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1、多轮转向系统转向控制模式综述吉林大学高秀华张春秋李炎亮王云超摘要：介绍了适用于多功能运动型车、卡车、多轴重型车等大型车辆的多轮转向系统的转向控制模式。重点介绍目前多轴重型车辆主要采用的液压式和电控液压式多轮转向系统，结合全路面起重机的多轮转向系统进行了实例说明，对几种转向控制模式的特点进行了总结。关键词：多轮转向；四轮转向；转向控制模式A b e l,a C t tT h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h es t e I 喇J 1 9c o n t r o lI l l o d 伪f o rm u l t i w h e e ls y s t e m
2、s0 fs p o r t su t i l i t yv e h i c l e，t r u c k，m u l t ia x l eh e a v y d u t yt r u c k se t c I td e t a i l st h el 可d 阳u】i cc o n t r o ln l o d ea n de l e c t r i c a lb y d 哪l i cc o n t r o ln l o d eu s e di nm u l t i a x l eh e a v y d u t yt m c k s，船w 棚鹊t h e i rc h a r a c t e r
3、i s t i c sw i t h 懿珊I 瑚鹤o fa c t u a l 劬剃J 1 9s y s t e mf o ra l lt e r r a i n 黜瞄咿袖：m u l t i w h e e ls t r i n s；f o u rw h e e ls t e e r i n s；s t e e l i】t l gc o n t I dm o d e多轮转向技术源于汽车的四轮转向(4 w s)。所谓四轮转向是指后轮也和前轮一样具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同相(同方向)转向，也可以与前轮逆相(反方向)转向。在汽车低速行驶时其后轮和前轮逆相转向，可以减少转弯半径，使车辆容易
4、就位，改善汽车低速时的操纵轻便性和机动性。在汽车中高速行驶时其后轮与前轮同相转向，有助于减少车辆侧滑或扭摆，对平衡车辆在超车、变道或躲避不平路面时的反应均有帮助，增强了汽车在高速行驶或在侧向风力作用下的操纵稳定性。鉴于四轮转向技术的诸多优点，近十几年来国外许多研究机构从不同的角度对四轮转向技术进行了大量研究，使这项技术日趋成熟，并发展出多于4 轮的转向技术，多轮转向技术主要适用于非紧凑型汽车，如多功能运动型车、卡车、多轴重型特种车辆等。1 多轮转向控制模式分类多轮转向系统的转向控制模式按其结构和执行机构的不同可分为机械式、液压式和电子式等。目前多轮转向装置已将机械、液压、电子、传感器及微处理器
5、控制技术紧密结合在一起，在很大程度上改善了车辆的转向特性。1 1 机械式多轮转向系统机械式四轮转向系统中连接前后桥转向装置之间的机构型式有摇臂式、凸轮式、齿轮式等。他们多为前轮转角感应型，即在前轮齿轮齿条式转向器的齿条轴上，安装了后轮转向齿轮，其角位移通过中间传动轴传给后轮转向装置。后轮具有小转角同起重运输机械2 0 0 6(6)相转向和大转角逆相转向的功能。在微小转向高速行驶时，形成了同相转向，获得了行驶稳定性，在大转角转向极低速行驶时，变成逆相转向，获得了小半径转向性能。在多轴车辆的机械式多轮转向系统中常采用转向摇臂加转向梯形机构，如图1 所示。图1 摇臂式多轮转向系统1 转向器2 转向摇
