CN117445603A - 麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构及主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构及主动控制方法，属于车辆技术领域。所述调节机构包括麦弗逊悬架和一对以上的调节机构；调节机构包括支座、调节电机、齿轮齿条机构和导向机构，实现麦弗逊悬架主销后倾角的主动控制调节。主动控制操作步骤如下：(1)建立车轮回正力矩计算模型，(2)建立转向轮回正阻力矩计算模型，(3)建立车辆行驶中的主销后倾角主动控制计算公式；根据步骤(3)的计算结果控制调节机构中的调节电机的转动方向和转角大小，通过齿轮齿条机构带动调节支架进行水平位移调节，实现主销后倾角α的主动调节。本发明使车辆的横摆角速度幅值降低10％～15％，车辆趋于稳定的时间降低50％左右，提高了行驶稳定性。

Description

麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构及主动控制方法

技术领域

本发明属于车辆技术领域，具体涉及一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构和主动控制方法。

技术背景

汽车行驶操控和舒适性与悬架结构及各种相关参数息息相关，目前绝大多数轿车前悬架采用麦弗逊独立悬架且主销后倾角即为参数之一，所谓主销后倾角即为主销轴线在侧视图方向与轮胎Z轴的夹角，麦弗逊独立悬架的主销后倾角初值在设计时被确定，在后期车辆使用工程中不能满足不同工况、不同车速及转向行驶时对主销后倾角的需求，只能被动适应各种行驶工况。当主销后倾角不被满足时将导致车轮摆振，无法提供合适的转向回正力矩，还可能引发振动和噪音，而且可能导致转向和操纵性能的恶化。

随着主动安全性的重要性逐年提高，对主动控制麦弗逊悬架后倾角的研究是必要的，具有研究发展的前瞻性，然而控制方法更加是控制系统的核心部分，算法的准确性和有限性很大程度上决定了主动控制后倾角的麦弗逊悬架的性能。

经过对乘用车麦弗逊悬架主销后倾角的理论分析，我们可以知道乘用车的主销后倾角大小和轴距、轮距、主销内倾角、车轮外倾角等因素相关，当上述参数选定之后，悬架设计师通常直接通过理论计算来获得预期的静态主销后倾角数值。但乘用车在行驶过程中，受车辆行驶姿态影响，转向轮上的力发生变化，且受麦弗逊悬架结构影响，主销后倾角大小也会随车轮跳动而发生改变，主销后倾角预定值不能满足车辆动态需求，严重影响车辆行驶稳定性。目前对主销后倾角的主动控制机构有一定研究，如采用蜗轮蜗杆对主销上支点进行纵向水平位移控制，但是蜗轮蜗杆传动的效率较低且蜗轮蜗杆传动容易出现松紧背隙，对于主销后倾角的精确调节控制存在缺陷，并且现在没有一个能将车辆行驶速度、车辆加速度等多因素相结合而得到的实时精确控制麦弗逊悬架主销后倾角大小的数学模型。

发明内容

为了实现乘用车在行驶过程中，对车辆的悬架的主销后倾角进行主动控制，从理论上解决因主销后倾角与车辆状态不匹配的现象，本发明提供一种麦弗逊独立悬架主销后倾角的调节机构，同时提供麦弗逊独立悬架主销后倾角的主动调节方法。

一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构包括麦弗逊悬架，还包括一对以上的调节机构；

所述调节机构包括支座4、调节电机5、齿轮齿条机构和导向机构；

所述支座4为U型支座；所述调节电机5固定设于支座4内的底板上；

所述齿轮齿条机构包括齿轮6和齿条8；所述齿轮6通过花键配合固定设于调节电机5的输出轴上；所述齿条8长度方向的两端分别通过连接杆分别固定设于支座4内的两侧边板上；

所述导向机构包括导向支架9和导向轴10，所述导向支架9为矩形块状，中部开设有导向孔，所述导向轴10配合设于导向支架9的导向孔内，导向轴10的两端分别固定设于支座4内的两侧边板上，且导向轴10平行于齿条8；

所述导向支架9通过顶部的一对上安装孔固定连接着齿条8的背面；导向支架9通过底部固定连接着阻尼器12上支点。

进一步限定调节机构的技术方案如下：

所述导向支架9的顶部设有上凸块，上凸块上开设有一对上安装孔，导向支架9的底部两侧分别设有下凸块，下凸块上开设有下安装孔。

基于一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构的主动控制操作步骤如下：

(1)建立车轮回正力矩计算模型

对于整车，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；车轮回正力矩由以下4部分组成：侧偏力产生的回正力矩M₁、主销内倾角β产生的回正力矩M₂、纵向力产生的回正力矩M₃、车辆自身重力产生的回正力矩M₄；

所述主销轴线为阻尼器上支点中心与下摆臂外侧球头中心的连接线，本发明中由于调节机构存在，因此主销轴线L应对移动齿条8的背面中心点与下摆臂3外侧球头中心的连接线；

设车辆前进方向为X轴正方向，车辆前进的右向为Y轴正方向，向上为Z轴正方向；L为主销轴线；L1为主销轴线L在XOZ平面的投影；L2为主销轴线在YOZ面的投影；所述主销后倾角α为L1与Z轴的夹角即主销后倾角；所述主销内倾角β为L2与Z轴的夹角即主销内倾角；

车轮回正力矩计算模型公式如下：M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)；

公式(17)中，M为回正力矩，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩；

(2)建立转向轮回正阻力矩计算模型

转向轮回正阻力矩计算模型公式如下：

公式(20)中，K表示车桥动载荷系数，无量纲；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数，无量纲；r₁表示上支点主销轴承半径，单位为m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数，无量纲；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径，单位为m；Φ表示路面附着系数，无量纲；β表示主销内倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径，单位为m；

(3)建立车辆行驶中的主销后倾角主动控制计算公式

车辆行驶，当前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡时，转向轮停止回正，总回正力矩与总回正阻力矩平衡公式(21)如下：

M＝M_f (21)

根据公式(17)、(20)和(21)得到主销后倾角主动控制计算公式如下：

公式(22)中，M_f1为车轮回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦阻力距，单位为N·m；M_f2为转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和，单位为N·m；M_f3为路面与轮胎之间的摩擦力矩，单位为N·m；F_y为轮胎所受侧偏力，单位为N；r表示车轮滚动半径，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；

根据式(22)得到理想主销后倾角数值，控制调节机构中的调节电机5的转动方向和转角大小，通过齿轮齿条机构带动调节支架9进行水平位移调节，实现主销轴线L相应的调整，最终实现主销后倾角α的主动调节；

对于两轮转向的车辆，按照上述步骤以两个转向轮为一个整体计算出理想主销后倾角数值，实现对主销后倾角的主动调节；

对于四轮转向的车辆，按照上述步骤以两个前转向轮为一个整体计算出前理想主销后倾角数值，以两个后转向轮为一个整体计算出后理想主销后倾角数值，根据前理想主销后倾角数值和后理想主销后倾角数值，分别对前轮主销后倾角和后轮主销后倾角实现主动调节。

