本发明属于车辆转向技术领域，特别涉及一种四轮驱动差速转向车辆及转向方法。
背景技术：
差速转向技术是车辆通过控制左右两边驱动轮的转速实现转向，驱动轮转速不同时，即使无转向轮或者转向轮不动作，车身也会旋转；驱动轮转速的不同可以通过操作安装在左右半轴上的两个单独的离合器或制动装置来实现，工程机械上采用液压马达四轮独立驱动、通过内外驱动轮转速的不同来实现差速转向。四轮驱动差速转向底盘具备结构简单、使用方便、机动灵活等特点，具备四轮驱动差速转向的滑移装载机，广泛应用于市政建设、道路或建筑工地；近年来四轮驱动差速转向的车辆，广泛应用于农业、林业、畜牧业等作业场地。
四轮驱动差速转向适用于轮距与轴距比k＞1的车辆，其最佳取值范围为k＝1.3～1.4，优化的轮距与轴距比可以为车辆提供较好的稳定性、最优的转向性能，并且降低能量损耗、减少轮胎磨损。当k＞1.4时，会造成车辆稳定性差、额定载荷小的问题，应用条件和环境受到限制；当1.3＞k＞1.0，虽然稳定性增加，但是侧滑增大，导致转向性能变差、能量损耗增大，同时会造成轮胎磨损过快、行走部件受力较大；对于轮距与轴距比k<1.0的车辆，侧滑急剧增大，无法应用四轮驱动差速转向技术。研究轮距与轴距比k<1的四轮驱动差速转向技术，应用于细长型车辆的四轮驱动差速转向具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的是要提供一种适用于轮距与轴距比k<1的四轮驱动差速转向车辆及转向方法，实现细长型车辆的差速转向。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：
四轮驱动差速转向车辆，包括：前车架(1)、后车架(2)、离合机构(3)、悬架(4)、车轮(5)，前车架(1)和后车架(2)位于同一车架平面m内转动联接，转动轴线pp、转角θ，pp⊥m，在车架平面m内前车架(1)和后车架(2)相对转动由离合机构(3)控制，离合机构(3)分离时前车架(1)和后车架(2)绕轴线pp自由转动，离合机构(3)在θ＝0条件下结合时前车架(1)和后车架(2)成为同一刚性体，四个悬架(4)按给定的轴距a和轮距b左右对称两两一组分别安装在前车架(1)和后车架(2)上，四个悬架(4)下部分别与四个车轮(5)联接，轴线pp位于车辆纵向中央平面，轴线pp与两个前车轮轴线垂直交错、距离c，轴线pp与两个后车轮轴线垂直交错、距离d，a＝c+d，四个车轮(5)独立驱动，离合机构(3)分离时四个车轮(5)差速驱动、车辆转向，离合机构(3)在θ＝0条件下结合时四个车轮(5)等转速驱动、车辆直行，四个车轮(5)在前、后车架上的布置顺序为f1、f2、f3、f4。
所述的离合机构(3)采用机械式离合器、电磁式离合器或液压式离合器等具有结合和分离功能的机构，均能够实现差速转向；
所述车轮(5)的轮毂采用电机或液压马达等可独立控制转速的动力装置驱动，均能够实现四轮驱动、差速转向；
四轮驱动差速转向方法，包括：
车辆转向时，给定转向角度α，α＞0，离合机构(3)分离，四个车轮(5)差速驱动，车轮f1、f2、f3、f4的转速分别为n1、n2、n3、n4，满足以下关系式：
由
给定车轮f1的转速度n1，由以上三个关系式求得其他三个车轮f2、f3、f4的转速分别为n2、n3、n4，实现车辆转向角度α，获得转弯半径
车辆行驶过程中，给定任意转向角度α后，由车辆转向时行驶速度v，结合三个关系式求得四个车轮的转速分别为n1、n2、n3、n4，完成车辆差速转向，实现车辆转向数字化控制。转向过程中，前、后车架转角θ自适应变化，减小了四轮驱动差速转向过程中车轮侧向滑移，由此提供了轮距与轴距比k<1的车辆四轮驱动差速转向方法，实现细长型车辆的差速转向。
n1＝n2＝n3＝n4时，车辆直线行驶；车辆在直线行驶过程中，离合机构(3)在θ＝0条件下结合，四个车轮(5)等转速驱动；离合机构(3)结合后，前、后车架锁紧成为一刚性体，极大地减小了由于道路条件引起车轮打滑对车辆行驶直线性的影响。
本发明的有益效果在于，提供一种适用于轮距与轴距比k<1的四轮驱动差速转向车辆及转向方法，实现细长型车辆的差速转向；所述车辆具有数字化控制车辆转向角度的功能，应用于智能车辆转向控制系统，实现车辆自动驾驶。
