基本信息
- 項目名稱：
- 重型車輛六連桿多級耦合全輪轉向系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是對多軸重型車輛轉向控制領域一種全新的探索，應用Watt-II型六連桿多級耦合機構組成多軸轉向系統(tǒng)，使重型車輛在滿足阿克曼轉向原理情況下實現(xiàn)全輪同時轉向，增強了多軸重型車輛的機動性、小場地轉向靈活性與操作穩(wěn)定性。并將多級六連桿全輪轉向系統(tǒng)與全輪驅(qū)動、獨立懸掛技術良好結合，實現(xiàn)了多軸車輛集全輪驅(qū)動、全輪轉向、獨立避震于一身的發(fā)展趨勢。
- 詳細介紹：
- 本作品是對多軸重型車輛轉向控制領域一種全新的探索，應用Watt-II型六連桿多級耦合機構組成全輪轉向系統(tǒng)，使重型車輛在滿足阿克曼轉向原理情況下實現(xiàn)多軸同時轉向，增強重型車輛的機動性，小場地轉向靈活性與操作穩(wěn)定性。 結合重型車輛實際底盤結構確定Watt-II型六連桿轉向機構在重型車輛轉向系統(tǒng)中的應用。通過理論計算與三維建模得出六連桿機構尺寸。并利用臺架實驗和虛擬樣機進行數(shù)據(jù)驗證與尺寸優(yōu)化。整車結構設計是樣車制作的重點與關鍵步驟，在設計中，考慮到六連桿機構及傳動系統(tǒng)對樣車的特殊要求，自行設計、制作了與之匹配的獨立懸掛機構、摩擦式差速器用于車輪大角度轉向并驅(qū)動的空間差動式輪邊傳動機構。通過自主加工、裝配和調(diào)試，成功完成單驅(qū)多軸轉向樣車以及全驅(qū)全輪轉向樣車各一輛。通過兩輛樣車的阿克曼原理轉向試驗、越障試驗、載重試驗以及轉向靈活性試驗，充分體現(xiàn)了六連桿轉向系統(tǒng)的突出優(yōu)勢，驗證了其應用于重型多軸車輛上的可行性，也證明了本作品設計制作的正確性。 鑒于車輛轉向靈活性和穩(wěn)定性的優(yōu)點，該種多軸轉向系統(tǒng)可廣泛應用于軍用大型物資、武器裝備的快速轉運，碼頭、大型倉庫等小場地環(huán)境下物資的靈活轉運。因此，本作品對于研發(fā)多軸重型車輛新型轉向控制技術具有深遠意義，特別是對其國產(chǎn)化自主設計、生產(chǎn)將起到促進作用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的和基本思路：目前國內(nèi)對重型車輛全輪轉向技術的研究基本上停留在理論分析、仿真研究階段，通過本作品可以驗證理論設計的正確性，為進一步的深入研究提供指導。首先采用優(yōu)化設計方法完成轉向系統(tǒng)尺寸設計，參照現(xiàn)有車輛底盤結構進行全輪轉向車輛底盤設計，通過虛擬設計篩選并確定可行方案，最終進行樣車制作和調(diào)試、試驗。 創(chuàng)新點: 1．采用Watt-II型六連桿多級耦合機構實現(xiàn)全輪同時轉向，相比于傳統(tǒng)梯形轉向機構，有效縮小了整車的轉彎半徑，提高了車輛在轉彎時的穩(wěn)定性。對于多軸重型車輛轉向方面是一個質(zhì)的飛躍，它大大的增加了車輛的靈活性。 2. 自行研制應用于車輛大角度轉向的空間差動式輪邊傳動機構。 3. 自主研制摩擦式差速器，在樣車上進行了應用，滿足使用要求。 4.采用獨立懸掛避震系統(tǒng)，使得車輛在行駛中更加穩(wěn)定，增強了車輛對各種路面的適應性。 5. 自主設計、加工整車模型，并通過實驗驗證Watt-II型六連桿多級耦合機構在實際工作過程中的可行性，為理論的推導做出實驗上的驗證。 技術關鍵包括:多輪轉向機構尺寸設計及安裝結構設計、多輪轉向車輛底盤結構設計，實物模型的轉向控制系統(tǒng)設計,全驅(qū)全轉車輛底盤結構設計及控制方式設計。 主要的技術指標包括：等比例縮小樣車靈活轉向、樣車多模式轉向、樣車在轉向過程中滿足阿克曼轉向幾何學原理；樣車實現(xiàn)全輪轉向、全輪驅(qū)動、獨立避震性能。
科學性、先進性
- 由于重型車輛質(zhì)量大、慣性矩大、質(zhì)心高，軸數(shù)多，故其行駛性受到多方限制。全輪轉向和多軸動態(tài)轉向技術在提高重型車輛高速操縱穩(wěn)定性和低速機動靈活性具有顯著的功效。但多軸轉向技術在國內(nèi)外都屬于前沿科技,國外的一些大型的載重車輛廠如利勃海爾（LIEBHERR）對技術的保密十分重視。同時重型車輛多軸轉向技術多與軍工有關，國外對我國重型車輛多軸轉向技術處于封鎖狀態(tài)，因此可見的系統(tǒng)性的研究報道很少，本作品有可能解除這一封鎖。 隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，轉向機構的結構形式也不在單一?，F(xiàn)在已有的結構有很多種，其中常見的有以下三種：轉向梯形機構、Watt-II型六連桿轉向機構、FEMM轉向機構。其中轉向梯形機構出現(xiàn)得較早，而且技術也比較成熟。另外兩種結構實際應用還不是很成熟，但是他們的轉向性能更好。在多軸轉向機構中，串聯(lián)Watt-II型六連桿機構又稱為中心臂轉向機構，具有對稱性、工作可靠性和制造成本低等優(yōu)點。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年12月，在校第十九屆大學生課外學術科技作品競賽中，獲“特等獎”。 2011年6月，在第八屆西安高新”挑戰(zhàn)杯“陜西省大學生課外學術科技作品競賽中，獲“特等獎”。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 有償技術轉讓
