一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法制造技术

本发明专利技术提供的大型三轴半挂车全轮转向解析算法，即：对于给定行驶道路条件，描绘出各轴线平面投影分布图，该车牵引车、半挂车均为三轴式，计算分析时按照牵引车两根驱动轴处的几何中心简化为一根轴；根据阿克曼定理可知，简化后的驱动轴牵引车作延长线经过转向中心点O，在不考虑车轮侧偏角的前提下，各车轮中心处作垂线也都经过转向中心点O；以此建立转向时几何关系图，得出半挂车全轮转向时各车轮转角θ1、θ2、γ1～γ6、折角β、半挂车轴距La、半挂车轮距B、牵引销至半挂车后轴距离L、道路宽度变化R之间的关系式，并以此描绘出相应的变化曲线图，得到上述参数及对应能实现的行驶道路条件，从而有效提高大型半挂车的操控性，减少车辆行驶中轮胎的磨损。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车辆全轮转向控制领域，具体是一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法。
技术介绍
随着世界经济的不断蓬勃发展，大吨位重型汽车不断出现。为了满足交通法规的要求重型车辆多采用多轴技术。由于重型车辆质量大、惯性距大、质心高、轴数多，故其行驶性能受到多方面限制。由于转向性能直接影响整车的机动性、灵活性和行驶稳定性，因此对大型车辆的转向系统提出了更高的要求。如果半挂车能实现全轮转向，则可明显有效地降低轮胎磨损，同时也能减小最小转弯半径和通道宽度，大大提高列车通过性、机动性及半挂车的可靠性和维修性。大型半挂车采用全轮转向，其原理就是各轮必须绕着同一个转向中心转动；使各转向轮在转向过程中沿半径不同的圆心轨迹滚动，也就是说，各轴上的轮胎转向角度不同，才能保证在转向过程中轮胎只做纯滚动运动。避免轮胎与地面之间发生滑动摩擦。显然这是一种理想的转向状态，在车辆的所有转向轮的轴线都相交于一点就能实现。众所周知，多轴车辆转向时，各转向轴车轮转角有一定的关系，在刚性车架的多轴车辆中，根据汽车转向的阿克曼原理，得出多轴转向时前后轮之间的转角关系，建立各轮转角与轴距、轮距等相关整车参数的关系式，以此进行参数优化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法，利用本算法可在各种整车参数下保证大型半挂车在转向中，各车轮能在限定的道路上行驶且道路扫过宽度也控制在要求范围内。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的大型三轴半挂车全轮转向解析算法，该车牵引车、半挂车均为三轴式，其特征在于描绘出各轴线平面投影分布图，且由于牵引车后两驱动轴无转向功能因此计算分析时按照牵引车两根驱动轴处的几何中心简化为一根轴；将给定行驶道路条件作为解析式约束条件并在此基础上结合其它数学关系式、相关理论公式衍生出一系列附加关系式，为后续分析提供更多支撑材料。本专利技术提供的大型三轴半挂车全轮转向解析算法，包括以下步骤：步骤一、对于该大型三轴半挂车全轮转向车辆，构建各轴线水平面投影布置图；简化后全车共有5条轴线，其中三条主要的记为AB、EF、GH轴线，半挂车轴线中点连线记为X轴；牵引车通过牵引销与半挂车相连的铰接点记为C点；设：牵引车轮距即牵引车转向轮轴线AB至驱动轮轴线简化后的距离为3975mm，牵引销C至简化后牵引车驱动轴距离为45mm；半挂车箱体宽度为3950mm，后悬为3770mm，半挂车轴距为La设定为1300mm，牵引销至半挂车后桥距离记为L初步给定为20000mm，牵引车转向轴内外车轮转角记为θ1、θ2，半挂车前轴内外车轮转角记为γ1、γ2，半挂车中间轴内外车轮转角记为γ3、γ4，半挂车后轴内外车轮转角记为γ5、γ6，折角记为β，半挂车轮距记为道路宽度记为R，车辆扫过路面宽度记为W；步骤二、由阿克曼定理，定义中间参数，得出其计算公式：牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离也即最大转弯半径为：式中：表示牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，θ2表示牵引车转向轴外车轮转角；半挂车最外端点I至转向中心O的距离也即车辆扫过最大路面半径为：式中：表示半挂车最外端点I至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ6表示半挂车后轴外轮转角；半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离也即车辆扫过最小路面半径为：式中：表示半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角；半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离为：式中：表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ1半挂车前轴内轮转角；半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离为：式中：表示半