[发明专利]多轴转向框架车纵向传动拉杆定位的解析算法

权利要求书

1.一种多轴转向框架车纵向传动拉杆定位的解析算法，其特征在于本解析算法包括如下步骤：

步骤一、对于前后各三个转向轴、中间为一固定轴的车辆，构筑各轴水平面投影布置图，各轴依次分别为第三轴、第二轴、第一轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴排列，各传动拉杆分别以四连杆形式设于第三轴与第二轴、第二轴与第一轴、第五轴与第六轴、第六轴与第七轴的内侧点和外侧点之间，以各轴中心点连线为X轴、以第四轴为Y轴建立直角坐标系，各轴轮距为d，根据车辆转向原理，车辆瞬时转向过程中各轴转向中心交于位于Y轴的C点，设各轴内轮转角为an(i)，外轮转角为aw(i)，则第一轴至第三轴分别为an(1)，aw(1), an(2)，aw(2)，an(3)，aw(3)，

步骤二、根据直角坐标系，得到第一轴至第三轴外侧与拉杆铰接点坐标，

第一轴外侧铰接点坐标：x1=-d1, y1=d/2            (2-1)             

第二轴外侧铰接点坐标：x2=-d2, y2=d/2            (2-2)

第三轴外侧铰接点坐标：x3=-d3, y3=d/2            (2-3)

其中：d1为第一轴与第四轴间距，d2为第二轴与第四轴间距，d3为第三轴与第四轴间距；

步骤三、由直角坐标系的几何关系，得到第四轴内侧点与各轴转向中心点间距的计算公式：

BC=-x1/tan(an(1)) BC=-x2/tan(an(2)) BC=-x3/tan(an(3))     (3-1)

得到第四轴外侧点与各轴转向中心点间距的计算公式：

AC=-x1/tan(aw(1)) AC=-x2/tan(aw(2)) AC=-x3/tan(aw(3))     (3-2)

        AC=BC+d                                     (3-3)

步骤四：根据车辆同一转向轴的阿克曼原理，

ctg(aw(i))一ctg(an(i))=-d/xi得到：

第一轴内外轮转角满足：

ctg(aw(1))=ctg(an(1))-d/x1                         （4-1）

第二轴内外轮转角满足：

ctg(aw(2))=ctg(an(2))-d/x2                       （4-2）

第三轴内外轮转角满足：

ctg(aw(3))=ctg(an(3))-d/x3                       （4-3）

步骤五、根据步骤三得到第一轴与第二轴内外轮转角关系为：

tan(an(2))=tan(an(1))-(x2-x1)/BC                  （5-1）

tan(aw(2))=tan(aw(1))-(x2-x1)/AC                  （5-2）

第二轴与第三轴内外轮转角关系为：

tan(an(3))=tan(an(2))-(x3-x2)/BC                  （5-3）

tan(aw(3))=tan(aw(2))-(x3-x2)/AC                  （5-4）

步骤六：构筑四连杆机构平面图，并构建直角坐标系，四连杆机构第一杆与第四杆连点为直角坐标系原点，四连杆机构第四杆位于直角坐标系X轴上，各连杆以矢量表示，四连杆机构各端点分别为A1、A2、A3、A4，各连杆长度分别为L1、L2 、L3、 L4，A1A2和A3A4相对于X轴的转角分别用φi、Ψi表示，初始角分别为φ0、Ψ0，利用四连杆机构的解析法计算各杆长度，

根据各连杆所构成的矢量封闭形，得到各连杆在各坐标轴上投影的矢量方程式： 

L1cos(φi+φ0)+L2cosδi= L4+L3cos(Ψi+Ψ0)            （6-1）

L1sin(φi+φ0)+L2sinδi=L3sin(Ψi+Ψ0)               （6-2）

式中：δi为A2A3与X轴的夹角；

设L1/L1=1,L2/L1=m,L3/L1=n, L4/L1=p                  （6-3）

则得到：mcosδi=p+ncos(Ψi+Ψ0)-cos(φi+φ0)               （6-4）

msinδi=nsin(Ψi+Ψ0)-sin(φi+φ0)                 （6-5）

将上两等式两边平方后相加，整理后得

cos(φi+φ0)=ncos(Ψi+Ψ0)-n/p*cos[(Ψi+Ψ0)-(φi+φ0)]+(n²+p²+1-m²)/2p

为简化上式，再令 

 C0=n,C1=-n/p, C2=(n²+p²+1-m²)/2p                         (6-6)

可得：

cos(φi+φ0)=C0cos(Ψi+Ψ0)+C1*cos[(Ψi+Ψ0)-(φi+φ0)]+C2   (6-7)

上式含有C0,C1,C2,φ0,ψ0 五个待定参数，由此可知，两根连杆转角对应关系最多只能给出5组，才有确定解，

将五组转角关系φ1、Ψ1，φ2、Ψ2，φ3、Ψ3, φ4、Ψ4，φ5、Ψ5代入上式，得到五元非线性方程组，

给定两连杆A1B1和A3A4的初始角φ0、ψ0，则只需给定三组对应关系即可求出C0,C1,C2, 进而求出m、n、p，由于L4的长度已知，这样其余构件长度也就确定了，

令φ0=ψ0=90，则式（6-7）变为

cos(φi+90)=C0cos(Ψi+90)+C1*cos[(Ψi+90)-(φi+90)]+C2       (6-8)

将三组转角关系φ1、Ψ1，φ2、Ψ2，φ3、Ψ3代入上式，

得以下线性方程组：

cos(φ1+90)=C0cos(Ψ1+90)+C1*cos[(Ψ1+90)-(φ1+90)]+C2      （6-9）

cos(φ2+90)=C0cos(Ψ2+90)+C1*cos[(Ψ2+90)-(φ2+90)]+C2      （6-10）

cos(φ3+90)=C0cos(Ψ3+90)+C1*cos[(Ψ3+90)-(φ3+90)]+C2      （6-11）

解此线性方程组，即可得C0、C1、C2，

由式（6-6）可求出m,n,p，再由式（6-3）可解得L1，L2，L3，并得到四连杆机构A2、A3点坐标；

步骤七、根据步骤六的四连杆机构，车辆传动拉杆的四连杆机构与其等同，以第三轴与第二轴外侧点的四连杆机构为例，根据式（5-4）和式（3-2）可得：

tan(aw(2))= x2/x3*tan(aw(3))                           (7-1)

根据车辆性能要求，输入五组aw(3)，即可解得五组对应的aw(2)，

代入式(6-7)，构成五个方程组成的五元非线性联立方程式：

cos(aw(3)+φ0)=C0cos(aw(2)+Ψ0)+C1*cos[(aw(2)+Ψ0)-(aw(3)+φ0)]+C2                                            (7-2)

根据式(7-1)，输入三组aw(3)，即可解得三组对应的aw(2)，

代入式(6-8)，构成三个方程组成的三元线性联立方程式：

cos(aw(3)+90)=C0cos(aw(2)+90)+C1*cos[(aw(2)+90)-(aw(3)+90)]+C2 (7-3)

即可解得C0、C1、C2，再由式（6-6）和式（6-3）解得第三轴与第二轴外侧车辆传动拉杆四连杆机构各杆的长度和各铰接点坐标；

步骤八、根据步骤七，同理可求解其余各轴外侧和内侧车辆传动拉杆四连杆机构各杆的长度和各铰接点坐标，得到多轴多轮车辆全部传动拉杆的参数。