sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2019-5-580-591sibadi-951Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ПОЛНОУПРАВЛЯЕМОГО ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯKINEMATIC STUDY OF THE FOUR-WHEELED STEERING SYSTEMhttps://orcid.org/0000-0002-0461-9543МаркинаА. А.MarkinaA. A.

Маркина Анастасия Александровна – канд. техн. наук, доц. кафедры «Подъемно-транспортные машины и роботы»

Anastasia A. Markina – Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Transporting and Lifting Machines Department

aa.akulova@urfu.ruЧепкасовC. Н.ChepkasovS. N.

Чепкасов Сергей Николаевич – старший преподаватель кафедры «Подъемно-транспортные машины и роботы»

Sergei N. Chepkasov – Senior Lecturer of the Transporting and Lifting Machines Department

79502027731@ya.ruБережнаяМ. А.BerezhnayaM. A.

Бережная Мария Александровна – студентка 4-го курса направления 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

Maria A. Berezhnaya – Student of the Transporting and Lifting Machines Department

Marria-1998@mail.ruФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation201901112019165580591Copyright © Маркина А.А., Чепкасов C.Н., Бережная М.А., 20192019Маркина А.А., Чепкасов C.Н., Бережная М.А.Markina A.A., Chepkasov S.N., Berezhnaya M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/951Введение

Введение. Со второй половины XX века вопрос безопасности в автомобильной промышленности выходит на первое место, поэтому особое внимание уделяется устойчивости и управляемости. Повышение показателей данных свойств может достигаться различными путями, одним из которых является конструкция с четырьмя управляемыми колёсами (4WS). Технические решения таких схем более исследованы в зарубежной литературе на примере спортивных автомобилей и некоторых японских моделей, работы отечественных исследователей носят в основном описательный характер существующих решений.

Материалы и методы

Материалы и методы. В статье приведён анализ кинематики легкового полноуправляемого автомобиля. Рассмотрена геометрия поворота с положительными и отрицательными углами подруливания, на основании чего предложены расчетные формулы для определения радиуса поворота автомобиля, углов поворота колес. Данные кинематические соотношения могут быть использованы при проектировании системы рулевого управления с четырьмя управляемыми колесами.

Результаты

Результаты. На примере автомобиля Volkswagen Polo произведён расчёт радиуса поворота и траекторной управляемости в зависимости от углов поворота колес передней и задней оси, показано изменение данных параметров и их влияние на безопасность и управляемость транспортного средства. Показаны преимущества применения полноуправляемой схемы для легкового автомобиля.

Introduction

Introduction. Since the second half of the 20th century the safety in the automotive industry has been bringing to the forefront. Therefore, researches pay special attention to stability and controllability. These properties increase in a variety of ways, one of which is using of the four-wheel steering system (4WS). Foreign literature presents technical solutions on the example of sport cars and some Japanese models.

Materials and methods

Materials and methods. The paper provided an analysis of the four-wheeled steering passenger car’s kinematics. The authors considered the turning geometry with positive and negative steering angles of rear axle, on the basis of which the researches proposed calculation formulas for determining the turning radius of the car and the angles of the wheels’ rotation. The kinematic relations used in designing a steering system with four steered wheels.

Results

Results. The authors on the example of Volkswagen Polo calculated the turning radius and controllability depending on the steering wheels’ angles of the front and rear axles. As a result, the paper demonstrated the change in parameters and the effect on the safety and handling of the vehicle. The authors also highlighted the advantages of using a four-wheeled steering system.

