右。 6. 在第四届时，大连理工大学考虑到前轮前束要与前轮外倾角相匹配，

8、采 取前束值为8mm。 五后轮的外倾角 将后轮外倾角设置为负值可以增加车轮接地点的跨度，增加汽车的横向稳 定性。 1.在第三届时，北理傲雄队是做的：经过与赛道的磨合，本队智能车前轮 角度调整为前轮外倾角为-3，其他皆为 0。 2. 在第三届时，广东技术师范学院对前轮的前轮的调整：主销内倾角为五 度，主销后倾角为零度，前轮外倾负二度，前束为零。 3. 在第三届时，杭大一队的前轮定位：为使智能车直线行驶稳定，转向轻 便，转向后能自动回正，并且减少轮胎和转向系零件的磨损等，需要对智能车 的前轮进行适当的定位。其中包括：对主销后倾角进行了调整，使其介于23 度之间；对主销内倾角调整到1度左右；前轮前束

9、的值为12，保证了智能 车转向和直行的性能。 六推力角 推力角定义为两后轮前束差值的一半（见图 1.5）。一般规定推进线朝左为正 值，朝右为负值。如果推力角不为 0，则车辆存在侧向运动的趋势。如果出现 这种情况，需要对后轮前束进行调节。七底盘高度和重心的调整 按照常规，车辆底盘高度越低，车辆重心越低，后轮抓地力越好，前轮转 向越敏感。因此在很多赛车比赛中，提高速度有效方法就是降低底盘高度。在 前轮转向机构处，增加一块垫片，略微降低了赛车前部的底盘高度，使底盘呈 现一种前低后高的倾斜状态。但是地盘过低，会导致智能车在上坡过程中轮胎 的悬空，也会导致智能车在赛道上行驶时产生较大的静电，因此，合适选

10、择地 盘高度能够有效提高小车的性能。车辆重心的前后方向调整，对智能车行驶性能有很大影响。按照车辆运动学理论，车身重心前移，会增加转向，但会降低转向的灵敏度，同时降低后轮的抓地力；重心后移，会减少转向，但会增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加。 因而调整合适的车体重心，让智能车更加适应跑道是很关键的。根据实际 调试经验，鉴于当前舵机响应较迟缓，因此，需要将车的重心前移，增加转向 性能。 在第三届时，北京科技大学光电一队关于智能车转向机构调整优化是这么做的：理想的转向模型，是指在轮胎不打滑时，忽略左右两侧轮胎由于受力不均 产生的变形，忽略轮胎受重力影响下的变形时车辆的的转向建模。在这种理想 的模型下

11、，车体的转向半径可以计算得到。图 2.3 智能车转向示意图如图 2.3，假设智能车系统为理想的转向模型，且其重心位于其几何中心。 车轮满足转向原理，左右轮的轴线与后轮轴线这三条直线必然交于一点。 转向机构在车辆运行过程中有着非常重要的作用。合适的前桥和转向机构 可以保证在车辆直线行驶过程中不会跑偏，能保证车辆行驶的方向稳定性；而 在车辆转向时，合适的转向机构可以使车辆自行回到直线行驶状态，具有好的 回正性。正是由于这些原因，转向系统优化设计成为智能车设计中机械结构部 分的重点，直接关系到赛车能否顺利地完成比赛。在实际操作中，我们通过理 论计算的方案进行优化，然后做出实际结构以验证理论数据，并在

12、实际调试过 程中不断改进。 在模型车制做过程中，赛车的转向是通过舵机带动左右横拉杆来实现的。 转向舵机的转动速度和功率是一定，要想加快转向机构响应的速度，唯一的办 法就是优化舵机的安装位置和其力矩延长杆的长度。由于功率是速度与力矩乘 积的函数，过分追求速度，必然要损失力矩，力矩太小也会造成转向迟钝，因 此设计时就要综合考虑转向机构响应速度与舵机力矩之间的关系，通过优化得 到一个最佳的转向效果。经过最后的实际的参数设计计算，最后得出一套可以 稳定、高效工作的参数及机构。 如图 3.3，我们最终设计的这套转向拉杆，我们综合考虑了速度与扭矩间的 关系，并根据模型车底盘的具体结构，简化了安装方式，实现

