浅析智能模型车底盘技术

　摘要：本文针对智能车比赛用模型车底盘，从汽车理论的角度对转向轮定位参数、车辆的重心选择、侧滑等原理进行了介绍，并通过对转向轮定位参数、舵机性能以及模型车转向稳态性的测试，得出了这些调整参数之间的影响规律，可以为相关参赛队伍在算法制定、仿真参数设定以及底盘、舵机等硬件结构调整、优化等方面提供一定的参考。

　　关键词：前轮定位；舵机；转向；转弯半径

　　引言

　　本文从汽车理论的角度对转向轮定位、车辆的重心选择、侧滑等原理加以介绍，并针对比赛用模型车底盘进行了一系列测试，包括转向轮定位参数的选择、舵机性能测试以及模型车转向稳态测试，得出了这些调整参数之间的影响规律，希冀能够给相关参赛队伍在算法制定、仿真参数设定以及底盘、舵机等硬件结构调整、优化等方面提供一定的参考。

　　汽车底盘相关性能

　　转向轮定位参数

　　对于汽车而言，要保持车辆直线行驶的稳定性，使之转弯自动回正、转向轻便，必须确定车轮定位参数，包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束。

　　主销后倾角

　　主销后倾角在车轮偏转后形成一回正力矩，阻碍车轮偏转。主销后倾角越大，车速愈高，车轮偏转后自动回正力越强，但回正力矩过大，将会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振，并使转向沉重。通常后倾角为1°～3°。

　　主销内倾角

　　在汽车前后方向上，主销向内倾斜一个角度，主销轴线与垂线间的夹角称为主销内倾角。当汽车转向轮在外力作用下发生偏转时，由于主销内倾，则车轮连同整个汽车的前部将被抬起一定高度，在外力消失后，车轮就会在重力作用下力图恢复到原来的中间位置。通常主销内倾角不大于8°。

　　前轮外倾角

　　在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外倾斜一个角度，称为前轮外倾角。前轮外倾角一方面可以使车轮接近垂直路面滚动而滑动减小转向阻力，使汽车转向轻便；另一方面减少了轴承及其锁紧螺母的载荷，增加了使用寿命，提高了安全性。一般前轮外倾角为1°左右，但对于有高速、急转向要求的车辆，前轮外倾角可减小甚至为负值。

　　前轮前束

　　俯视车轮，汽车的两个前轮的旋转平面并不完全平行，而是稍微带一些角度，这种现象称为前轮前束。车轮前束的作用是减轻或消除因前轮外倾角所造成的不良后果，二者相互协调，保证前轮在汽车行驶中滚动而无滑动。前轮前束一般为0～12mm。而现代汽车的前轮外倾角出现减小甚至为负值的趋势，前轮前束也应相应减小甚至也为负值。

　　重心位置对汽车性能的影响

　　汽车重心的位置通常用重心距前轴中心线的水平距离和重心距水平路面的高度来表示。可通过实验法、估算法测出重心位置。

　　对动力性能的影响

　　汽车正常行驶必须满足驱动－附着条件：

　　即汽车的驱动力必须大于等于坡度阻力、滚动阻力、空气阻力之和而等于汽车驱动轮的附着力。附着力与路面附着系数和驱动轴的轴荷有关，而驱动轴的轴荷取决于重心的水平位置，故重心位置必须保证驱动轮能够提供足够的附着力。仅从此方面考虑，重心越靠近驱动轴越好。

　　对制动性能的影响

　　汽车制动性要求制动减速度大、制动距离短，有良好的制动方向稳定性，即不易发生前轮丧失转向、后轮侧滑和跑偏现象。制动方向的稳定性与前后轮的抱死次序有关，而抱死次序则与重心位置有关，若重心位置保证汽车的同步附着系数（β为前制动力占整车制动器制动力比例，b为重心到后轴水平距离）等于汽车常用路面附着系数，那制动稳定性即较好；若重心前移，b增大，易发生后轴侧滑，对高速汽车危险性大；若重心后移，b减小，前轮易丧失转向能力。