进一步限定的主动控制方法的技术方案如下：

步骤(1)中，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；

(1.1)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

回正力矩M₁由侧偏力F_y与轮胎总拖距ξ乘积计算而来；

(1.1.1)计算侧偏力F_y

侧偏力F_y计算公式如下：

式(3)中：μ表示滑动摩擦系数，无量纲；k_γ表示轮胎外倾刚度N/rad；γ表示车轮外倾角，单位为rad；R表示转弯半径，单位为m；v表示车辆行驶速度，单位为km/h；表示无量纲侧偏角：/>其中θ为前轮侧偏角，单位为°，k为轮胎侧偏角θ＝0°时的轮胎侧偏刚度，单位为N/°，Λ为前轮前束角，单位为°；

F_z1是转向轮总垂直载荷F_z1＝F_z1r+F_z1l：

第一右轮胎垂直载荷公式如下：

第一左轮胎垂直载荷公式如下：

F_z1r为右轮胎垂直载荷，单位为N；F_z1l为左轮胎垂直载荷，单位为N；m表示整车质量，单位为kg；b表示车辆质心到前桥的距离，单位为m；h表示质心高度，单位为m；B表示前轮两主销轴线与地面交点间的距离，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；a_x表示车辆纵向加速度，单位为m/s²；a_y表示车辆横向加速度，单位为m/s²；

(1.1.2)计算轮胎总拖矩ξ

轮胎总拖距由气胎拖距和主销后倾角与轮胎接地印记两部分组成；

轮胎总拖距计算公式如下：

式(6)中：ξ表示轮胎总拖矩，单位为m；ξ_t表示气胎拖距，单位为m；α表示主销后倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径，单位为m；l表示轮胎接地印记长度，单位为m；/>D是轮胎名义外径，Δ是车桥载荷径向变形量，单位为m；b是轮胎宽度，单位为m；C和Q是系数，C＝0.0228，Q＝0.0015b+0.42，F_z1是车桥垂直载荷，单位为N；p是轮胎气压，单位为kPa；(1.1.3)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

侧偏力产生的回正力矩是侧偏力与前轮总拖矩在侧偏力垂直方向上分量的乘积，根据公式(3)、(6)得到左右轮侧偏力产生的总回正力矩M₁公式(7)如下：

M₁＝F_yξcosα (7)

由于α＜5°，cosα≈1，将公式(6)代入式(7)，得到式(8)如下：

公式(8)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体分别计算回正力矩M₁，四轮转向整车的前转向轮求解与所述步骤(1.1)相同；四轮转向整车的后转向轮求解与所述步骤(1.1)的不同在于，步骤(1.1.1)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2＝F_z2r+F_z2l；

F_z2r为右轮胎垂直载荷，单位为N；F_z2l为左轮胎垂直载荷，单位为N；

此时上述步骤(1.1.1)中公式(4)公式(5)应按照下面公式(41)和公式(51)计算：

第二右轮胎垂直载荷公式(41)如下：

第二左轮胎垂直载荷公式(51)如下：

公式(41)和公式(51)中，m表示整车质量，单位为kg；b表示车辆质心到前桥的距离，单位为m；h表示质心高度，单位为m；B表示前轮两主销轴线与地面交点间的距离，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；a_x表示车辆纵向加速度，单位为m/s²；a_y表示车辆横向加速度，单位为m/s²；

四轮转向的车辆的后转向轮求解的其他操作同步骤(1.1)；

(1.2)计算主销内倾产生的回正力矩M₂

根据阿克曼理想关系可知，在车辆转弯过程中，由于前束角存在，车辆左右转向轮转角不相等，因此回正力矩M₂需对左右转向轮分别计算；

回正力矩M₂是左转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2l和右转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2r之和，公式(11)如下：

M₂＝M_2r+M_2l (11)

假设车辆左转，则左转向轮转角δ_l＝δ+Λ，单位为°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ，单位为°；

右转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2r公式如下：

M_2r＝F_z1rqsin(2β)·sinδ_r (9)

左转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2l公式如下：

M_2l＝F_z1lqsin(2β)·sinδ_l (10)

公式(9)和(10)中，q表示转向节结点到前轮安装中心平面的距离，单位为m；β表示主销内倾角，单位为°；F_z1r为右轮胎垂直载荷，单位为N；F_z1l为右轮胎垂直载荷，单位为N；

公式(11)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.2)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.2)的不同在于，步骤(1.2)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.3)计算纵向力产生的回正力矩M₃

左右回正力矩方向相反，由于前束角的存在，导致车辆转弯过程中左右转向轮转角不等，进而导致左右纵向力产生的回正力矩大小不相等，因此，需对左右转向轮产生的回正力矩分别进行求解并取差值，假设车辆左转，M₃是由左前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积与右前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积之差，回正力矩M₃的公式(14)如下：

M₃＝M_l-M_r＝fr_δ(F_z1lcosδ_l-F_z1rcosδ_r) (14)

公式(14)中，左转向轮转角δ_l＝δ+Λ，单位为°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ，单位为°；

M_r＝F_z1rfr_δcosδ_r (12)

M_l＝F_z1lfr_δcosδ_l (13)

公式(14)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.3)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.3)的不同在于，步骤(1.3)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.4)计算车辆自身重力产生的回正力矩M₄

车辆自身重力产生的回正力矩M₄公式(16)如下：

M₄＝e_zsinβ(F_z1rsinδ_r+F_z1lsinδ_l) (16)

公式(16)中，F_z为轮胎接地面的垂直力，移向车轮中心线并在平行于转向节轴线和垂直于转向节轴线两个方向分解为：F_zcosβ、F_zsinβ，垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ，考虑主销后倾角α，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδcosα，由于主销后倾角α通常较小，因此cosα≈1，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ；

力分界点到主销轴线的力臂e_z为：

e_z＝(r_δ+rtanβ)cosβ (15)

公式(15)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.4)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.4)的不同在于，步骤(1.4)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.5)回正力矩计算模型

总回正力矩M公式(17)如下：

M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)

公式(17)中，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩。

步骤(2)中，回正阻力矩M_f由三部分组成：回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦力矩M_f1、转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2和路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3；

(2.1)计算摩擦阻力距M_f1

摩擦阻力距M_f1为主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的力，公式(18)如下；

式(18)中：K表示车桥动载荷系数，无量纲；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数，无量纲；r₁表示上支点主销轴承半径，单位为m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数，无量纲；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径，单位为m；β表示主销内倾角，单位为°；F_z1是车桥垂直载荷，单位为N；

