一种FSAE赛车四轮转向系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及转向系统领域，具体公开了一种FSAE赛车四轮转向系统。本发明专利技术实施例公开的FSAE赛车四轮转向系统，包括：前轮机械子系统采用齿轮齿条转向器；后轮电控转向子系统采用双电机转向；进行主动后轮转向各车轮转角控制；按照前后轮比例控制或前后轮比例控制+横摆角速度反馈控制进行控制策略设置。只需对后轮进行改装，节约成本，便于改装，且控制策略设置结合实际工况及实车数据，能够更加匹配FSAE赛车，使用蜗杆齿条传动机构，将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，使得控制更加灵敏，有利于提高赛车的操纵稳定性，能够改善汽车对转向盘输入的动态响应特性，明显改善车辆高速行驶的稳定性，提高车辆高速行驶的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种FSAE赛车四轮转向系统


[0001]本专利技术属于转向系统领域，尤其涉及一种FSAE赛车四轮转向系统。

技术介绍

[0002]转向系统的设计一直是基于轮胎侧偏特性的前轮转向，四轮转向系统在低速的情况下减小转弯半径、提高赛车的灵活性；在高速工况下提升车辆稳定性、提高侧向极限。
[0003]现有的四轮转向机构在结构上基本可分为机械式、液压式和电控式三种，具体的：1、机械式四轮转向机构结构复杂，传动机构较多，可靠性难以保证，不适合应用于FSAE赛车；2、液压式四轮转向机构结构较为简单，可靠性强，但需要发动机带动液压泵，对FSAE赛车动力性影响不可忽视；3、电控式四轮转向机构前后轮转向器均为电动助力，两转向器之间无任何机械连接装置及液压管道等部件，直接对前后轮的转向进行控制，具有前后轮转向角关系控制精确、控制自由度高、机构简单等优点，而单纯的电控式四轮转向机构，也不适用于FSAE赛车。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种FSAE赛车四轮转向系统，旨在解决
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0006]一种FSAE赛车四轮转向系统，所述系统由前轮机械子系统和后轮电控转向子系统组成，其中：
[0007]前轮机械子系统采用齿轮齿条转向器；
[0008]后轮电控转向子系统采用双电机转向；
[0009]所述系统中，按照四轮转向汽车前后轴的内外轮转角理论关系，进行主动后轮转向各车轮转角控制；
[0010]所述系统中，构建四轮转向车辆的二自由度模型，按照前后轮比例控制或前后轮比例控制+横摆角速度反馈控制进行控制策略设置。
[0011]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述齿轮齿条转向器通过两个固定在车架上，转向轴支架固定在前环及一个横梁上；所述双电机转向中，将推杆电机通过接头与耳件固定在转向横拉杆内外点。
[0012]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述内外轮转角理论关系的公式为：
[0013][0014][0015]其中，θ1、θ2、θ3和θ4分别为前轴外轮、前轴内轮、后轴外轮和后轴内轮的转角，L为
轴距，B为两转向主销之间中心线与地面交点距离。
[0016]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述四轮转向车辆的二自由度模型的运动微分方程为：
[0017][0018]其中，a为质心至前轴距离，b为质心至后轴距离，δ1为前轮转角，δ2为后轮转角，ω
r
为横摆角速度，β为质心侧偏角，m为整车质量，I
z
为绕Z轴转动惯量，k1为前轮侧偏刚度，k2为后轮侧偏刚度，u为车速。
[0019]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述前后轮比例控制的控制策略设置为：
[0020]设置δ2＝kδ1，汽车进入稳态后ω
r
为定值，因此
[0021]根据所述四轮转向车辆的二自由度模型的运动微分方程，当β＝0时，k满足：
[0022][0023]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述前后轮比例控制+横摆角速度反馈控制的控制策略设置为：
[0024]构造汽车的理想横摆角速度；
[0025]计算所述理想横摆角速度与实际横摆角速度之间的横摆角速度偏差；
[0026]根据反馈控制，计算后轮转角与前轮转角关系。
[0027]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述理想横摆角速度的公式为：
[0028][0029]其中，ω
