电控四轮转向系统特性分析及仿真(附件)【字数：9773】
摘 要随着现代社会的经济发展，科学技术的快速进步与发展，使得电子技术日趋成熟，推动了汽车行业的整体技术不断革新，出现了很多具有不同特色的车辆。当前社会人们由于经济快速的发展，使得生活水平有了显著地提高，因此人们对于物质性的享受便越来越重视，因此人们对于当前车辆的安全性、舒适性、动力性、操作稳定性等要求也越来越高，四轮转向系统的出现便极大地改善了车辆的安全性与操作稳定性，同时随着现代技术的发展，整车控制技术已经不是阻碍汽车发展的关键性问题，因此四轮转向也日益可靠。四轮转向是一种前后轮均可参与转向运动的一种转向方式，同时后轮的转角可以根据实际情况进行实时变换，当车辆低速过弯时，后轮反向转动，提高车辆的通过性与机动性，当高速过弯时，为防止车辆因侧向力过大失控或是翻车，前后轮同方向转动，提高了车辆的行驶稳定性。本篇论文选用前后轮的转向机构均为整体式转向梯形，由转向参数决定其前轮与后轮的内外轮转角关系，同时建立与之匹配的平面数学模型，进一步分析内外轮转向角的关系。同时建立四轮转向系统的平面数学模型，分析其运动特征，详细分析一般电控四轮转向系统的转向特性和运动关系。最后通过四轮转向系统的模型对车辆前后轮之间的转角关系进行分析。总体上研究电控四轮转向系统转向机构的研究分析。
curve, The relationship of front and rear wheel steering 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 四轮转向系统的国外研究现状 1
1.3 国内研究现状 2
1.4 电控四轮转向系统结构及工作原理 2
1.5 论文研究目的和意义 3
第二章 电控四轮转向系统转向结构概述 4
2.1 前轮转向结构概述 4
2.2 国内外对转向机构的研究现状及发展趋势 4
2.3 前轮转向的优缺点分析 5
第三章 前轮转向机构分析 7
3.1前轮转向梯形结构 7
3.2 前转向梯形平面数学模型 8
3.2.1 理想情况下的左右轮转角关系 8
3.2.2 前转向梯形平面模型参数的确定 9
3.2.3 平面模型内 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
外轮转角关系 9
第四章 后轮转向机构及分析 12
4.1 后轮转向驱动桥组成 12
4.2 后转向梯形平面模型 13
第五章 四轮转向系统的动特性分析 16
5.1四轮独立转向汽车模型及运动微分方程的建立 16
第六章 车辆前后轮转角关系及转向特性分析 20
6.1 低速时前后轮转角关系 20
6.2 高速状态下的转角关系 21
6.3前后轮转角比值的确定与图示 22
第七章：电控四轮转向系统模型仿真 23
7.1系统仿真 23
论文总结 26
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
现代汽车大多都采用的是前轮驱动转向后轮从动的方案，此方案下的汽车可以在基本上满足车辆的转向行驶。但是车辆会在低速时受到最大转向角的限制，使得低速时的转弯半径很大。因此会降低车辆的机动性；高速时车辆的侧向加速度过大和车辆横摆又会导致车辆变得难以控制，容易使车辆侧倾甚至于翻转等严重后果。所以随着现代交通系统和汽车技术的卓越发展，产生的一系列交通问题使得传统转向系统已无法满足当今社会的发展，人们对车辆的转向操作性的要求越来越高。为了满足汽车在各个工况下均可以保证其转向基本性能的同时满足人们对驾乘的舒适度和安全性越来越苛刻的要求，汽车的四轮转向系统应运而生。汽车四轮转向系统（Fourwheel Steering4WS）是指汽车在进行转向时，后轮可以相对车身进行主动转向，使得汽车的四个车轮均可以起到转向作用，以改善汽车的转向机动性、操作稳定性和行驶安全性。四轮转向的车辆在低速行驶转向过程中，汽车前后轮相向转向，此举可以减少汽车质心的侧偏角，减少汽车横摆角速度和侧向加速度之间的差值，提高车身的防侧滑能力，改善车辆的操作稳定性。