6、臂3 转向传动杆4 摇臂I5 摇臂1 I6 转向节7 车轮8 摇臂9 摇臂1 0 转向拉杆11 1 转向拉杆21 2 转向横拉杆1 3 转向拉杆31 4 转向拉杆4图1 所示多轮转向系统由摇臂机构和转向梯形机构组成，它需在各桥增设摇臂，由转向拉杆带动各转向梯形。1 2 液压式多轮转向系统随着市场竞争的日趋激烈，用户对车辆(特别是多轴车辆)转向性能的要求越来越高，尤其是工程机械，其转向性能对于整机性能起着非常重要的作用。机械、半机械转向系统已逐渐被全液压转向系统所代替，特别是随着液压技术的不断进步、转向元件的不断完善，全液压转向系统的结构和性能有了很大的改进和发展。液压转向是通过各种液压阀如流量
7、控制阀来控一5 一万方数据制普通液压缸的运动方向、速度和位置的。如图2所示。图2 液压转向示意图德国L i e b h e r r 公司的L T M l1 2 0 全路面起重机采用全液压转向系统，可实现多轮转向，形成多个计算转弯半径，适应性强，能满足不同转向工况的要求。如图3 所示，根据锁止桥的不同，L T M l l 2 0 全路面起重机能够实现几种转向模式，形成不同的转弯半径以适应不同的工作环境。在横坡上越野行驶时，可将全轮同向偏转，起重机沿新的方向直行，即蟹行转向行驶。图3L T M l l 2 0 几种典型转向模式(a)后桥转向液压缸闭锁转向(b)第4 桥闭锁转向(c)第3 桥闭锁转向
8、1 3 电控电动式多轮转向系统电控电动式多轮转向系统是指采用电子控制、电机助力的多轮转向系统，这种型式在轿车上的四轮转向系统中应用较多，采用这种系统的汽车前后轮转向系统之间没有任何机械连接及油管路连接装置，结构上相互独立。典型的电控电动式四轮转向系统主要由传感器、电控单元、步进电机、减速器和后轮转向机构等组成，见图4。电控单元采集传感器信号，根据预定的控制策略向步进电机发出控制命令，步进电机通过后轮转向机构驱动后轮转过一定的角度，同时，电控单元进行实时监控，计算目标转向角和后轮实际转向角之间的差值，实时调整后轮的转角，这样可以根据汽车的实际运动状态实现四轮转向。电控电动式四轮转向系统设有2 种
9、模式，驾驶员可以通过驾驶室内的模式开关选择2 W S(2 轮转向)或4 W S(4 轮转向)行驶状态。当在4 W S 行驶6 状态时，电控系统若出现故障，后轮会自动回到中间位置，汽车自动进入前轮转向模式，保证了汽车的安全行驶。图4 电控电动式四轮转向系统布置示意图1 前轮转角传感器2 前轮转向机构3 前轮4 转向盘5 车速传感器6 横摆角速度传感器7 电控单元8 步进电机9 减速器1 0 后轮1 1 后轮转向机构1 2 后轮转角传感器1 4 电控液压式多轮转向系统电控液压式多轮转向系统主要由传感器、电控单元、控制阀、动力液压缸等组成。典型的电控液压式4 W S 系统结构如图5 所示，在该系统中
10、，从液压泵出来的油液经分配阀流人电磁阀，电控单元采集传感器的信号，根据预定的控制策略向电磁阀发出控制命令，电磁阀控制油液流入后轮动力液压缸驱动后轮实现转向。图5 前轮转角一车速感应型电控液压式四轮转向系统1 储油罐2 液压泵3 前动力缸4 分配阀5 后动力缸6 弹簧7 控制器8 电磁阀9 切断阀1 0 车速传感器1 1 转角传感器在多轴车辆的多轮转向系统中主要采用电控液压式。下面以某四轴全地面起重机的多轮转向系统为例进行说明。该系统目标控制策略采用数字P I D 控制，是一个多级串并联复合控制系统，其电液比例控制方案如图6 所示。电液控制系统硬件框图如图7 所示。该电控系统主要包括车速传感器、
11、车轮转角传感器、电控单元(E C U)和液压执行机构等。E C U是整个系统的核心。起重运输机械2 0 0 6(6)口音乏吩：甄q 融匦万方数据(b)图6 电液比例控制方案示意图l 全轮转向模式开关卜叫全轮转向指示灯lI 第四桥转向油缸闭锁转向模式开关广E P R O M l-1 磊躐蒿窘矧I 第三桥转向油缸闭I信l驱一-1 嚣云鞣皂剿锁转向模式开关r号调叫单片机卜动l 蟹行转向模式开关卜电一叫蟹行转向指示灯J理电路I前轮转角传感器卜路叫第二桥转向油缸I车速传感器卜-t 第三桥转向油缸Il 第二桥车轮转角传感器卜叫第四轿转向油缸Il 第三桥车轮转角传感器卜电源电路卜一-4 电源1I 第四桥车轮
