履带式车辆斜坡转向时的动力学特性 孙逢春 史青录 郭 汾 翟 丽
北京理工大学, 北京, 100081
摘要:运用数力学中矢量分析理论和方法推导了基于接地比压呈线性分布的履带式车辆在斜坡上转向时的瞬时转向中心偏移量、转向阻力矩、两侧履带所需牵引力、消耗的功率与车辆重心位置、转向半径、行进速度、加速度、车辆方位的相互关系的计算公式。通过计算机仿真和实例计算得出了上述各参数之间相互关系的曲线, 分析了这些参数的变化规律, 并将其与车辆在水平路面转向时的曲线进行了对比分析, 为履带车辆两侧驱动轮力矩和功率的分配提供了参考依据。
关键词:履带式车辆; 斜坡转向; 运动学; 动力学
中图分类号:U 469 694 文章编号:1004 132X(2007 22 2766 06 C haracteristics of Dynamics of Tracked Vehicles Steering on Ramp Sun Fengchun Shi Qing lu Guo Fen Zhai Li Beijing Institute of Technolo gy, Beijing, 100081
Abstract :Based on the gr ound s vertical linear pressure, and by the theories and metho ds of vecto r analysis in mathematics and mechanics, the calculation form ulas of relationship among instantaneo us steering center, resistance mo ment, tractive fo rce needed, consum ed pow er and the position of v ehicle s gravity, steering radius, mo ving v elo city, m oving acceleratio n, vehicle s o rientation on r am p, w hen the vehicle being
on ramp w ere derived. Based o n these, the co rresponding pro cedures w ere compiled and an actual analysis o n an actual tr acked vehicle w as made. Then, the curves of the r elationships amo ng these parameters w ere made, the rules w ere analysed and the co ntrast w ith the steering o n horizo ntal road surface w as made. T he r eference for distributing the moment and pow er betw een two driving sprocket w heel of the tr acked vehicle is provided.
Key words :tr acked vehicle; steering on r am p; kinem atics; dynam ics 收稿日期:2005 10 14 修回日期:2007 06 03基金项目:国家部委预研项目(0440402070101
0 引言
履带式车辆由于其自身复杂的结构, 与轮式车辆相比, 其行驶阻力及牵引计算上更加复杂。军用履带式车辆和履带式工程机械的行驶路面复杂多变、转向动作十分频繁, 很难用简单的数力学公式准确描述车辆的动力学参数, 同时动力学参数的试验验证也存在较大的难度。如能掌握各种路面下车辆转向时的运动学和动力学规律, 则可以设计出更加合理的转向系统, 但现行的转向理论
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主要分析的是平面转向的运动学和动力学
特征, 对斜坡转向还缺少较为详细的理论研究。本文正是从这一点出发, 运用数力学中的空间矢量方法对履带式车辆在斜坡上的转向规律作了运动学和动力学分析, 通过实例对斜坡转向时运动特点和所需的牵引力作了具体分析。
1 履带式车辆在斜坡上的方位及运动参数
首先建立如图1所示的固定于地面的空间直角坐标系ox y z 和固接在车辆上随车辆一起运动
的空间直角坐标系o ! x ! y ! z ! 。车辆在空间的方位可用通过其履带接地中心、垂直于地面的向上矢
量n ! 表示, 该矢量与车辆动坐标系的z ! 轴重合, o ?为转向中心, 转向角速度为 , 坡角为 , 所有矢量服从右手规则。用矢量r ! C 表示车辆重心在o ! x ! y ! z ! 中的位置, r ! C =[x ! C y ! C z ! C ]T
, 对于结构一定的车辆,
该矢量是确定的。 图1 车辆斜坡转向运动图
车辆转向时的运动为复合运动, 车辆一方面绕转向中心转动, 角速度为 1, 另一方面绕履带几何接地中心转动, 角速度为 2, 如不考虑滑转和滑移, 则 1= 2。为简化分析过程, 作如下的假