полноуправляемый автомобильавтомобиль с четырьмя управляемыми колесамикинематика поворота автомобиляманевренность автомобиляуправляемость автомобилятраекторная управляемостькурсовая устойчивость автомобиляподруливающая задняя осьрадиус поворота автомобилясхема поворота автомобиляfully-controlled carfour-wheeled steering systemturning kinematics of the vehiclecar maneuverabilitycar controllabilityintelligence steering control systemsteering axlecar turning radiushandling stabilitykinematic analysisReferencesMelnik V., Dovzhik M., Tatyanchenko B. Analytical method of examining the curvilinear motion of a four-wheeled vehicle / Melnik V., Dovzhik M., Tatyanchenko B., Solarov O., Sirenko Yu. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2017. T.3. № 7 (87). С. 59–65. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.101335.Melnik V., Dovzhik M., Tatyanchenko B., Solarov O., Sirenko Yu. Analytical method of examining the curvilinear motion of a four-wheeled vehicle. Vostochno-yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy. 2017; V.3. № 7 (87): 59–65. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.101335.Котиев Г.О., Чернышев Н.В., Горелов В.А. Математическая модель криволинейного движения автомобиля с колёсной формулой 8х8 при различных способах управления поворотом // Журнал Автомобильных Инженеров. 2009. №2 (55). С. 34–39. ISSN: 2073-9133.Kotiev G.O., Chernyshev N.V., Gorelov V.A. Matematicheskaja model’ krivolinejnogo dvizhenija avtomobilja s koljosnoj formuloj 8x8 pri razlichnyh sposobah upravlenija povorotom [Mathematical model of curved movement of a car with the 8x8 wheel formula under various methods of the turning control]. Zhurnal Avtomobil’nyh Inzhenerov. 2009; 2 (55): 34–39. ISSN: 2073-9133.Горелов В.А., Косицын Б.Б. Разработка комплексной системы управления движением спортивного автомобиля класса «Формула Студент» по заданной трассе // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. №7 [676]. С. 45–54. DOI 10.18698/0536-1044-2016-7-45-55.Gorelov V.A., Kosicyn B.B. Razrabotka kompleksnoj sistemy upravlenija dvizheniem sportivnogo avtomobilja klassa “Formula Student” po zadannoj trasse [Development of complex system of the sport car’s movement control of the “Formula Student” class along the specified route]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie. 2016; 7 [676]: 45–54. DOI 10.18698/0536-1044-2016-7-45-55.Тарасик В.П. Методика имитационного моделирования режима испытаний на управляемость и устойчивость автомобиля при вхо- де в поворот // Вестник Белорусско-Российского университета. 2019. № 2 (63). С. 44–53. ISSN: 2077-8481.Tarasik V.P. Metodika imitacionnogo modelirovanija rezhima ispytanij na upravljaemost’ i ustojchivost’ avtomobilja pri vhode v povorot [Simulation method of the mode of tests for controllability and stability of the car at the turning]. Vestnik Belorussko-Rossijskogo universiteta. 2019; 2 (63): 44–53. ISSN: 2077-8481.Тумасов А.В., Вашурин А.С., Торопов Е.И. [и др.] Оценка устойчивости автомобилей, оснащенных электронными системами помощи водителю, по результатам виртуально-физических испытаний // Актуальные вопросы машиноведения. 2018. №7. С. 27–31. ISSN 2306-3084.Tumasov A.V., Vashurin A.S., Toropov E.I. i dr. Ocenka ustojchivosti avtomobilej, osnashhennyh jelektronnymi sistemami pomoshhi voditelju, po rezul’tatam virtual’no-fizicheskih ispytanij [Evaluation of the vehicles’ stability equipped with electronic driver assistance systems based on results of virtual-physical tests]. Aktual’nye voprosy mashinovedenija. 