r*
为理想横摆角速度，为理想车辆模型前轮转角，τ
r
为惯性系统的时间常数。
[0030]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述横摆角速度偏差的计算公式为：
[0031][0032]其中，e(t)为横摆角速度偏差，ω
r
为实际横摆角速度。
[0033]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述后轮转角与前轮转角关系的计算公式为：
[0034][0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术将将传统机械式前轮转向系统与后轮电控式转向系统相结合，只需对后轮进行改装，节约成本，便于改装；
[0037]2、本专利技术控制策略设置结合实际工况及实车数据，能够更加匹配FSAE赛车；
[0038]3、本专利技术使用蜗杆齿条传动机构，将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，驱动后轮进行转向，使控制更加灵敏；
[0039]4、本专利技术有利于提高赛车的操纵稳定性，能够改善汽车对转向盘输入的动态响应特性，在一定程度上改善了横摆角速度和侧向加速度的瞬态响应性能指标，明显改善车辆高速行驶的稳定性，在高速行驶中转向时，四轮转向系统通过后轮与前轮的同相转向，能有效降低/消除车辆侧滑事故的发生几率，明显改善车辆高速行驶的稳定性及安全性。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。
[0041]图1示出了本专利技术实施例提供的内外轮转角理论关系的示意图。
[0042]图2示出了本专利技术实施例提供的前后轮比例控制的模型示意图。
[0043]图3示出了本专利技术实施例提供的前后轮比例控制+横摆角速度反馈控制的模型示意图。
[0044]图4示出了本专利技术实施例提供的角阶跃输入下横摆角速度对比的示意图。
[0045]图5示出了本专利技术实施例提供的角阶跃输入下侧向加速度对比的示意图。
[0046]图6示出了本专利技术实施例提供的角阶跃输入下质心侧偏角对比的示意图。
[0047]图7示出了本专利技术实施例提供的角阶跃输入下行驶轨迹对比的示意图。
[0048]图8示出了本专利技术实施例提供的低速转向行驶轨迹对比的示意图。
[0049]图9示出了本专利技术实施例提供的低速转向横摆角速度对比的示意图。
[0050]图10示出了本专利技术实施例提供的双移线工况横摆角速度对比图的示意图。
[0051]图11示出了本专利技术实施例提供的双移线工况侧向加速度对比图的示意图。
[0052]图12示出了本专利技术实施例提供的双移线工况质心侧偏角对比图的示意图。
具体实施方式
[0053]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0054]可以理解的是，现有的四轮转向机构在结构上基本可分为机械式、液压式和电控式三种，具体的：1、机械式四轮转向机构结构复杂，传动机构较多，可靠性难以保证，不适合应用于FSAE赛车；2、液压式四轮转向机构结构较为简单，可靠性强，但需要发动机带动液压泵，对FSAE赛车动力性影响不可忽视；3、电控式四轮转向机构前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FSAE赛车四轮转向系统，其特征在于，所述系统由前轮机械子系统和后轮电控转向子系统组成，其中：前轮机械子系统采用齿轮齿条转向器；后轮电控转向子系统采用双电机转向；所述系统中，按照四轮转向汽车前后轴的内外轮转角理论关系，进行主动后轮转向各车轮转角控制；所述系统中，构建四轮转向车辆的二自由度模型，按照前后轮比例控制或前后轮比例控制+横摆角速度反馈控制进行控制策略设置。2.根据权利要求1所述的FSAE赛车四轮转向系统，其特征在于，所述齿轮齿条转向器通过两个固定在车架上，转向轴支架固定在前环及一个横梁上；所述双电机转向中，将推杆电机通过接头与耳件固定在转向横拉杆内外点。3.根据权利要求1所述的FSAE赛车四轮转向系统，其特征在于，所述内外轮转角理论关系的公式为：系的公式为：其中，θ1、θ2、θ3和θ4分别为前轴外轮、前轴内轮、后轴外轮和后轴内轮的转角，L为轴距，B为两转向主销之间中心线与地面交点距离。4.根据权利要求1所述的FSAE赛车四轮转向系统，其特征在于，所述四轮转向车辆的二自由度模型的运动微分方程为：其中，a为质心至前轴距离，b为质心至后轴距离，δ1为前轮转角，δ2为后轮转角，ω
r
为横摆角速度，β为质心侧偏角，m为整车质量，I
z

【专利技术属性】
技术研发人员：钱百川，帅子轩，刘亦林，王达，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：