根据受力分析，麦弗逊悬架上支点处力为转向节与下控制臂轴承处力为F_d＝F_z1Ktanβ；

公式(18)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(2.1)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(2.1)的不同在于，步骤(2.1)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(2.2)计算阻力矩之和M_f2

转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2根据车辆配置实际测量得到；

(2.3)计算路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3

路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3由车辆轮胎与地面之间支撑力与路面附着系数相乘所得，公式(19)如下：

M_f3＝ΦF_z1Kr (19)

公式(19)中，Φ表示路面附着系数，无量纲；F_z1是车桥垂直载荷，单位为N；r表示车轮滚动半径，单位为m；

公式(19)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(2.3)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(2.3)的不同在于，步骤(2.3)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(2.4)计算转向轮回正阻力矩M_f

由式(18)(19)可得转向轮回正阻力矩M_f公式(20)如下：

公式(20)即为转向轮回正阻力矩计算模型。

步骤(3)中，前轮转向，轮胎开始回正时M＞M_f，随着轮胎侧偏角θ的减小，由侧向力产生的回正力矩M₁也逐渐减小，同时由车桥位能产生的回正力矩即M₂、M₃、M₄之和也随着转向轮转角δ的减小而减小，直到前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡，转向轮停止回正，得到平衡公式(21)。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的主动控制方法给出了车辆在不同行驶工况下的控制算法，具体为当车辆行驶过程时如果行驶车速过快且转弯角度过大时，就会使得车辆横摆角速度变大，造成汽车难以控制，故所述麦弗逊悬架主销后倾角主动控制方法通过实时监测车辆行驶速度、加速度、转向角大小等因素以降低车辆横摆角速度为控制目标，提升车辆的操纵稳定性和行驶安全性。

2.参见实施例1，前轮转向汽车在行驶过程中，当车辆行驶车速为100km·h^-1，车轮转角为10°时根据所述麦弗逊悬架主销后倾角控制算法求解出最佳主销后倾角为9.41°。参见图9，通过建立四自由度整车模型分析，该主动控制方法将车辆的横摆角速度幅值降低10％～15％，车辆趋于稳定的时间降低50％左右，提高车辆的行驶稳定性。

3.本发明采用齿轮齿条传动机构实现主销后倾角纵向位移调节控制，齿轮齿条传动的效率更高且制造工艺相对简单，精度容易控制，使得主销后倾角调节更加精准。

4.目前对主销后倾角的主动控制方法也有一定研究，如考虑侧偏力、主销内倾角带来的回正力矩以及车辆自身重力产生的回正力矩，得出主销后倾角大小的静态方法；但是未考虑车轮前束的影响以及车辆行驶姿态发生变化导致车辆加速度和转弯半径变化带来的影响，因此，上述方法得到的主销后倾角大小存在误差，不能实时满足车辆动态变化的主销后倾角需求。

5.本发明适用于所有包含麦弗逊悬架转向轮的车辆，应用范围广泛。

附图说明

图1为本发明基于麦弗逊悬架的结构示意图；

图2为本发明主销后倾角调节机构细节示意图1；

图3为本发明主销后倾角调节机构细节示意图2；

图4为本发明调节机构支架9；

图5为本发明调节机构齿条8；

图6为本发明基于麦弗逊悬架的安装示意图；

图7为本发明轮胎侧偏角示意图；

图8为前轮转向车速为100km/h时车辆瞬态横摆加速度与稳态横摆角速度比值随时间变化趋势图；

图9为四轮转向车速为100km/h时车辆瞬态横摆加速度与稳态横摆角速度比值随时间变化趋势图；

图1-6中的序号：螺旋弹簧1、半轴2、下摆臂3、支座4、调节电机5、齿轮6、电机花键轴7、齿条8、调节支架9、导向承重杆10。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

参见图1，一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构包括麦弗逊悬架和一对以上的调节机构。

参见图2，调节机构包括支座4、调节电机5、齿轮齿条机构和导向机构。

参见图2，支座4为U型支座；调节电机5固定安装于支座4内的底板上。

参见图2，齿轮齿条机构包括齿轮6和齿条8；齿轮6通过花键配合固定安装于调节电机5的输出轴上；齿条8长度方向的两端分别通过连接杆分别固定安装于支座4内的两侧边板上；

参见图3，导向机构包括导向支架9和导向轴10，所述导向支架9为矩形块状，中部开设有导向孔，所述导向轴10配合设于导向支架9的导向孔内，导向轴10的两端分别固定设于支座4内的两侧边板上，且导向轴10平行于齿条8；

参见图4，导向支架9的顶部设有上凸块，上凸块上开设有一对上安装孔，导向支架9的底部两侧分别设有下凸块，下凸块上开设有下安装孔。

参见图6，导向支架9通过顶部上凸块上的一对上安装孔固定连接着齿条8的背面；导向支架9通过底部固定连接着阻尼器12上支点。

参见图1，在坐标系中车辆前进方向为X轴正方向，车辆前进的右向为Y轴正方向，向上为Z轴正方向；L为主销轴线；L1为主销轴线L在XOZ平面的投影；L2为主销轴线在YOZ面的投影；α为L1与Z轴的夹角即主销后倾角；β为L2与Z轴的夹角即主销内倾角。

实施例2

前轮转向实施例分析：

以国产某型乘用车作为研究对象，车辆相关详细参数如下：m＝1704.7kg；

a＝1.035m；b＝1.655m；m_z＝1526.9kg；C₁₁＝31.2243；

C₁₂＝-0.0021；C₂₁＝31.2243；C₂₂＝-0.0023；I_zz＝3048.1kg·m²；

I_xx＝744kg·m²；h＝0.455m；h_c＝0.542m；r＝0.254m；v＝100km·h^-1；

β＝8°；γ＝-1°；α＝3°；Λ＝10′；

车速100km·h^-1，纵向加速度为0，侧向加速度3m/s2，转角为10°。

对上述车辆正常行驶下，基于麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构的主动控制操作步骤如下：

(1)建立车轮回正力矩计算模型

对于整车，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；车轮回正力矩由以下4部分组成：侧偏力产生的回正力矩M₁、主销内倾角β产生的回正力矩M₂、纵向力产生的回正力矩M₃、车辆自身重力产生的回正力矩M₄；

所述主销轴线为阻尼器上支点中心与下摆臂外侧球头中心的连接线，本发明中由于调节机构存在，因此主销轴线L应对移动齿条8的背面中心点与下摆臂3外侧球头中心的连接线；

参见图1，在图1的坐标系中，设车辆前进方向为X轴正方向，车辆前进的右向为Y轴正方向，向上为Z轴正方向；L为主销轴线；L1为主销轴线L在XOZ平面的投影；L2为主销轴线在YOZ面的投影；所述主销后倾角α为L1与Z轴的夹角即主销后倾角；所述主销内倾角β为L2与Z轴的夹角即主销内倾角；