1.2 四轮转向系统的国外研究现状
世界上第一个四轮转向系统出现于日本，从1901年以后，关于汽车四轮转向的研究和发展始终随着整个汽车工业的发展而发展，研究目的也从以前的仅仅是减少转弯半径变成了以研究车辆的转向稳定性为目的的研究，日前四轮转向系统已经大量的装备应用于SUV、大型车辆、特种车辆等车型中，均具有了十分良好的效果。
1988年3月，铃木公司正式研发出了世界上第一款电控助力转向系统（Electric power SteeringEPS）。并首次装备运用于CERVO车上，有效的克服了以前使用的液压助力转向上的缺陷。在EPS的基础上，电控电动式四轮转向系统应运而生。1992年，在日本本田序曲的汽车上采用了电控电动式四轮转向系统。1993年，在日产全新的LAUREL车系上也使用了电控电动式SUPER HICAS的四轮转向系统。电控电动式的四轮转向系统具有结构简单、布置容易、控制效果好。随着社会上计算机行业的高速发展，电控电动式四轮转向系统将是未来四轮转向汽车的发展趋势。
1.3 国内研究现状
我国目前对四轮转向系统的车辆的研究才刚刚起步，由于技术资金等各种原因的限制，使得研究的进程进展的十分缓慢，仅仅止步于理论上的研究，对于实车上的发展仍然没有多少头绪。目前东南大学、上海交通大学等高校对4WS系统的车辆开始进行了深入式的发展研究，他们尝试将以现有的二轮转向设计为基础进行整车改造，保留原有的车辆转向系统并对后桥进行改造，使后桥能够转向。改装后的车辆为电控电动式4WS车辆，经过台架试验和道路路试试验之后，发现车辆在低速和高速转向时都可以发挥稳定的作用，与2WS的车辆相比有极大的改善，与试验数据进行对比后发现基本一致。
1.4 电控四轮转向系统结构及工作原理
电控电动四轮转向系统的前后轮转向器均为电动助力，两转向器之间无任何机械联结装置及液压管路等部件，转向盘与转向轮之间没有机械联接，ECU接受转向盘等转向信号，直接对前后轮的转向进行控制，具有前后轮转向角之间关系控制精确、控制自由度高、机械结构简单等优点。
电动四轮转向系统由电控单元（7）、前轮转向机构2、后轮转向机构11、电动机8、减速机构9、车速传感器5等组成，如图11所示。
汽车转向时，驾驶员转动方向盘，ECU根据转向盘的转角和转矩、车轮转角、汽车行驶速度、横摆加速度和侧向加速度等信号，进行分析计算，判断驾驶员的转向意图及汽车的运动状态，前后转角的确立是由内部控制模块驱动的，并向步进电动机输出驱动信号，电动机驱动后轮偏转，实现汽车的四轮转向。同时，ECU计算后轮目标转角与实际转角之差进行调整，从而实现汽车行驶状况的实时监控。
curve, The relationship of front and rear wheel steering 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 四轮转向系统的国外研究现状 1
1.3 国内研究现状 2
1.4 电控四轮转向系统结构及工作原理 2
1.5 论文研究目的和意义 3
第二章 电控四轮转向系统转向结构概述 4
2.1 前轮转向结构概述 4
2.2 国内外对转向机构的研究现状及发展趋势 4
2.3 前轮转向的优缺点分析 5
第三章 前轮转向机构分析 7
3.1前轮转向梯形结构 7
3.2 前转向梯形平面数学模型 8
3.2.1 理想情况下的左右轮转角关系 8
3.2.2 前转向梯形平面模型参数的确定 9
3.2.3 平面模型内 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
外轮转角关系 9
第四章 后轮转向机构及分析 12
4.1 后轮转向驱动桥组成 12
4.2 后转向梯形平面模型 13
第五章 四轮转向系统的动特性分析 16
5.1四轮独立转向汽车模型及运动微分方程的建立 16
第六章 车辆前后轮转角关系及转向特性分析 20
6.1 低速时前后轮转角关系 20
6.2 高速状态下的转角关系 21
6.3前后轮转角比值的确定与图示 22