12、转角传感器卜E C U图7 电控液压式多轮转向电液控制系统硬件框图按照选择转向模式的不同，单片机根据输入的前轮转角和车速计算出转向桥车轮的目标转角，目标转角再与检测的车轮转角相比较，比较值作为P I D 控制的输入。该四轴起重机的几种转向模式如图8 所示。2 多轮转向控制模式性能比较机械式多轮转向系统具有较佳的耐用性和稳定性，传动效率高，受外界天气、碰撞及电磁干扰等因素的影响小，但其空间布置十分困难，控制精度难以保证。不仅给转向传动机构的设计带来了极大的困难，而且也影响到整车方案的成功。另外，转向拉杆的刚度对转向特性和操纵稳定性都有一定的影响。液压式多轮转向系统可提供较大的转向驱动力，但其运动
13、精度难以保证，为获得精确的控制，起重运输机械2 0 0 6(6)普通的液压元件已经不能满足要求。电控电动式四轮转向系统具有动态响应快、无累积误差、转向控制精度高、抗外界干扰能力强、结构紧凑、体积小、容易布置、系统调整检测方便等优点，但其产生的驱动力较小。图8 四轴起重机的几种转向模式(a)全轮转向(b)蟹行转向(c)第3 桥转向液压缸闭锁转向(d)第4 桥转向液压缸闭锁转向电控液压式多轮转向系统由于其液压动力系统在结构、系统布置、密封性、能耗、效率等方面的不足，尤其是在转向过程中存在响应滞后的缺陷使其在对转向灵敏性、准确性有较高要求的现代四轮转向汽车上的应用受到了限制，它不能满足现代汽车高速行
14、驶稳定性的要求。适用于中低速行驶的多轴重型车辆，结构简单，工作平稳可靠，可提供较大的转向驱动力。但电控液压式多轮转向系统在工作时会受到电源和电磁辐射的干扰及液压系统失效一7 一万方数据带式输送机托辊的设计浙江大学现代制造工程研究所林亚福中国人民解放军第一一七医院马炬明苏国同沈定摘要：在分析轴承、密封结构以及润滑方式对托辊性能的影响的基础上，使用逐点计算法计算最大托辊间距，综合考虑影响因素，最后确定托辊问距。并结合实例进行分析和说明。关键词：带式输送机；托辊性能；间距A h 嘣：B a s e do n 如a l y 8 i s0 ft h ee f f e c to fb e 戤i l】g，s
15、 e a ls t r u c t u r ea n dl u b r i c a t i o nO i lp e r f o r m a n c e s0 fb e l tc o n v e y o ri d l e r，t h ep a p e ru s e sp o i n tb yp o i n tc a l c 龇l l ga l g o r i t h mt ow o r ko u tt h em a x i m u md i s t a n c eb e t w e e ni d l e r sa n dd e t e r m i n ei tb a s e do nf u l
16、l yc o n s i d e r i n ga l lt h ei n n u e n t i a lf a c t o r s As p e c i f i cc o n v e y o ri sa l s og i v e nt oi l l u s t r a t eh o wt od e t e r m i n et h ed i s t a n c eb e t w e e ni d l e r s K e y w o r d s：b e l tc o n v e y o r；i d l e r；p e r f o r m a n c e；d i s t a n c e托辊是影响