车轮回正力矩计算模型公式如下：M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)；

公式(17)中，M为回正力矩，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩。

步骤(1)的具体操作如下：

以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；

(1.1)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

回正力矩M₁由侧偏力F_y与轮胎总拖距ξ乘积计算而来；

(1.1.1)计算侧偏力F_y

侧偏力F_y计算公式如下：

式(3)中：μ表示滑动摩擦系数为0.8；k_γ表示轮胎外倾刚度为2000N/°；γ表示车轮外倾角-1°；v表示车辆行驶速度为100km/h；表示无量纲侧偏角：/> 其中θ为前轮侧偏角为1°，k为轮胎侧偏角θ＝0°时的轮胎侧偏刚度为2000N/°，Λ为前轮前束角为0.1667°，得出/>的值为0.0035；

F_z1是转向轮总垂直载荷F_z1＝F_z1r+F_z1l：

第一右前轮轮胎垂直载荷公式如下：

第一左前轮轮胎垂直载荷公式如下：

F_z1r为右前轮轮胎垂直载荷，单位为N；F_z1l为左前轮轮胎垂直载荷，单位为N；m表示整车质量为1704.7kg；b表示车辆质心到前桥的距离为1.655m；h表示质心高度为0.455m；B表示前轮两主销轴线与地面交点间的距离为1.15m；L表示车桥间距为2.69m；a_x表示车辆纵向加速度为0m/s²；a_y表示车辆横向加速度为3m/s²；将上述参数带入公式(4)，公式(5)计算出F_z1r为6384N，F_z1l为3894N，F_z为10278N；将F_z代入公式(3)得出F_y为2028.78N。

(1.1.2)计算轮胎总拖矩ξ

轮胎总拖距由气胎拖距和主销后倾角与轮胎接地印记两部分组成；

轮胎总拖距计算公式如下：

式(6)中：ξ表示轮胎总拖矩，单位为m；ξ_t表示气胎拖距，单位为m；α表示主销后倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径为0.0254m；l表示轮胎接地印记长度，单位为m；/>D是轮胎名义外径为0.508m，Δ是车桥载荷径向变形量，单位为m；b是轮胎宽度为0.275m；C和Q是系数，C＝0.0228，Q＝0.0015b+0.42，F_z1是前桥垂直载荷为10278N；p是轮胎气压为200kPa；将上述参数代入公式(6)计算出ξ为0.0317+0.0254α；

(1.1.3)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

侧偏力产生的回正力矩是侧偏力与前轮总拖矩在侧偏力垂直方向上分量的乘积，根据公式(3)、(6)得到左右轮侧偏力产生的总回正力矩M₁公式(7)如下：

M₁＝F_yξcosα (7)

由于α＜5°，cosα≈1，将公式(6)代入式(7)，得到式(8)如下：

根据步骤(1.1.1)和步骤(1.1.2)的计算结果代入公式(8)得侧偏力产生的回正力矩M₁为64.31+51.53αN·m。

(1.2)计算主销内倾产生的回正力矩M₂

根据阿克曼理想关系可知，在车辆转弯过程中，由于前束角存在，车辆左右转向轮转角不相等，因此回正力矩M₂需对左右转向轮分别计算；

回正力矩M₂是左转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2l和右转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2r之和，公式(11)如下：

M₂＝M_2r+M_2l (11)

假设车辆左转，则左转向轮转角δ_l＝δ+Λ为10.1667°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ为9.8333°；

右转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2r公式如下：

M_2r＝F_z1rqsin(2β).sinδ_r (9)

左转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2l公式如下：

M_2l＝F_z1lqsin(2β)·sinδ_l (10)

公式(9)和(10)中，q表示转向节结点到前轮安装中心平面的距离为0.2m；β表示主销内倾角为8°；F_z1r为右前轮轮胎垂直载荷为6384N；F_z1l为右前轮轮胎垂直载荷为3894N；将上述参数代入公式(11)计算出主销内倾产生的回正力矩M₂为97.99N·m。

(1.3)计算纵向力产生的回正力矩M₃

左右回正力矩方向相反，由于前束角的存在，导致车辆转弯过程中左右转向轮转角不等，进而导致左右纵向力产生的回正力矩大小不相等，因此，需对左右转向轮产生的回正力矩分别进行求解并取差值，假设车辆左转，M₃是由左前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积与右前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积之差，回正力矩M₃的公式(14)如下：

M₃＝M_l-M_r＝fr_δ(F_z1lcosδ_l-F_z1rcosδ_r) (14)

公式(14)中，左转向轮转角δ_l＝δ+Λ，单位为°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ，单位为°；

M_r＝F_z1rfr_δcosδ_r (12)

M_l＝F_z1lfr_δcosδ_l (13)

公式(14)中主销偏置距r_δ为0.04m，滚动摩擦系数f为0.8，F_z1r为右轮胎垂直载荷为6384N；F_z1l为左轮胎垂直载荷为3894N；左转向轮转角δ_l＝δ+Λ为10.1667°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ为9.8333°；将上述参数代入公式(14)计算得出Mr为201.29N·m，M_l为122.65N·m，因此，纵向力产生的回正力矩M₃为78.64N·m。

(1.4)计算车辆自身重力产生的回正力矩M₄

车辆自身重力产生的回正力矩M₄公式(16)如下：

M₄＝e_zsinβ(F_z1rsinδ_r+F_z1lsinδ_l) (16)

公式(16)中，F_z为轮胎接地面的垂直力，移向车轮中心线并在平行于转向节轴线和垂直于转向节轴线两个方向分解为：F_zcosβ、F_zsinβ，垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ，考虑主销后倾角α，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδcosα，由于主销后倾角α通常较小，因此cosα≈1，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ；

力分界点到主销轴线的力臂ez为：

e_z＝(r_δ+rtanβ)cosβ (15)

公式(14)中主销偏置距r_δ为0.04m，F_z1r为右前轮轮胎垂直载荷为6384N；F_z1l为右前轮轮胎垂直载荷为3894N；左转向轮转角δ_l＝δ+Λ为10.1667°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ为9.8333°；将上述参数代入公式(16)计算得出车辆自身重力产生的回正力矩M₄为18.54N·m。

(1.5)回正力矩计算模型

总回正力矩M公式(17)如下：

M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)

公式(17)中，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩，将步骤(1.1)、步骤(1.2)、步骤(1.3)和步骤(1.4)的结果代入公式(17)得出总回正力矩M为259.48+51.53aN·m。

(2)建立转向轮回正阻力矩计算模型

转向轮回正阻力矩计算模型公式如下：

公式(20)中，K表示车桥动载荷系数，无量纲；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数，无量纲；r₁表示上支点主销轴承半径，单位为m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数，无量纲；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径，单位为m；Φ表示路面附着系数，无量纲；β表示主销内倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径，单位为m。