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ6表示半挂车后轴外轮转角；牵引销C至转向中心O的距离为：式中：表示牵引销C至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角；根据设定行驶路面条件有如下关系式：式中：表示牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离，表示半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，R表示道路宽度，表示半挂车最外端点I至转向中心O的距离，表示半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离，W表示车辆扫过路面宽度；牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离为：式中：表示牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离，表示半挂车轮距，La表示半挂车轴距；由以上关系式结合三角函数关系式可得出如下关系式：式中：∠OFC表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心连线OF和转向中心O与牵引销C连线OC间的夹角，表示牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，表示牵引销C至转向中心O的距离，∠OFG表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心F连线OF和半挂车前轴内轮中心F与半挂车后轴内轮中心G连线FG间的夹角，表示半挂车轮距，L表示牵引销至半挂车后桥距离，La表示半挂车轴距；半挂车后轴内转向轮中心G至转向中心O的距离为：式中：表示半挂车后轴内转向轮中心G至转向中心O的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，La表示半挂车轴距，∠OFG表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心F连线OF和半挂车前轴内轮中心F与半挂车后轴内轮中心G连线FG间的夹角；由以上关系式结合三角函数关系式可得出如下关系式：式中：∠OGF表示转向中心O与半挂车后轴内轮中心G连线OG和半挂车后轴内轮中心G与半挂车前轴内轮中心F连线GF间的夹角，表示半挂车后轴内转向轮中心G至转向中心O的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，∠OFG表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心F连线OF和半挂车前轴内轮中心F与半挂车后轴内轮中心G连线FG间的夹角，表示半挂车后轴内转向轮中心G至转向中心O的距离，∠OCF表示转向中心O与牵引销C连线OC和牵引销C与半挂车前轴内轮中心F与连线CF间的夹角，表示牵引销C至转向中心O的距离；半挂车前轴内转向轮中心E至转向中心O的距离为：式中：表示半挂车前轴内转向轮中心E至转向中心O的距离，表示牵引销C至转向中心O的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，∠OCF表示转向中心O与牵引销C连线OC和牵引销C与半挂车前轴内轮中心F与连线CF间的夹角，表示半挂车轮距，L表示牵引销至半挂车后桥距离，La表示半挂车轴距；由以上关系式结合三角函数关系式可得出如下关系式：式中：∠OEF表示转向中心O与半挂车前轴外轮中心E连线OE和半挂车前轴轴线EF间的夹角，表示半挂车前轴内转向轮中心E至转向中心O的距离，表示半挂车轮距，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离；由以上推导可求出半挂车各转向轮转角：半挂车各内车轮转角：γ5＝90°-∠OGF式中：γ1表示半挂车前轴内轮转角，∠OFC表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心连线OF和转向中心O与牵引销C连线OC间的夹角，表示半挂车轮距，L表示牵引销至半挂车后桥距离，La表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法，该车牵引车、半挂车均为三轴式，其特征在于描绘出各轴线平面投影分布图，且由于牵引车后两驱动轴无转向功能因此计算分析时按照牵引车两根驱动轴处的几何中心简化为一根轴；将给定行驶道路条件作为解析式约束条件并在此基础上结合其它数学关系式、相关理论公式衍生出一系列附加关系式，为后续分析提供更多支撑材料。

【技术特征摘要】
