刘鸿健， 李春明， 王东亮

(中国北方车辆研究所，北京100072)

独立转向具有转弯半径小，能快速实现原地、蟹行等多种灵活转向形式的优势，可以满足轮式无人车辆在复杂道路环境下的转向需求.但在转向过程中由于转向角度或转向速度不同步而出现轮胎拖拽的问题，导致无法按照预定轨迹行驶，影响车辆的操纵稳定性[1].本研究针对四轮独立转向无人车辆，如何保持各独立转向轮运动同步的问题，设计了电气式同步控制方案，并建立Simulink模型进行仿真分析.

1 同步控制方案

图1 四轮独立转向系统同步控制方案原理图

1.1 转角关系解析

四轮独立转向的几何示意图如图2所示.图中，a、b分别为四轮独立转向车辆的轮距和轴距，G为车辆的质心(假设质心在车体中心)，R为质心的转向半径，θ1、θ2、θ3、θ4分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的理想转角.

根据阿克曼转向原理，结合图2可得四轮独立转向车辆的内外轮转角关系：

(1)

(2)

车辆进行独立转向时，由比例调节系数μi可确定各轮转向执行机构的输出转速ωi.ωi应满足同步运动的条件为

ω1∶ω2∶ω3∶ω4=μ1∶μ2∶μ3∶μ4.

(3)

1.2 转速与力矩关系分析

机械式同步控制中，各从动轴与主轴通过机械结构连接，主轴与动力元件连接，各从动轴的扭矩由主轴所分配，并保持严格的同步运动.电气式同步控制借用机械式同步控制的方法，通过设定一根虚拟的主轴来分配力矩并协调各从动轴的运动关系[2].

四轮独立转向电气式同步控制方案结构简图如图3所示……