步骤(2)的具体操作如下：

回正阻力矩M_f由三部分组成：回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦力矩M_f1、转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2和路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3；

(2.1)计算摩擦阻力距M_f1

摩擦阻力距M_f1为主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的力，公式(18)如下；

式(18)中：K表示车桥动载荷系数为1；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数为0.02；r₁表示上支点主销轴承半径为0.03m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数为0.02；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径为0.03m；β表示主销内倾角为8°；F_z1是车桥垂直载荷为10278N；将上述参数代入到公式(18)计算得出摩擦力矩M_f1为7.09N·m。

(2.2)计算阻力矩之和M_f2

转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2根据车辆配置实际测量为32.5N·m。

(2.3)计算路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3

路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3由车辆轮胎与地面之间支撑力与路面附着系数相乘所得，公式(19)如下：

M_f3＝ΦF_z1Kr (19)

公式(19)中，Φ表示路面附着系数为0.27；F_z1是车桥垂直载荷为10278N；将上述参数代入公式(19)计算得出路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3为704.87N·m。

(2.4)计算转向轮回正阻力矩M_f

由式(18)(19)可得转向轮回正阻力矩M_f公式(20)如下：

公式(20)即为转向轮回正阻力矩计算模型，将步骤(2.1)、步骤(2.2)和步骤(2.3)的结果代入公式(20)得出转向轮回正阻力矩M_f为744.46N·m。

(3)建立车辆行驶中的主销后倾角主动控制计算公式

车辆行驶，当前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡时，转向轮停止回正，总回正力矩与总回正阻力矩平衡公式(21)如下：

M＝M_f (21)

根据公式(17)、(20)和(21)得到主销后倾角主动控制计算公式如下：

公式(22)中，M_f1为车轮回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦阻力距，单位为N·m；M_f2为转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和，单位为N·m；M_f3为路面与轮胎之间的摩擦力矩，单位为N·m；F_y为轮胎所受侧偏力，单位为N；r表示车轮滚动半径，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；

根据式(22)得到理想主销后倾角数值，控制调节机构中的调节电机5的转动方向和转角大小，通过齿轮齿条机构带动调节支架9进行水平位移调节，实现主销轴线L相应的调整，最终实现主销后倾角α的主动调节。

前轮转向时，轮胎开始回正时M＞M_f，随着轮胎侧偏角θ的减小，参见图7，由侧向力产生的回正力矩M₁也逐渐减小，同时由车桥位能产生的回正力矩即M₂、M₃、M₄之和也随着转向轮转角δ的减小而减小，直到前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡，转向轮停止回正，得到平衡公式(21)。将步骤(1)和步骤(2)的计算结果代入公式(22)得出当前车辆状态下理想主销后倾角α＝9.41°。

为验证实施例1中主销后倾角主动控制方法对车辆行驶稳定性的提高，综合考虑车辆侧向运动、横摆运动、侧倾运动以及车轮绕主销的转动，建立车辆四自由度模型：

以上述实施例1的两轮转向的车辆作为研究对象，通过分析样车侧向运动、横摆运动以及侧倾运动，计算出上述车速为100km·h^-1时原主销后倾角与该算法所求主销后倾角时横摆角速度的瞬态响应，分析样车瞬态与稳态横摆角速度比值的时间历程；参见图8，可见本发明麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构的主动控制方法所求主销后倾角α对应横摆角速度超调量比原主销后倾角对应横摆角速度超调量降低，并且稳定时间缩短，证明该主销后倾角α算法有利于提高车辆行驶稳定性。

实施例3

四轮转向实施例分析：

以国产某型乘用车作为研究对象，车辆相关详细参数如下：m＝1704.7kg；

a＝1.035m；b＝1.655m；m_z＝1526.9kg；C₁₁＝312.243；

C₁₂＝-0.0021；C₂₁＝312.243；C₂₂＝-0.0023；I_zz＝3048.1kg·m²；

I_xx＝744kg·m²；h＝0.455m；h_c＝0.542m；r＝0.254m；v＝100km·h^-1；

前轮定位参数：β＝8°；γ＝-1°；α＝3°；Λ＝10′；

后轮定位参数：β＝8°；γ＝-1°；α＝3°；Λ＝10′；

车速100km·h^-1，纵向加速度为0，侧向加速度3m/s2，前轮转角为10°，后轮转角为3°。

前轮转角为10°的主销后倾角主动控制方法计算流程与实施例2相同，因此只需计算后轮转角为3°的理想主销后倾角预测大小，操作步骤如下：

(1)建立车轮回正力矩计算模型

对于整车，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；车轮回正力矩由以下4部分组成：侧偏力产生的回正力矩M₁、主销内倾角β产生的回正力矩M₂、纵向力产生的回正力矩M₃、车辆自身重力产生的回正力矩M₄；

所述主销轴线为阻尼器上支点中心与下摆臂外侧球头中心的连接线，本发明中由于调节机构存在，因此主销轴线L应对移动齿条8的背面中心点与下摆臂3外侧球头中心的连接线；

参见图1，在图1的坐标系中，设车辆前进方向为X轴正方向，车辆前进的右向为Y轴正方向，向上为Z轴正方向；L为主销轴线；L1为主销轴线L在XOZ平面的投影；L2为主销轴线在YOZ面的投影；所述主销后倾角α为L1与Z轴的夹角即主销后倾角；所述主销内倾角β为L2与Z轴的夹角即主销内倾角；

车轮回正力矩计算模型公式如下：M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)；

公式(17)中，M为回正力矩，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩；

步骤(1)的具体操作如下：

以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；

(1.1)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

回正力矩M₁由侧偏力F_y与轮胎总拖距ξ乘积计算而来；

(1.1.1)计算侧偏力F_y

侧偏力F_y计算公式如下：

式(3)中：μ＝0.8；k_γ＝2000N/°；γ＝-1°；v＝100km/h；其中θ＝1°，k＝2000N/°，Λ＝0.1667°，计算得出/>的值为0.0035；

F_z2是转向轮总垂直载荷F_z2＝F_z2r+F_z2l：

第二右后轮轮胎垂直载荷公式如下：

第二左后轮轮胎垂直载荷公式如下：

公式(41)和公式(51)中参数为：m＝1704.7kg；b＝1.655m；h＝0.455m；B＝1.15m；L＝2.69m；a_x＝0m/s²；a_y＝3m/s²；将上述参数代入公式(41)和公式(51)计算得出F_z2r为6384N，F_z2l为3894N，因此，F_z2为10278N，将F_z2代入公式(3)计算出F_y为2028.78N。

(1.1.2)计算轮胎总拖矩ξ

轮胎总拖距由气胎拖距和主销后倾角与轮胎接地印记两部分组成；

轮胎总拖距计算公式如下：

式(6)中：r＝0.0254m；D＝0.508m，b＝0.275m；C和Q是系数，C＝0.0228，Q＝0.0015b+0.42，F_z2＝10278N；p＝200kPa，将上述参数代入公式(6)计算得出ξ＝0.0317+0.0254α；