13、了预期目标。图 3.3 转向拉杆图2.东大猎鹰队在底盘的调整中是这么做的：我们把车的后轮底盘放低（在新车 模的基础上） ，从而降低整车的重心，防止车翻倒。而车头的底盘高度不变，这 是为了使车能顺利的上坡而不至于由于底盘过底使底盘擦到赛道。 3. 山东大学霹雳 2008 队对底盘高度的调整是使车前部离地间隙为 9mm。 4. 在第四届时，东北大学龙腾队考虑到要使车能顺利的上下坡而不至于由于底 盘过低使底盘擦到赛道，我们只将车头底盘降低了 1mm，达到提高行驶稳定性 的作用。 5.东秦3队在前轮上增加了组委会提供的两个黄色垫片，将赛车前端的重心降低 了1.5 毫米。 合肥工业大学 on the w

14、ay 对底盘的调整 由于这次比赛规定初赛时没有坡道，而决赛时赛道直线部分可以有坡度在 15 度之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路。所以决赛时的大部分赛道还是二 维的路面，由于我们采取摄像头采集路面信息的策略，摄像头安装位置比较高， 所以导致整车的重心偏高，在高速过弯时则向心力比较大，当左右两排轮子的 倾斜力矩不足以提供向心力时，那么车很容易向外侧翻倒。为了避免次类事情 的发生，我们把车的后轮底盘放低（在以前买来的新车模的基础上），从而降 低整车的重心，防止车翻倒。而车头的底盘高度不变，这是为了使车能顺利的 上坡而不至于由于底盘过底使底盘擦到赛道。 电子科技大学梦想号在对底盘和重心的调整是这么做

15、的： 按照常规，车辆底盘高度越低，车辆重心越低，后轮抓地力越好，前轮转 越敏感。因此在很多赛车比赛中，提高速度有效方法就是降低底盘高度。我们 在前轮转向机构处，增加二块垫片，略微降低了赛车前部的底盘高度，使底盘 呈现一种前低后高的倾斜状态。 另外，我们将电路板做得非常小，刚好能放在舵机和电池架间的底板上，这样，不但可以压低模型车的重心，防止高速过弯时翻车，也可以使纵向重心 前移，增加转弯性能。同时也可以减轻模型车的质量，让赛车能在最短时间内 加到最大速度。原始车模得重心大概在车的中后部，在电池架的中间。我们在 调试的过程中发现模型车过弯时，转向往往不足，不够灵敏。我们加工了一个 舵机支架和摄像

16、头支架，铝合金材料既有足够的刚性，质量也比较轻，让模型 车的重心前移至模型车的中部。除此外，我们在装旋转编码器时也把其装的很 低，以降低赛车的重心，提高赛车行驶的稳定性。 除了对车辆重心纵向的调整之外，车辆重心的前后方向调整，对赛车行驶 性能，也有很大的影响。根据车辆运动学理论，车身重心前移，会增加转向， 但降低转向的灵敏度（因为大部分重量压在前轮，转向负载增大），同时降低 后轮的抓地力；重心后移，会减少转向，但增大转向灵敏度，后轮抓地力也会 增加。因此，调整合适的车身重心，让车模更加适应比赛赛道很关键。为了保 证赛车足够的转向和防止在高速入弯时出现甩尾现象，我们让重心大概在赛车 的中心，在过弯时，使其前后轮的侧向摩擦力大体相当，从而提高过弯性能和 稳定性。 广东工业大学关于小车转向系调整：广东工业大学关于小车转向系调整： 小车的转向是由地面的侧向力提供向心力，只有当四个车轮的轴线交于一 点O 时（图3.5）