第七章：电控四轮转向系统模型仿真 23
7.1系统仿真 23
论文总结 26
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
现代汽车大多都采用的是前轮驱动转向后轮从动的方案，此方案下的汽车可以在基本上满足车辆的转向行驶。但是车辆会在低速时受到最大转向角的限制，使得低速时的转弯半径很大。因此会降低车辆的机动性；高速时车辆的侧向加速度过大和车辆横摆又会导致车辆变得难以控制，容易使车辆侧倾甚至于翻转等严重后果。所以随着现代交通系统和汽车技术的卓越发展，产生的一系列交通问题使得传统转向系统已无法满足当今社会的发展，人们对车辆的转向操作性的要求越来越高。为了满足汽车在各个工况下均可以保证其转向基本性能的同时满足人们对驾乘的舒适度和安全性越来越苛刻的要求，汽车的四轮转向系统应运而生。汽车四轮转向系统（Fourwheel Steering4WS）是指汽车在进行转向时，后轮可以相对车身进行主动转向，使得汽车的四个车轮均可以起到转向作用，以改善汽车的转向机动性、操作稳定性和行驶安全性。四轮转向的车辆在低速行驶转向过程中，汽车前后轮相向转向，此举可以减少汽车质心的侧偏角，减少汽车横摆角速度和侧向加速度之间的差值，提高车身的防侧滑能力，改善车辆的操作稳定性。
1.2 四轮转向系统的国外研究现状
世界上第一个四轮转向系统出现于日本，从1901年以后，关于汽车四轮转向的研究和发展始终随着整个汽车工业的发展而发展，研究目的也从以前的仅仅是减少转弯半径变成了以研究车辆的转向稳定性为目的的研究，日前四轮转向系统已经大量的装备应用于SUV、大型车辆、特种车辆等车型中，均具有了十分良好的效果。
1988年3月，铃木公司正式研发出了世界上第一款电控助力转向系统（Electric power SteeringEPS）。并首次装备运用于CERVO车上，有效的克服了以前使用的液压助力转向上的缺陷。在EPS的基础上，电控电动式四轮转向系统应运而生。1992年，在日本本田序曲的汽车上采用了电控电动式四轮转向系统。1993年，在日产全新的LAUREL车系上也使用了电控电动式SUPER HICAS的四轮转向系统。电控电动式的四轮转向系统具有结构简单、布置容易、控制效果好。随着社会上计算机行业的高速发展，电控电动式四轮转向系统将是未来四轮转向汽车的发展趋势。
1.3 国内研究现状
我国目前对四轮转向系统的车辆的研究才刚刚起步，由于技术资金等各种原因的限制，使得研究的进程进展的十分缓慢，仅仅止步于理论上的研究，对于实车上的发展仍然没有多少头绪。目前东南大学、上海交通大学等高校对4WS系统的车辆开始进行了深入式的发展研究，他们尝试将以现有的二轮转向设计为基础进行整车改造，保留原有的车辆转向系统并对后桥进行改造，使后桥能够转向。改装后的车辆为电控电动式4WS车辆，经过台架试验和道路路试试验之后，发现车辆在低速和高速转向时都可以发挥稳定的作用，与2WS的车辆相比有极大的改善，与试验数据进行对比后发现基本一致。
1.4 电控四轮转向系统结构及工作原理
电控电动四轮转向系统的前后轮转向器均为电动助力，两转向器之间无任何机械联结装置及液压管路等部件，转向盘与转向轮之间没有机械联接，ECU接受转向盘等转向信号，直接对前后轮的转向进行控制，具有前后轮转向角之间关系控制精确、控制自由度高、机械结构简单等优点。
电动四轮转向系统由电控单元（7）、前轮转向机构2、后轮转向机构11、电动机8、减速机构9、车速传感器5等组成，如图11所示。
汽车转向时，驾驶员转动方向盘，ECU根据转向盘的转角和转矩、车轮转角、汽车行驶速度、横摆加速度和侧向加速度等信号，进行分析计算，判断驾驶员的转向意图及汽车的运动状态，前后转角的确立是由内部控制模块驱动的，并向步进电动机输出驱动信号，电动机驱动后轮偏转，实现汽车的四轮转向。同时，ECU计算后轮目标转角与实际转角之差进行调整，从而实现汽车行驶状况的实时监控。
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