1.一种大型三轴半挂车全轮转向解析算法，该车牵引车、半挂车均为三轴式，其特征在于描绘出各轴线平面投影分布图，且由于牵引车后两驱动轴无转向功能因此计算分析时按照牵引车两根驱动轴处的几何中心简化为一根轴；将给定行驶道路条件作为解析式约束条件并在此基础上结合其它数学关系式、相关理论公式衍生出一系列附加关系式，为后续分析提供更多支撑材料。2.根据权利要求1所述的大型三轴半挂车全轮转向解析算法，其特征在于该算法包括以下步骤：步骤一、对于该大型三轴半挂车全轮转向车辆，构建各轴线水平面投影布置图；简化后全车共有5条轴线，其中三条主要的记为AB、EF、GH轴线，半挂车轴线中点连线记为X轴；牵引车通过牵引销与半挂车相连的铰接点记为C点；设：牵引车轮距即牵引车转向轮轴线AB至驱动轮轴线简化后的距离为3975mm，牵引销C至简化后牵引车驱动轴距离为45mm；半挂车箱体宽度为3950mm，后悬为3770mm，半挂车轴距为La设定为1300mm，牵引销至半挂车后桥距离记为L初步给定为20000mm，牵引车转向轴内外车轮转角记为θ1、θ2，半挂车前轴内外车轮转角记为γ1、γ2，半挂车中间轴内外车轮转角记为γ3、γ4，半挂车后轴内外车轮转角记为γ5、γ6，折角记为β，半挂车轮距记为道路宽度记为R，车辆扫过路面宽度记为W；步骤二、由阿克曼定理，定义中间参数，得出其计算公式：牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离也即最大转弯半径为：OA‾=((3975*cotθ1+2040))2+39752=(3975*cotθ1+2040)/cosθ2,]]>式中：表示牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，θ2表示牵引车转向轴外车轮转角；半挂车最外端点I至转向中心O的距离也即车辆扫过最大路面半径为：OI‾=((3975*cotθ1+1020-45tanβ)*cosβ+1975)2+[((3975*cotθ1+1020-45tanβ)*cosβ+EF‾/2)tanγ6+3770]2,]]>式中：表示半挂车最外端点I至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ6表示半挂车后轴外轮转角；半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离也即车辆扫过最小路面半径为：OD‾=(3975*cotθ1+1020-45tanβ)*cosβ-1975,]]>式中：表示半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角；半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离为：OF‾=((3975*cotθ1+1020-45tanβ)*cosβ-EF‾/2)/cosγ1,]]>式中：表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ1半挂车前轴内轮转角；半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离为：OH‾=((3975*cotθ1+1020-45tanβ)*cosβ+EF‾/2)/cosγ6,]]>式中：表示半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角，β表示牵引车与半挂车之间折角，表示半挂车轮距，γ6表示半挂车后轴外轮转角；牵引销C至转向中心O的距离为：OC‾=((3975*cotθ1+1020))2+452,]]>式中：表示牵引销C至转向中心O的距离，θ1表示牵引车转向轴内车轮转角；根据设定行驶路面条件有如下关系式：OA‾=OH‾]]>OH‾-OF‾=R]]>OI‾-OD‾=W]]>式中：表示牵引车转向轴外轮中心A至转向中心O的距离，表示半挂车后轴外转向轮中心H至转向中心O的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，R表示道路宽度，表示半挂车最外端点I至转向中心O的距离，表示半挂车最内边缘处D至转向中心O的距离，W表示车辆扫过路面宽度；牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离为：CF‾=(EF‾/2)2+(L-2La)2]]>式中：表示牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离，表示半挂车轮距，La表示半挂车轴距；由以上关系式结合三角函数关系式可得出如下关系式：∠OFC=cos-1[(CF‾2+OF‾2-OC‾2)/2CF‾·OF‾],]]>式中：∠OFC表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心连线OF和转向中心O与牵引销C连线OC间的夹角，表示牵引销C至半挂车前轴内转向轮中心F的距离，表示半挂车前轴内转向轮中心F至转向中心O的距离，表示牵引销C至转向中心O的距离，∠OFG表示转向中心O与半挂车前轴内轮中心F连线OF和半挂车前轴内轮中心F与半挂车后轴内轮中心G连线FG间的夹角，表示半挂车轮距，L表示牵引销至半挂车后桥距离，La表示半挂车轴距；半挂车后轴内转向轮中心G至转向中心O的距离为：OG‾=OF‾2+La2-2OF‾·La·cos∠OFG]]>式中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓亚东，舒绍文，李嘉成，苏楚奇，汪怡平，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42