机械5

摘要 大学生方程式汽车大赛（Formula SAE）由各国的汽车工程师协会(Society of Automotive E
ngi
neers)举办。随着比赛的发展，一系列先进的技术和工艺被开发并应用。与传统的两轮转向赛车相比，四轮转向赛车在低速时转向半径更小，具有更好的灵活性；在高速时回避障碍物的操纵稳定性响应更好，具有更好的安全性，能够提高赛车的操纵性。 本设计结合规则要求对赛车转向系统进行了总布置。根据前后轮转角大小差异，对前后转向器进行选型，前轮选择齿轮齿条式转向器，后轮选择摇块式转向器，并对所选转向器进行设计、校核、三维建模及装配。根据所选转向器形式，匹配了相应的转向梯形。以阿克曼转角关系为期望函数，对前后转向梯形进行建模并利用非线性函数进行优化。以零化侧偏角为控制目标，利用比例控制方法确定前后转角关系，对不同车速下四轮转向赛车和仅前轮转向赛车的角阶跃响应情况进行对比仿真研究。 设计、优化及仿真结果表明，本四轮转向系统达到预期目标，对四轮转向赛车设计具有实际指导意义。 关键词：大学生方程式（FSAE）；四轮转向；转向梯形；比例控制；角阶跃响应 目录 1绪论1 1.1课题背景及意义1 1.2四轮转向国内外研究现状1 1.3比赛规则对转向设计的限制2 1.4本文主要研究内容2 2总体布置方案4 2.1整车基本参数4 2.2转向器选型4 2.2.1前轮转向器选型4 2.2.2后轮转向实现方式及转向器选型5 2.2.3后轮转向电机选型及主要参数5 2.3转向梯形的布置6 2.3.1前轮转向梯形布置6 2.3.2后轮转向梯形布置6 3转向器设计8 3.1前轮转向器设计8 3.1.1前轮最大转向角度8 3.1.2前轮转向器角传动比10 3.1.3前轮转向器载荷10 3.1.4转向齿轮设计与校核11 3.1.5转向齿条的设计14 3.2后轮转向器设计15 3.2.1后轮转向器角转动比15 3.2.2后轮转向器载荷15 4转向梯形优化17 4.1前轮转向梯形优化17 4.1.1前轮阿克曼转向几何关系17 4.1.2前轮转角关系函数18 4.1.3优化目标函数19 4.1.4设定约束条件19 4.1.5前轮内外侧车轮转向角误差分析20 4.2后轮转向梯形优化22 4.2.1后轮阿克曼转向几何关系22 4.2.2后轮转角关系函数23 4.2.3后轮内外侧车轮转向角误差分析24 5四轮转向控制策略26 5.1四轮转向的控制方式26 5.2后轮转角计算分析26 5.2.1前后轮转向比计算26 5.2.2角阶跃输入响应分析29 6总结与展望33 6.1总结33 6.2不足与展望33 参考文献34 附录A 36 附录B 37