作品可展示的形式
- 樣品 圖片 錄像 現(xiàn)場演示 圖紙
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明及技術特點優(yōu)勢：采用優(yōu)化設計方法完成轉向系統(tǒng)尺寸設計，參照現(xiàn)有車輛底盤結構進行多輪轉向車輛底盤設計，通過虛擬設計篩選并確定可行方案，最終進行樣車制作和調(diào)試。首先制作等比例縮小的多輪重載車輛物理樣機，進行試驗分析研究；然后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)提出轉向控制策略；進行等比例縮小實物模型的轉向系統(tǒng)的結構設計以及轉向控制系統(tǒng)設計從而完成作品，作品通過控制系統(tǒng)的控制能夠?qū)崿F(xiàn)等比例縮小樣車的靈活轉向、樣車多模式轉向、樣車在轉向過程中滿足阿克曼轉向幾何學原理。 適用范圍及推廣前景：作品設計的多軸重型車輛轉向控制系統(tǒng)可為重型車輛現(xiàn)有轉向系統(tǒng)設計進行改進提供設計指導和參考依據(jù)，可應用于軍用多輪重載車輛以及多軸重型車輛的轉向控制系統(tǒng)設計，同時還可為多軸掛車的轉向控制系統(tǒng)設計提供設計指導和參考依據(jù)。作品具有良好的使用范圍和推廣前景，多軸轉向技術的研究與推廣可以增加我國重型車輛在國內(nèi)與國際市場的市場競爭力，同時帶來可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)高校研究機構對于多軸轉向系統(tǒng)的設計分析方法主要可以分為兩大類，其一：利用優(yōu)化設計，目標函數(shù)取為實際轉向機構特性和阿克曼理論特性的差值最小，設計整個轉向系統(tǒng)的結構尺寸；在上述設計過程中，選取的轉向機構可分為兩大類，即：轉向梯形機構和Watt-II型六連桿轉向機構；縱向耦合機構采用連桿機構綜合完成各個轉向軸之間的組合；部分研究中還考慮到應該使優(yōu)化的結果在比較頻繁使用的轉角范圍內(nèi)的偏差盡可能的小，而那些不經(jīng)常使用的角度范圍內(nèi)可以適當?shù)胤艑捯?，因此引入加權函?shù)。其二：建立重型車輛多軸轉向的二自由度模型或更為復雜的模型和運動微分方程，以研究分析各種控制方法為手段來提高重型車輛的操作穩(wěn)定性；由于整個多軸轉向系統(tǒng)的復雜性，影響因素多，在分析過程中車輛的運動學模型一般都采用二自由度模型。在研究過程中采用的控制策略有：“比例前饋”、“比例前饋+橫擺角速度反饋”、 “方向盤比例前饋”、“零側偏角控制策略”、“模糊PID控制”等。 同時，國內(nèi)重型車輛生產(chǎn)企業(yè)中，徐州重型機械有限公司推出了多軸轉向重型設備，例如：其生產(chǎn)的QY130K型汽車起重機，發(fā)展勢頭非常好，但是還不能實現(xiàn)全輪轉向。其他一些重型車輛廠，如中國重汽，陜汽集團等推出的重型車輛并未使用多軸轉向技術。 重型車輛多軸轉向技術,國外對我國一直處于封鎖狀態(tài)，可見的系統(tǒng)的研究報道很少。德國的索埃勒（SCHEUERLE）特種車輛公司是一家百年老廠，其生產(chǎn)的“自行式平板掛車”由于轉向拉桿布置在平板上方，可迅速便捷組成不同的組合形式，大幅度降低勞動強度和節(jié)省寶貴的時間，大大地增加了車輛投入使用時間，給企業(yè)帶來意想不到的經(jīng)濟效益；高達60°的轉向角，通過補充轉向機構，便可提高轉向角度，車輛使用壽命長，駕駛簡單，使用場合不受條件限制，在世界物流行業(yè)得到廣泛使用，深受廣大用戶歡迎。意大利的科米托（Cometto）掛車公司、德國的歌德浩夫（GOLDHOFER）和史密茲（SCHMITZ）公司等近年來對組合中心臂轉向機構（Watt-II型六連桿機構）進行了大量研究，并己經(jīng)形成了系列化的定型產(chǎn)品，但是其設計原理及結構都屬于商業(yè)機密，沒有申請專利。此外沃爾沃、格魯夫以及利勃海爾（LIEBHERR）等公司也推出了多軸轉向重型車輛，例如：利勃海爾（LIEBHERR）生產(chǎn)的型號為T7的汽車起重機。