附图说明
图1为四轮驱动差速转向车辆主视原理图；
图2为四轮驱动差速转向车辆俯视原理图；
图3为四轮驱动差速转向车辆转向原理图；
其中，1：前车架；2：后车架；3：离合机构；4：悬架；5：车轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示的四轮驱动差速转向车辆主视原理图，四轮驱动差速转向车辆，包括：前车架(1)、后车架(2)、离合机构(3)、悬架(4)、车轮(5)，前车架(1)和后车架(2)位于同一车架平面m内转动联接，转动轴线pp、转角θ，pp⊥m，在车架平面m内前车架(1)和后车架(2)相对转动由离合机构(3)控制，离合机构(3)分离时前车架(1)和后车架(2)绕轴线pp自由转动，离合机构(3)在θ＝0条件下结合时前车架(1)和后车架(2)成为同一刚性体，离合机构(3)采用机械式离合器、电磁式离合器或液压式离合器等具有结合和分离功能的机构，均能够实现差速转向；四个悬架(4)按给定的轴距a和轮距b左右对称两两一组分别安装在前车架(1)和后车架(2)上，四个悬架(4)下部分别与四个车轮(5)联接，轴线pp位于车辆纵向中央平面，轴线pp与两个前车轮轴线垂直交错、距离c，轴线pp与两个后车轮轴线垂直交错、距离d，a＝c+d，四个车轮(5)独立驱动，离合机构(3)分离时四个车轮(5)差速驱动、车辆转向，离合机构(3)在θ＝0条件下结合时四个车轮(5)等转速驱动、车辆直行，四个车轮(5)在前、后车架上的布置顺序为f1、f2、f3、f4(如图2所示)；车轮(5)的轮毂采用电机或液压马达等可独立控制转速的动力装置驱动，均能够实现四轮驱动、差速转向。四轮驱动增强了车辆的行驶动力，差速转向简化了车辆的转向系统，更好地适应于农业、林业、畜牧业等作业环境。
图3所示的四轮驱动差速转向车辆转向原理图，四轮驱动差速转向方法，包括：
车辆转向时，给定转向角度α，α＞0，离合机构(3)分离，四个车轮(5)差速驱动，车轮f1、f2、f3、f4的转速分别为n1、n2、n3、n4，满足以下关系式：
由
给定车轮f1的转速度n1，由以上三个关系式求得其他三个车轮f2、f3、f4的转速分别为n2、n3、n4，实现车辆转向角度α，获得转弯半径
车辆行驶过程中，给定任意转向角度α后，由车辆转向时行驶速度v，结合三个关系式求得四个车轮的转速分别为n1、n2、n3、n4，完成车辆差速转向，实现车辆转向数字化控制。转向过程中前、后车架转角θ自适应变化，减小了四轮驱动差速转向过程中车轮侧向滑移，由此提供了轮距与轴距比k<1的车辆四轮驱动差速转向方法，实现细长型车辆的差速转向。
n1＝n2＝n3＝n4时，车辆直线行驶；车辆在直线行驶过程中，离合机构(3)在θ＝0条件下结合，四个车轮(5)等转速驱动；离合机构(3)结合后，前、后车架锁紧成为一刚性体，极大地减小了由于道路条件引起车轮打滑对车辆行驶直线性的影响。
参考奇瑞pk400-b拖拉机底盘，试验样机设计参数：轴距a＝1966mm，轮距b＝1300mm，c＝766mm，d＝a-c＝1200mm，车轮半径r＝400mm，轮距与轴距比k＝0.66，给定车辆的转向角度α＝0～45°。设定转向时行驶速度v＝5km/h时：
当α＝20°时，n1＝29.05r/min、n2＝36.66r/min、n3＝36.21r/min、n4＝28.60r/min，r＝6263.1mm；
当α＝30°时，n1＝26.81r/min、n2＝38.14r/min、n3＝37.13r/min、n4＝25.80r/min，r＝4376.8mm；
当α＝40°时，n1＝24.49r/min、n2＝39.44r/min、n3＝37.62r/min、n4＝22.68r/min，r＝3429.8mm；
试验样机提供了轮距与轴距比k<1的四轮驱动差速转向底盘设计参数及转向方法，实现细长型车辆的差速转向；样机底盘具有数字化控制车辆转向角度的功能，应用于智能车辆转向控制系统，实现车辆自动驾驶。四轮驱动差速转向底盘，将更适应于农业、林业、畜牧业等作业环境。