淺析智能模型車底盤技術

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

　　關鍵詞：前輪定位；舵機；轉向；轉彎半徑

　　引言

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

　　汽車底盤相關性能

　　轉向輪定位參數

　　對于汽車而言，要保持車輛直線行駛的穩定性，使之轉彎自動回正、轉向輕便，必須確定車輪定位參數，包括主銷后傾、主銷內傾、前輪外傾和前輪前束。

　　主銷后傾角

　　主銷后傾角在車輪偏轉后形成一回正力矩，阻礙車輪偏轉。主銷后傾角越大，車速愈高，車輪偏轉后自動回正力越強，但回正力矩過大，將會引起前輪回正過猛，加速前輪擺振，并使轉向沉重。通常后傾角為1°～3°。

　　主銷內傾角

　　在汽車前后方向上，主銷向內傾斜一個角度，主銷軸線與垂線間的夾角稱為主銷內傾角。當汽車轉向輪在外力作用下發生偏轉時，由于主銷內傾，則車輪連同整個汽車的前部將被抬起一定高度，在外力消失后，車輪就會在重力作用下力圖恢復到原來的中間位置。通常主銷內傾角不大于8°。

　　前輪外傾角

　　在汽車的橫向平面內，前輪中心平面向外傾斜一個角度，稱為前輪外傾角。前輪外傾角一方面可以使車輪接近垂直路面滾動而滑動減小轉向阻力，使汽車轉向輕便；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、急轉向要求的車輛，前輪外傾角可減小甚至為負值。

　　前輪前束

　　俯視車輪，汽車的兩個前輪的旋轉平面并不完全平行，而是稍微帶一些角度，這種現象稱為前輪前束。車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，二者相互協調，保證前輪在汽車行駛中滾動而無滑動。前輪前束一般為0～12mm。而現代汽車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。

　　重心位置對汽車性能的影響

　　汽車重心的位置通常用重心距前軸中心線的水平距離和重心距水平路面的高度來表示。可通過實驗法、估算法測出重心位置。

　　對動力性能的影響

　　汽車正常行駛必須滿足驅動－附著條件：

　　即汽車的驅動力必須大于等于坡度阻力、滾動阻力、空氣阻力之和而等于汽車驅動輪的附著力。附著力與路面附著系數和驅動軸的軸荷有關，而驅動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輪能夠提供足夠的附著力。僅從此方面考慮，重心越靠近驅動軸越好。

　　對制動性能的影響

　　汽車制動性要求制動減速度大、制動距離短，有良好的制動方向穩定性，即不易發生前輪喪失轉向、后輪側滑和跑偏現象。制動方向的穩定性與前后輪的抱死次序有關，而抱死次序則與重心位置有關，若重心位置保證汽車的同步附著系數（β為前制動力占整車制動器制動力比例，b為重心到后軸水平距離）等于汽車常用路面附著系數，那制動穩定性即較好；若重心前移，b增大，易發生后軸側滑，對高速汽車危險性大；若重心后移，b減小，前輪易喪失轉向能力。