(1.1.3)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

侧偏力产生的回正力矩是侧偏力与前轮总拖矩在侧偏力垂直方向上分量的乘积，根据公式(3)、(6)得到左右轮侧偏力产生的总回正力矩M₁公式(7)如下：

M₁＝F_yξcosα (7)

由于α＜5°，cosα≈1，将公式(6)代入式(7)，得到式(8)如下：

根据步骤(1.1.1)和步骤(1.1.2)的计算结果代入公式(8)得侧偏力产生的回正力矩M₁为64.31+51.53αN·m。

(1.2)计算主销内倾产生的回正力矩M₂

根据阿克曼理想关系可知，在车辆转弯过程中，由于前束角存在，车辆左右转向轮转角不相等，因此回正力矩M₂需对左右转向轮分别计算；

回正力矩M₂是左转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2l和右转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2r之和，公式(11)如下：

M₂＝M_2r+M_2l (11)

假设车辆左转，则左转向轮转角δ_l＝δ+Λ为3.1667°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ为2.8333°；

右转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2r公式如下：

M_2r＝F_z2rqsin(2β)·sinδ_r (9)

左转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2l公式如下：

M_2l＝F_z2lqsin(2β)·sinδ_l (10)

公式(9)和(10)中，q＝0.2m；β＝8°；F_z2r＝6384N；F_z2l＝3894N；将上述参数代入公式(11)计算出主销内倾产生的回正力矩M₂为29.12N·m。

(1.3)计算纵向力产生的回正力矩M₃

左右回正力矩方向相反，由于前束角的存在，导致车辆转弯过程中左右转向轮转角不等，进而导致左右纵向力产生的回正力矩大小不相等，因此，需对左右转向轮产生的回正力矩分别进行求解并取差值，假设车辆左转，M₃是由左后轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积与右后轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积之差，回正力矩M₃的公式(14)如下：

M₃＝M_l-M_r＝fr_δ(F_z2lcosδ_l-F_z2rcosδ_r) (14)

公式(14)中，左转向轮转角δ_l＝δ+Λ为3.1667°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ为2.8333°；

M_r＝F_z2rfr_δcosδ_r (12)

M_l＝F_z2lfr_δcosδ_l (13)

公式(14)中r_δ＝0.04m，f＝0.8，F_z2r＝6384N；F_z2l＝3894N；δ_l＝δ+Λ＝3.1667°；δ_r＝δ-Λ＝2.8333°；将上述参数代入公式(14)计算得出M_r为204.04N·m，M_l为122.98N·m，因此，纵向力产生的回正力矩M₃为81.06N·m。

(1.4)计算车辆自身重力产生的回正力矩M₄

车辆自身重力产生的回正力矩M₄公式(16)如下：

M₄＝e_zsinβ(F_z2rsinδ_r+F_z2lsinδ_l) (16)

公式(16)中，力分界点到主销轴线的力臂e_z为：

e_z＝(r_δ+rtanβ)cosβ (15)

公式(14)中r_δ＝0.04m，F_z2r＝6384N；F_z2l＝3894N；δ_l＝δ+Λ＝3.1667°；δ_r＝δ-Λ＝2.8333°；将上述参数代入公式(16)计算得出车辆自身重力产生的回正力矩M₄为5.51N·m。

(1.5)回正力矩计算模型

总回正力矩M公式(17)如下：

M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)

公式(17)中，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩。将步骤(1.1)、步骤(1.2)、步骤(1.3)和步骤(1.4)的结果代入公式(17)得出总回正力矩M为180+51.53αN·m。

(2)建立转向轮回正阻力矩计算模型

转向轮回正阻力矩计算模型公式如下：

步骤(2)的具体操作如下：

回正阻力矩M_f由三部分组成：回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦力矩M_f1、转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2和路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3；

(2.1)计算摩擦阻力距M_f1

摩擦阻力距M_f1为主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的力，公式(18)如下；

式(18)中：K＝1；f₁＝0.02；r₁＝0.03m；f₂＝0.02；r₂＝0.03m；β＝8°；Fz2＝10278N；将上述参数代入公式(18)计算出摩擦力矩M_f1为7.09N·m。

(2.2)计算阻力矩之和M_f2

转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2根据车辆配置实际测量为32.5N·m；

(2.3)计算路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3

路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3由车辆轮胎与地面之间支撑力与路面附着系数相乘所得，公式(19)如下：

M_f3＝ΦF_z2Kr (19)

公式(19)中，Φ＝0.15；F_z2＝10278N；r＝0.254m；将上述参数代入公式(19)计算出路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3为391.59N·m；

(2.4)计算转向轮回正阻力矩M_f

由式(18)(19)可得转向轮回正阻力矩M_f公式(20)如下：

公式(20)即为转向轮回正阻力矩计算模型，将步骤(2.1)、步骤(2.2)和步骤(2.3)的结果代入公式(20)得出转向轮回正阻力矩M_f为431.18N·m。(3)建立车辆行驶中的主销后倾角主动控制计算公式

车辆行驶，当后轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡时，转向轮停止回正，总回正力矩与总回正阻力矩平衡公式(21)如下：

M＝M_f (21)

根据公式(17)、(20)和(21)得到主销后倾角主动控制计算公式如下：

根据式(22)得到理想主销后倾角数值，控制调节机构中的调节电机5的转动方向和转角大小，通过齿轮齿条机构带动调节支架9进行水平位移调节，实现主销轴线L相应的调整，最终实现主销后倾角α的主动调节。

后轮转向时，轮胎开始回正时M＞M_f，随着轮胎侧偏角θ的减小，参见图7，由侧向力产生的回正力矩M₁也逐渐减小，同时由车桥位能产生的回正力矩即M₂、M₃、M₄之和也随着转向轮转角δ的减小而减小，直到前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡，转向轮停止回正，得到平衡公式(21)。将步骤(1)和步骤(2)的计算结果代入公式(22)得出当前车辆状态下理想主销后倾角α＝4.87°。

为验证实施例1中主销后倾角主动控制方法对车辆行驶稳定性的提高，综合考虑车辆侧向运动、横摆运动、侧倾运动，建立车辆三自由度模型，通过考虑驾驶员的控制行为，在车辆三自由度模型基础上引入预瞄跟踪模型，从而建立四自由度模型：

以上述四轮转向样车作为研究对象，通过分析样车侧向运动、横摆运动以及侧倾运动，分别计算出原主销后倾角与该算法所求主销后倾角时横摆角速度的瞬态响应，分析样车瞬态与稳态横摆角速度比值的时间历程，参见图9，可见本发明麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构的主动控制方法所求主销后倾角α对应横摆角速度超调量比原主销后倾角对应横摆角速度超调量显著降低，并且稳定时间显著缩短，证明该主销后倾角算法有利于提高车辆行驶稳定性。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构，包括麦弗逊悬架，其特征在于：还包括一对以上的调节机构；