2018; 7: 27–31. ISSN 2306-3084.Пожидаев С.П. Исследование управляемости колесных машин с помощью частотных методов анализа // В сборнике: Организация и безопасность дорожного движения: матери- алы X Международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию со дня рождении д-ра техн., наук, проф. Л.Г. Резника: в 2 томах. 2017. С. 98–105.Pozhidaev S.P. Issledovanie upravljaemosti kolesnyh mashin s pomoshh’ju chastotnyh metodov analiza [Research of the wheeled vehicles controllability by the frequency analysis methods]. V sbornike: Organizacija i bezopasnost’ dorozhnogo dvizhenija Materialy X mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 85-letiju so dnja rozhdenija d. t. n., professora L.G. Reznika: v 2 tomah. 2017: 98–105.Морозов С.А. К вопросу о повышении устойчивости легковых автомобилей малого класса с всеколесным рулевым управлением // Журнал Автомобильных Инженеров. 2009. №4 (57). С. 26–29.Morozov S.A. K voprosu o povyshenii ustojchivosti legkovyh avtomobilej malogo klassa s vsekolesnym rulevym upravleniem [To the issue of increasing the stability of small-class passenger cars with all-wheel steering]. Zhurnal Avtomobil’nyh Inzhenerov. 2009; 4 (57): 26–29.Олешицкий С.В., Дремов А.Б. Полноуправляемые автомобили // В сборнике: Будущее науки – 2018. Сборник научных статей 6-й Международной молодежной научной конференции. В 4-х томах. Ответственный редактор А.А. Горохов. 2018. С. 217–220.Oleshickij S.V., Dremov A.B. Polnoupravljaemye avtomobili [Fully controlled cars]. V sbornike: Budushhee nauki – 2018. Sbornik nauchnyh statej 6-j Mezhdunarodnoj molodezhnoj nauchnoj konferencii. V 4-h tomah. Otvetstvennyj redaktor A.A. Gorohov. 2018: 217–220.Sundar S., Sudarsanan T., Krishnan R.. Review of Design and Fabrication of four wheel Steering system // International Journal of Recent Trends in Engineering & Research (IJRTER). 2018. Volume 04. Issue 10. pp. 1034–1049.Sundar S., Sudarsanan T., Krishnan R. Review of Design and Fabrication of four wheel Steering system. International Journal of Recent Trends in Engineering & Research (IJRTER). 2018; Volume 04, Issue 10: 1034–1049.Серикова И.А. Динамическая устойчивость автомобилей с всеколесным рулевым управлением // Автомобиль и Электроника. Современные Технологии. 2012. № 1 (3). С. 24–29.Serikova I.A. Dinamicheskaya ustoychivost’ avtomobiley s vsekolesnym rulevym upravleniyem [Dynamic stability of all-wheel steering vehicles]. Avtomobil’ i Elektronika. Sovremennyye Tekhnologii. 2012; 1 (3): 24–29.Pilisiewicz J., Kaczyński R. Geometric analysis of maneuverability performance for vehicles with two steering axles // Transport Problems. 2017. V. 12. Issue 2. pp 43–52. DOI: 10.20858/tp.2017.12.2.5.Pilisiewicz J., Kaczyński R. Geometric analysis of maneuverability performance for vehicles with two steering axles. TRANSPORT PROBLEMS. 2017; V. 12, – Issue 2: 43 – 52. DOI: 10.20858/tp.2017.12.2.5Singh A., Kumar A., Chaudhary R., Singh R. Study of 4 Wheel Steering Systems to Reduce Turning Radius and Increase Stability // International Conference of Advance Research and Innovation (ICARI-2014). 2014. рр. 96–102. ISBN 978-93-5156-328-0.Singh A., Kumar A., Chaudhary R., Singh R. Study of 4 Wheel Steering Systems to Reduce Turning Radius and Increase Stability. International Conference of Advance Research and Innovation (ICARI-2014). 2014; 96–102. ISBN 978-93-5156-328-0Ai, Y., Zhou, Q., & Zhang, H. A New Simulation Model for 4WS Vehicles based on Dynamic Tire Friction Model. // 2nd IEEE/ASME International Conference on Mechatronics and Embedded Systems and Applications. 