17、输送机使用效果的关键部件之一，约占整机重量的3 0 4 0，占整机价格的2 5 3 0。在带式输送机中，托辊用于支承输送带和货载，并且保证输送带的垂度在设计限定的范围内。在带式输送机的设计中，托辊的选择和选用数量对于带式输送机的正常使用、稳定运行、维护费用、功率消耗、整机价格有重要影响。目前，用户在输送机托辊的设计上普遍存在2个问题：(1)当前市场上可供选择的托辊的种类繁多，性能差异很大，从寿命上看有的托辊运转几天甚至几个小时就报废，而有的可正常运转十几年，当然其价格差别也比较大，这给用户的选择带来困难；(2)如何合理布置托辊，设计恰当的托辊间距，以减少托辊的使用数量，降低整机价格，减少投资、
18、营运及维护费用，提高经济效益。本文针对这些问题结合作者最近设计的1 套系统，概略论述托辊的影响因素和选择托辊应考虑的主要问题。讨论如何合理确定托辊间距，并结合实例进行了分析。等各种问题，这些问题将导致信号混乱、程序失控、死机及转向失控等故障。因此必须采取抗干扰措施，并采用紧急回路和转向闭锁阀。参考文献1 刘彩志，陈思忠多轮转向汽车电液控制系统的研究与开发交通科技，2 0 0 2(2)：4 5 4 82 汪东明，陈南电控电动式四轮转向系统的研究与发展汽车电器，2 0 0 4(4)：8 _ 1 03 张祝新，王华工程车液压四轮转向系统的研究与实践液压与气动，2 0 0 2(4)：1 3 1 44
19、石美玉，周玉发等汽车四轮转向系统的结构与原理分析交通科技与经济，2 0 0 1(3)：3 3 3 55 张爱武，张金伟工程机械的液压转向系统分析工程机械与维修，1 9 9 9(1 2)：7 8 7 98 6 基于3 2 位P o w e r P C 5 5 5 的车用电子控制器硬件设计汽车电器，2 0 0 4(8)：4 87 司癸卯，龙水根等中置式稳定土拌和机新型全轮转向系统工程机械，2 0 0 0(3)：7 88 施云权汽车起重机关键技术的研究工程机械，1 9 9 7(6)：羽硝9E d 哪dJB e d n e r H s i e nHC h e n AS u p e r v i s o
20、r yC o n t r o lt o哪g eB r a k e sa n dF o u r-W l 雠1 一S 时S y s t e m s S A ET E C H-N I C A LP A P E RS E R I F，2 0 0 4(3)：8-1 11 0 李晓安，周振华L T M l l 2 0 全路面起重机转向系统起重运输机械，1 9 9 9(9)：2 5 2 7作者：张春秋地址：吉林大学南岭校区机械学院机设系0 3 级邮编：1 3 0(必收稿日期：2 0 0 6 0 2 1 7起重运输机械2 0 0 6(6)万方数据多轮转向系统转向控制模式综述多轮转向系统转向控制模式综述作者：高
21、秀华，张春秋，李炎亮，王云超作者单位：吉林大学刊名：起重运输机械英文刊名：HOISTING AND CONVEYING MACHINERY年，卷(期)：2006，(6)被引用次数：3次 参考文献(10条)参考文献(10条)1.刘彩志.陈思忠 多轮转向汽车电液控制系统的研究与开发期刊论文-交通科技 2002(02)2.汪东明.陈南 电控电动式四轮转向系统的研究与发展期刊论文-汽车电器 2004(04)3.张祝新.王华 工程车液压四轮转向系统的研究与实践期刊论文-液压与气动 2002(04)4.石美玉.周玉发 汽车四轮转向系统的结构与原理分析期刊论文-交通科技与经济 2001(03)5.张爱武.张
