四轮转向汽车电子控制技术

作者：时间：2014-02-08来源：网络收藏

4.1.3 车身横摆角速度传感器

车身横摆角速度传感器安装在汽车质心处的车身上，采用压电射流角速度传感器，检测汽车转向行驶时的车身横摆角速度，以电信号的形式输入ECU,ECU输出控制信号，实时控制汽车的转向运动，保证汽车转向行驶时的动态稳定性。

4.2 电控单元（ECU）

ECU是4WS系统的核心，其功用是根据制定的控制方案，按照编制的程序对各种传感器输入信号进行分析、计算、处理，输出一定的控制信号指令，驱动步进电动机动作。其电控单元的控制框图如2图所示，4WS系统ECU主要由输入信号调理电路、微处理器、输出信号处理电路、电源电路等硬件部分和控制程序、软件平台等软件部分组成。为保证控制系统可靠地工作，电控单元还必须采取有效的抗干扰措施和故障自诊断处理措施。

4.3 步进电动机

电动机采用步进电动机，其功用是根据ECU的指令输出适宜的转矩和转角，驱动后轮转向机构，控制后轮的转向，是后轮转向系统中的驱动执行元件。步进电动机是一种数字控制电动机，将数字式电脉冲信号转换成角位移，控制性能好，非常适合于单片机控制。采用步进电动机的主要优点是：步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，随动性好，可与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统；动态响应快，易于实现起停、正反转及变速；具有自锁和保持转矩能力；结构简单，坚固耐用，抗干扰能力强。

4.4 减速机构

减速机构的功用是降低步进电动机转速，增大步进电动机传递给转向传动机构的转矩，常采用蜗轮蜗杆机构或行星齿轮机构。

4.5 后轮转向传动机构

不同的车型，后轮转向传动机构的结构形式也不一样，可采用传统的转向机构形式，也可根据汽车后悬结构和行驶转向要求，设计特定结构形式的后轮转向机构。

5.电控电动式4WS系统的特点分析

5.1 电控电动式4WS与普通2WS系统对比分析

电控电动式4WS汽车与普通的2WS汽车相比，电控电动式4WS汽车具有如下特点：

（1）转向操作的响应加快，准确性高。

（2）转向操作的轻便性和行驶稳定性提高。低速时，转弯半径小，转向操作的机动灵活性提高（如图3所示）。

（3）超车时，变换车道更容易，减小了汽车产生摆尾和侧滑的可能性。抗侧向干扰的稳定性效果好。

5.2 电控电动式4WS与电控液压式4WS系统对比分析

电控电动式4WS系统与电控液压式4WS系统相比，也具有显着的优势：

①采用步进电动机作为后轮转向系统的驱动执行元件，动态响应快，改善了瞬态转向灵敏度，有效地降低了电控液压式转向系统的转向滞后特性。

②步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，在转动过程中，无累积误差，随动性好，转向控制精度高，回正性好。

③系统刚性大，有较高的惯性力矩，抗外界干扰的能力强。结构紧凑，体积小，质量轻，装配布置方便。

④步进电动机由蓄电池供电，发动机动力消耗。没有液压系统装置，系统的调整和检测方便，装配自动化程度高，能缩短系统产品的生产和开发周期。

6.电控电动式4WS系统的技术展望目前在成型的4WS汽车中主要采用电控液压式4WS系统。虽然电控电动式4WS系统发展较晚，相应的技术还不够成熟，存在动力小、ECU复杂、成本高等不足之处，但随着现代电子技术、电机技术的飞速发展和应用，电控电动式4WS系统在技术上将不断完善，在转向控制性能、系统布置、节能等方面也将越来越显示其优越性，其应用前景广阔，必将取代电控液压式4WS系统，并成为4WS系统发展的主流。它的发展趋势有以下几点：

（1）针对4WS系统，进一步开发、设计高性能、高精度、高灵敏度的传感器，以便于正确地检测汽车的运动信号。

（2）将先进的控制理论与控制方法应用于4WS控制器的研究中，提高转向控制性能。

（3）改进步进电动机的结构和控制技术，消除步进电动机工作时存在的振荡、失步、振动、噪声等不足。

（4）研究、设计结构合理、布置方便的后轮转向传动机构，实现后轮的正确转向。

（5）进一步简化系统，减小系统结构的体积，控制生产成本。

（6）把4WS技术与其它主动安全技术（如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等）相结合，实现汽车主动底盘技术的综合控制，这是主动控制4WS系统研究的长期目标。