所述调节机构包括支座(4)、调节电机(5)、齿轮齿条机构和导向机构；

所述支座(4)为U型支座；所述调节电机(5)固定设于支座(4)内的底板上；

所述齿轮齿条机构包括齿轮(6)和齿条(8)；所述齿轮(6)通过花键配合固定设于调节电机(5)的输出轴上；所述齿条(8)长度方向的两端分别通过连接杆分别固定设于支座(4)内的两侧边板上；

所述导向机构包括导向支架(9)和导向轴(10)，所述导向支架(9)为矩形块状，中部开设有导向孔，所述导向轴(10)配合设于导向支架(9)的导向孔内，导向轴(10)的两端分别固定设于支座(4)内的两侧边板上，且导向轴(10)平行于齿条(8)；

所述导向支架(9)通过顶部的一对上安装孔固定连接着齿条(8)的背面；导向支架(9)通过底部固定连接着阻尼器(12)上支点。

2.根据权利要求1所述的一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构，其特征在于：所述导向支架(9)的顶部设有上凸块，上凸块上开设有一对上安装孔，导向支架(9)的底部两侧分别设有下凸块，下凸块上开设有下安装孔。

3.基于权利要求1所述的一种麦弗逊悬架转向轮主销后倾角的调节机构的主动控制方法，其特征在于，主动控制操作步骤如下：

(1)建立车轮回正力矩计算模型

对于整车，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；车轮回正力矩由以下4部分组成：侧偏力产生的回正力矩M₁、主销内倾角β产生的回正力矩M₂、纵向力产生的回正力矩M₃、车辆自身重力产生的回正力矩M₄；

所述主销轴线为阻尼器上支点中心与下摆臂外侧球头中心的连接线，本发明中由于调节机构存在，因此主销轴线L应对移动齿条(8)的背面中心点与下摆臂(3)外侧球头中心的连接线；

设车辆前进方向为X轴正方向，车辆前进的右向为Y轴正方向，向上为Z轴正方向；L为主销轴线；L1为主销轴线L在XOZ平面的投影；L2为主销轴线在YOZ面的投影；所述主销后倾角α为L1与Z轴的夹角即主销后倾角；所述主销内倾角β为L2与Z轴的夹角即主销内倾角；

车轮回正力矩计算模型公式如下：M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)；

公式(17)中，M为回正力矩，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩；

(2)建立转向轮回正阻力矩计算模型

转向轮回正阻力矩计算模型公式如下：

公式(20)中，K表示车桥动载荷系数，无量纲；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数，无量纲；r₁表示上支点主销轴承半径，单位为m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数，无量纲；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径，单位为m；Φ表示路面附着系数，无量纲；β表示主销内倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径，单位为m；

(3)建立车辆行驶中的主销后倾角主动控制计算公式

车辆行驶，当前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡时，转向轮停止回正，总回正力矩与总回正阻力矩平衡公式(21)如下：

M＝M_f (21)

根据公式(17)、(20)和(21)得到主销后倾角主动控制计算公式如下：

公式(22)中，M_f1为车轮回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦阻力距，单位为N·m；M_f2为转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和，单位为N·m；M_f3为路面与轮胎之间的摩擦力矩，单位为N·m；F_y为轮胎所受侧偏力，单位为N；r表示车轮滚动半径，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；

根据式(22)得到理想主销后倾角数值，控制调节机构中的调节电机(5)的转动方向和转角大小，通过齿轮齿条机构带动调节支架(9)进行水平位移调节，实现主销轴线L相应的调整，最终实现主销后倾角α的主动调节；

对于两轮转向的车辆，按照上述步骤以两个转向轮为一个整体计算出理想主销后倾角数值，实现对主销后倾角的主动；

对于四轮转向的车辆，按照上述步骤以两个前转向轮为一个整体计算出前理想主销后倾角数值，以两个后转向轮为一个整体计算出后理想主销后倾角数值，根据前理想主销后倾角数值和后理想主销后倾角数值，分别对前轮主销后倾角和后轮主销后倾角实现主动调节。

4.根据权利要求3所述的主动控制方法，其特征在于：步骤(1)中，以车辆前进方向为x轴正方向，车辆前进的右向为y轴正方向，向上为z轴正方向；

(1.1)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

回正力矩M₁由侧偏力F_y与轮胎总拖距ξ乘积计算而来；

(1.1.1)计算侧偏力F_y

侧偏力F_y计算公式如下：

式(3)中：μ表示滑动摩擦系数，无量纲；k_γ表示轮胎外倾刚度N/rad；γ表示车轮外倾角，单位为rad；R表示转弯半径,单位为m；v表示车辆行驶速度，单位为km/h；表示无量纲侧偏角：/>其中θ为前轮侧偏角,单位为°，k为轮胎侧偏角θ＝0°时的轮胎侧偏刚度，单位为N/°，Λ为前轮前束角，单位为°；

F_z1是转向轮总垂直载荷F_z1＝F_z1r+F_z1l：

第一右轮胎垂直载荷公式如下：

第一左轮胎垂直载荷公式如下：

F_z1r为右轮胎垂直载荷，单位为N；F_z1l为左轮胎垂直载荷，单位为N；m表示整车质量，单位为kg；b表示车辆质心到前桥的距离，单位为m；h表示质心高度，单位为m；B表示前轮两主销轴线与地面交点间的距离，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；a_x表示车辆纵向加速度，单位为m/s²；a_y表示车辆横向加速度，单位为m/s²；

(1.1.2)计算轮胎总拖矩ξ

轮胎总拖距由气胎拖距和主销后倾角与轮胎接地印记两部分组成；

轮胎总拖距计算公式如下：

式(6)中：ξ表示轮胎总拖矩，单位为m；ξ_t表示气胎拖距，单位为m；α表示主销后倾角，单位为°；r表示车轮滚动半径，单位为m；l表示轮胎接地印记长度，单位为m；D是轮胎名义外径，Δ是车桥载荷径向变形量，单位为m；b是轮胎宽度，单位为m；C和Q是系数，C＝0.0228，Q＝0.0015b+0.42，F_z1是车桥垂直载荷，单位为N；p是轮胎气压，单位为kPa；(1.1.3)计算侧偏力产生的回正力矩M₁

侧偏力产生的回正力矩是侧偏力与轮胎总拖矩在侧偏力垂直方向上分量的乘积，根据公式(3)、(6)得到左右轮侧偏力产生的总回正力矩M₁公式(7)如下：

M₁＝F_yξcosα (7)