22、金伟 工程机械的液压转向系统分析 1999(12)6.基于32位PowerPC555的车用电子控制器硬件设计期刊论文-汽车电器 2004(08)7.司癸卯.龙水根 中置式稳定土拌和机新型全轮转向系统期刊论文-工程机械 2000(03)8.施云权 汽车起重机关键技术的研究 1997(06)9.Edward J Bedner.Hsien H Chen A Supervisory Control to Manage Brakes and Four-Wheel-Steer Systems2004(03)10.李晓安.周振华 LTM1120全路面起重机转向系统 1999(09)相似文献(3条)相似文献(
23、3条)1.学位论文 王巍 六轮月球漫游车运动系统动力学、控制与仿真技术 2002 该文是在国家863项目“月球表面探测机器人方案研究”的资助下,研究具有六轮结构的月球漫游车运动系统的动力学、控制与仿真问题,所提出的漫游车运动系统动力学控制方法以及对“虚拟样机”仿真技术的应用研究对今后中国月球漫游车系统的研制具有一定的参考价值.论文的主要内容如下：（1）该文深入讨论了基于虚拟现实预测仿真技术的温游车遥操作系统的解决方案,同时对漫游车的自主控制系统进行了设计,提出了基于现场总线技术的自主控制系统结构体系,从而减轻了控制系统的负荷,实现了功能的分散,提高了系统的可靠性和实时性.（2）建立了月球漫游车
24、的运动学模型,并研究了月球漫游车点到点的运动控制问题.对包括漫游车体、稳定平台（或云台）和传感器在内的位姿运动学进行了分析,给出了一种用于位姿确定的简洁方法.（3）该文提出了多轮转向系统的解决方案,推导了四轮转向以及六轮转向系统的动力学方程,并以四轮转向系统为例,深入研究了转向系统的控制问题.在对比例控制和常规前馈-反馈控制进行分析的基础上,该文提出了一种改进的前馈-反馈转向控制方案.（4）研究了月球漫游车轨迹跟踪控制问题,建立并分析了低速情况下漫游车预瞄最优曲率模型,在此模型基础上,并考虑漫游车动态响应特性的影响,将预测跟随理论与最优控制相结合,提出了用于漫游车动态校正的最优曲率控制和最优样
25、条控制,取得了较好的控制效果.（5）对基于“虚拟样机”的仿真技术进行了深入地探讨.在国内首次将基于“虚拟样机”的仿真技术应用于空间机器人的方案研究中.该文还对仿真过程中软件之间的接口技术进行了研究,并提出了一种有效的解决方案,这为今后的进一步仿真工作奠定了基础.2.期刊论文 陈思忠.孟祥.杨林.舒进.CHEN Si-zhong.MENG Xiang.YANG lin.SHU Jin 三轴汽车多轮转向技术研究-北京理工大学学报2005,25(8)研究三轴汽车的转向控制方式.通过建立三轴汽车全轮转向二自由度模型,推导三轴汽车全轮转向系统的动力学方程;运用数值仿真方法,研究三轴汽车全轮转向,前、后四
26、轮转向,前轮转向等不同转向方式下的稳态横摆角速度增益,以及相同转向方式下中轴相对于质心的纵向距离对稳态横摆角速度增益的影响.仿真结果表明,三轴汽车全轮转向是最好的选择.3.学位论文 刘彩志 四轮转向汽车后轮独立系统的研究与开发 2003 该论文通过广泛查阅国内外资料、研究四轮转向技术的发展状况和国内外研究成果的基础上,通过分析四轮转向汽车的运动学模型,提出了四轮独立转向的控制方法,通过对四轮转向系统PID控制策略与后轮独立转向的PID控制策略比较、分析独立转向控制方法及其对汽车操纵稳定性的影响,结合多轮转向课题,采用BJ130卡车,完成了4WIS汽车电液控制系统的设计.该课题研究开发了一套电控液压比例方向阀控制器,在BJ130轻型卡车的基础上进行了后桥的改造,进行转向控制液压系统的设计.引证文献(3条)引证文献(3条)1.张俊友.王树凤.李华师 基于多轴转向的三轴汽车操纵稳定性仿真分析期刊论文-拖拉机与农用运输车 2008(6)2.王树凤.张俊友.李华师.柴山 不同转向模式的多轴转向车辆性能分析期刊论文-公路交通科技 2008(12)3.张俊友.王树凤.李华师 五轴重型全轮转向汽车操纵稳定性分析期刊论文-农业机械学报 2008(9)本文链接：http:/