2006. pp. 1–6.Ai, Y., Zhou, Q., & Zhang, H. A New Simulation Model for 4WS Vehicles based on Dynamic Tire Friction Model. 2nd IEEE/ASME International Conference on Mechatronics and Embedded Systems and Applications. 2006: pp. 1–6.Zharif M., Ogino H., Ishak M. Research on Steering Control of a 4 Wheel Steering Electric Vehicle with Intelligence Steering Control System // Proceedings of the School of Engineering Tokai University. 2015. Ser. E 40. pp. 71–75.Zharif M., Ogino H., Ishak M. Research on Steering Control of a 4 Wheel Steering Electric Vehicle with Intelligence Steering Control System. Proceedings of the School of Engineering Tokai University. 2015; Ser. E 40: pp. 71–75Sethupathi A., Chandradass B., Praketh J., Asuthkar G., Kumar M. Design and fabrication of four wheel steering system for light motor vehicles. / Sethupathi A., Chandradass B., Praketh J., Asuthkar G., Kumar M. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. pp. 1202–1217. DOI: 10.1088/1757-899X/402/1/012185.Sethupathi A., Chandradass B., Praketh J., Asuthkar G., Kumar M. Design and fabrication of four wheel steering system for light motor vehicles. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019: pp. 1202–1217. DOI: 10.1088/1757-899X/402/1/012185.X. Tu, J. Lie. Robust navigation control of a 4WD/4WS agricultural robotic vehicle // Computers and Electronics in Agriculture. 2019. pp. 164–175. DOI: 10.1016/j.compag.2019.104892.X. Tu, J. Lie. Robust navigation control of a 4WD/4WS agricultural robotic vehicle. Computers and Electronics in Agriculture. 2019: pp. 164–175. DOI: 10.1016/j.compag.2019.104892.Amdouni I., Jeddi N., Amraoui L.. Optimal control approach developed to Four-Wheel Active Steering Vehicle // IEEE. 2016. pp. 1–6, DOI: 10.1109/ICMSAO.2016.6552547.Amdouni I., Jeddi N., Amraoui L. Optimal control approach developed to Four-Wheel Active Steering Vehicle // IEEE. 2016: pp. 1–6, DOI: 10.1109/ICMSAO.2016.6552547Allwright J. Four Wheel Steering (4WS) on a Formula Student Racing Car // VTE-J. Vol. 1. №1. 2015. pp. 3–12.Allwright J. Four Wheel Steering (4WS) on a Formula Student Racing Car. VTE-J. 2015; Vol. 1, №1: pp. 3–12.Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. – М.: Машиностроение, 1971. – 416 с.Litvinov A.S. Upravlyayemost’ i ustoychivost’ avtomobilya. – М.: Mashinostroyeniye, 1971. – 416 p.Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. – М.: Маши- ностроение, 1973. – 216с.Antonov D.А. Teoriya ustoychivosti dvizheniya mnogoosnykh avtomobiley. – М.: Mashinostroyeniye, 1973. – 216 p.Горелов В.А., Наумов В.Н. Всеколесное управление: поворот к маневренности // Мир транспорта. – 2008. – No2. – С. 28 – 35.Gorelov V.A., Naumov V.N. Vsekolesnoye upravleniye: povorot k manevrennosti. Mir transporta, 2008, No2: pp. 28 – 35.Tan Y., Guo Sh., Hong Y. Slidingmode control of four wheel steering systems // ICMA. 2017. pp. 1250–1255. DOI: 10.1109/ICMA.2017.8015996.Tan Y., Guo Sh., Hong Y. Sliding-mode control of four wheel steering systems. ICMA. 2017: pp. 1250–1255. DOI: 10.1109/ICMA.2017.8015996.Tirumala A., Anurag J. Analysis of a fourwheeled steering mechanism for automobiles. // AIP Conference Proceedings. 2019. pp. 2148–2161. DOI: 10.1063/1.5123976.Tirumala A., Anurag J. Analysis of a fourwheeled steering mechanism for automobiles. AIP Conference Proceedings. 2019: 2148–2161. DOI: 10.1063/1.5123976.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.