由于α<5°，cosα≈1，将公式(6)代入式(7)，得到式(8)如下：

公式(8)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体分别计算回正力矩M₁，四轮转向整车的前转向轮求解与所述步骤(1.1)相同；四轮转向整车的后转向轮求解与所述步骤(1.1)的不同在于，步骤(1.1.1)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2＝F_z2r+F_z2l，F_z2r为右后轮轮胎垂直载荷，单位为N；F_z2l为左后轮轮胎垂直载荷，单位为N；

此时上述步骤(1.1.1)中公式(4)和公式(5)应按照下面公式(41)和公式(51)计算：

第二右轮胎垂直载荷公式(41)如下：

第二左轮胎垂直载荷公式(51)如下：

公式(41)和公式(51)中，m表示整车质量，单位为kg；b表示车辆质心到前桥的距离，单位为m；h表示质心高度，单位为m；B表示前轮两主销轴线与地面交点间的距离，单位为m；L表示车桥间距，单位为m；a_x表示车辆纵向加速度，单位为m/s²；a_y表示车辆横向加速度，单位为m/s²；

四轮转向的车辆的后转向轮求解的其他操作同步骤(1.1)；

(1.2)计算主销内倾产生的回正力矩M₂

根据阿克曼理想关系可知，在车辆转弯过程中，由于前束角存在，车辆左右转向轮转角不相等，因此回正力矩M₂需对左右转向轮分别计算；

回正力矩M₂是左转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2l和右转向轮主销内倾角β产生的回正力矩M_2r之和，公式(11)如下：

M₂＝M_2r+M_2l (11)

假设车辆左转，则左转向轮转角δ_l＝δ+Λ，单位为°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ，单位为°；

右转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2r公式如下：

M_2r＝F_z1rqsin(2β)·sinδ_r (9)

左转向轮主销内倾角产生的回正力矩M_2l公式如下：

M_2l＝F_z1lqsin(2β)·sinδ_l (10)

公式(9)和(10)中，q表示转向节结点到前轮安装中心平面的距离，单位为m；β表示主销内倾角，单位为°；F_z1r为右轮胎垂直载荷，单位为N；F_z1l为右轮胎垂直载荷，单位为N；

公式(11)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.2)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.2)的不同在于，步骤(1.2)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.3)计算纵向力产生的回正力矩M₃

左右回正力矩方向相反，由于前束角的存在，导致车辆转弯过程中左右转向轮转角不等，进而导致左右纵向力产生的回正力矩大小不相等，因此，需对左右转向轮产生的回正力矩分别进行求解并取差值，假设车辆左转，M₃是由左前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积与右前轮胎与地面之间的摩擦力与主销偏置距r_δ在其垂直方向上分量的乘积之差，回正力矩M₃的公式(14)如下：

M₃＝M_l-M_r＝fr_δ(F_z1lcosδ_l-F_z1rcosδ_r) (14)

公式(14)中，左转向轮转角δ_l＝δ+Λ，单位为°；右转向轮转角δ_r＝δ-Λ，单位为°；

M_r＝F_z1rfr_δcosδ_r (12)

M_l＝F_z1lfr_δcosδ_l (13)

公式(14)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.3)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.3)的不同在于，步骤(1.3)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.4)计算车辆自身重力产生的回正力矩M₄

车辆自身重力产生的回正力矩M₄公式(16)如下：

M₄＝e_zsinβ(F_z1rsinδ_r+F_z1lsinδ_l) (16)

公式(16)中，F_z为轮胎接地面的垂直力，移向车轮中心线并在平行于转向节轴线和垂直于转向节轴线两个方向分解为：F_zcosβ、F_zsinβ，垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ，考虑主销后倾角α，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδcosα，由于主销后倾角α通常较小，因此cosα≈1，则垂直于主销轴线的力为F_zsinβsinδ；

力分界点到主销轴线的力臂e_z为：

e_z＝(r_δ+rtanβ)cosβ (15)

公式(15)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(1.4)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(1.4)的不同在于，步骤(1.4)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(1.5)回正力矩计算模型

总回正力矩M公式(17)如下：

M＝M₁+M₂+M₃+M₄ (17)

公式(17)中，M₁为侧偏力产生的回正力矩、M₂为主销内倾产生的回正力矩、M₃为纵向力产生的回正力矩、M₄为车辆自身重力产生的回正力矩。

5.根据权利要求3所述的主动控制方法，其特征在于：步骤(2)中，回正阻力矩M_f由三部分组成：回转时主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的摩擦力矩M_f1、转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2和路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3；

(2.1)计算摩擦阻力距M_f1

摩擦阻力距M_f1为主销在上支点轴承和下控制臂与转向节轴承出受到的力，公式(18)如下；

式(18)中：K表示车桥动载荷系数，无量纲；f₁表示上支点主销轴承摩擦因数，无量纲；r₁表示上支点主销轴承半径，单位为m；f₂表示转向节与下控制臂之间轴承摩擦因数，无量纲；r₂表示转向节与下控制臂之间轴承半径，单位为m；β表示主销内倾角，单位为°；F_z1是前桥垂直载荷，单位为N；

根据受力分析，麦弗逊悬架上支点处力为转向节与下控制臂轴承处力为F_d＝F_z1Ktanβ；

公式(18)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(2.1)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(2.1)的不同在于，步骤(2.1)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(2.2)计算阻力矩之和M_f2

转向传动机构的摩擦阻力矩和转向器反转时的阻力矩之和M_f2根据车辆配置实际测量得到；

(2.3)计算路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3

路面与轮胎之间的摩擦力矩M_f3由车辆轮胎与地面之间支撑力与路面附着系数相乘所得，公式(19)如下：

M_f3＝ΦF_z1Kr (19)

公式(19)中，Φ表示路面附着系数，无量纲；F_z1是车桥垂直载荷，单位为N；r表示车轮滚动半径，单位为m；

公式(19)适用于两轮转向的车辆；

对于四轮转向的车辆，将两个前转向轮作为一个整体和两个后转向轮作为一个整体计算回正力矩M₂，前转向轮整体的计算和所述步骤(2.3)相同；后转向轮整体的计算和所述步骤(2.3)的不同在于，步骤(2.3)中所述F_z1转向轮总垂直载荷为后转向轮的总垂直载荷F_z2；

(2.4)计算转向轮回正阻力矩M_f

由式(18)(19)可得转向轮回正阻力矩M_f公式(20)如下：

公式(20)即为转向轮回正阻力矩计算模型。

6.根据权利要求3所述的主动控制方法，其特征在于：步骤(3)中，

前轮转向时，轮胎开始回正时M>M_f，随着轮胎侧偏角θ的减小，由侧向力产生的回正力矩M₁也逐渐减小，同时由车桥位能产生的回正力矩即M₂、M₃、M₄之和也随着转向轮转角δ的减小而减小，直到前轮总回正力矩与总回正阻力矩相平衡，转向轮停止回正，得到平衡公式(21)。