石河子大学
毕业论文(设计)开题报告
课题名称：转向控制器设计
学生姓名：王月林
学号：2010509015
学院：机械电气工程学院
专业、年级：电气工程及其自动化2010级
指导教师：任玲 ______ 职称：副教授
毕业论文(设计)起止时间： 2014年3月—6月
一．课题名称及来源
名称：转向控制器设计
来源：石河子大学机械电气工程学院
二．本课题的研究目的及意义
“精确农业”将传统农业带入数字和信息时代是新世纪现代农业最大的发展趋势，现代农业作业机械呈现了作业速度越来越快、作业幅宽越来越宽、作业质量要求越来越高的特点，这一发展对驾驶员的操作水平提出了越来越高的要求，工作负荷也大。为了有效减少驾驶员的劳动强度，提高农业作业质量，研究智能农业机械成了农业科技人员研究的重点。
由于车辆的驾驶涉及方向盘、油门、离合器、刹车和换挡等多个操纵机构，工作时各操作机构协调配合动作，故长时间驾驶很容易引起驾驶员的疲劳。由于车辆在行驶中的颠簸等原因，时间长了还会造成驾驶员的职业病，尤其是在一些农用及工程车辆，如拖拉机、推土机等作业环境恶劣，劳动强度大，对驾驶员的伤害更大，这些车辆的驾驶自动化是十分必要的。近年来随着精准农业的发展，作业精确度的提高，对拖拉机行走的速度和行走精度提出了高要求，人工驾驶很难满足这些要求，自动驾驶技术便成为了解决问题的关键。为此人们开始探索如何借助计算机技术、控制技术、通讯技术和其他技术，是车辆驾驶操作简化、自动化，行驶更加安全、舒适。
自动转向控制技术是实现智能农业机械自主导航行走的关键技术之一。在复杂的农田生产环境下，农业机械转向控制器的设计不同于公路行走车辆，因为其面对的工作环境是变化的，不可预知的地形，行走的地表有硬有软，具有高度的非线性性。因此农业机械转向控制器要求能适应不同车辆状态和行驶速度等车辆动态参数，根据不同工况采取不同策略，要求执行敏捷，控制精确。
最优的农业机械转向控制器对于智能农业机械来说无疑是有力的技术基础。因此，开展农业机械转向控制技术的研究对于智能农业机械的发展，对于精确农业的最终实现，促进农业生产的可持续化发展具有现实而重要的意义。
1、提高作业质量
无人驾驶拖拉机的作业质量要比手工和一般农业机械高很多，特别是精准农业的兴起，对拖拉机的行走速度和航行的偏差要求大大提高，人工驾驶很难满足这些要求。
2、提高生产率
由于我国土地面积广大，农业人口众多，而且我国农业生产率较低，为非农业生产的25%。劳动力费用消耗较大，占用了农业生产费用的50%，因此，农业生产的技术经济效率很低。无人驾驶拖拉机可以日夜不间断的作业，从而可以大大提高劳动生产率。
3、解决劳动力不足问题
虽然我国是一个人口大国，农业大国，但是随着我国工业化程度的加快，劳动力大批的向社会其它产业转移，出现了劳动力不足的严重问题；在我们进入21世纪后，由于我国的人口老龄化问题的愈加突出，农业劳动力缺乏的问题也愈加严峻。
4、改善农业作业者的人身安全与作业环境
由于作业者的长期驾驶，况且他们在户外作业时间较长，长时间处于田间，受到太阳的暴晒和雨天的淋雨，对身体的健康造成了威胁。
三．本课题所涉及的问题在国内研究现状及分析
背景技术：进入到80年代，对于一般的耕耘收获等作业，拖拉机和联合收割机等作业机械效率已经很高，基于这些作业机械主要研究的是无人驾驶和自主行走等问题，而转向控制器设计的研究日益受到关注。农业机械导航控制的主要目的是根据各传感器得到的相对精确的导航定位结果，确定农业机械本身与预定义路径的位置关系，结合农业机械的运动状态及相应控制算法，决策出合适的前轮转角，以修正路径跟踪误差，使农业机械的当前航向与目标航向快速重合。导航控制分为纵向控制和横向控制，其中横向控制主要指转向控制，纵向控制主要指速度的调节。自动转向控制方法，是实现其精确的航向跟踪和自动导航控制的基础。
国外研究现状：美国伊利诺伊大学对农用机械的自动控制和多传感器的信息融合做了深入广泛的研究，成功开发了能实现多种耕作作业的拖拉机，并利用电液控制系统执行转向动作，实现了农用拖拉机沿行间隙行走的无人驾驶。日本东京大学利用机器视觉技术进行自动导航系统研究，根据线性转向控制设计模型，将目标方向角度和车辆纵向角度融合，计算出转向轮偏转角度，完成转弯控制。农业工程系张勤教授领导的课题组利用STH-MD1双目摄像机实现了田间直线行驶；张勤还与John F.Reid和Noboru Noguchi 合作在Case-IH Magnum18920型两轮驱动拖拉机基础上开发了拖拉机自动驾驶平台对FOG、RTK DGPS和机器视觉传感器的信号进行融合，用FPID控制实现了前轮转向控制。芝加哥的Marlin W. Unruh, Madrid, Eugene, H. Schmidt, Madrid 通过液压系统控制拖拉机转向和农具的航向，从而实现田间作业的直线和低曲率曲线跟踪。日本岩手大学鸟巢谅教授领导的课题组以三菱 MT2501D（18kW）型拖拉机为平台，采用拖拉机运动学模型，用最优控制原理开发控制器，用 FOG 和激光导航实现了拖拉机的直线、正弦、圆形平地路径的自动行驶与拖拉机接拖挂的直线、正弦、圆形路径行驶的控制。西班牙CSIC，IAI工作组的L.Garcia-Perez，M.C.Garcia-Alegre等人开发出一套名为AGROAMARA的拖拉机自动驾驶系统，研制了转角模糊控制器，该系统在校园里进行的围绕橄榄树行驶的试验取得了良好的效果。
国内研究现状：华南农业大学工程学院张智刚等(2005)以久保田插秧机为研究平台，基于89S52单片机转向操纵控制器，根据指令控制无刷直流电机驱动方向盘，实现转向轮偏转，并实时地将转角信号反馈给上位机，构成系统的闭环控制。中国水稻研究所应火冬与英国Essex大学和Writtlew农学院合作，在一台试验用水稻收割机上设计了一个由机械、液压和电子控制器组成的以实现农业田间环境下机器自动引导行走为目标的随动控制系统。华南农业大学的罗锡文教授带领的课题小组，利用直流电机作为动力源，设计了插秧机的自动转向驱动机构，建立了插秧机的自动转向控制系统，并以航向跟踪控制和路径跟踪控制为目标，提出了PID控制和模糊逻辑控制相结合的导航控制算法。中国农业大学的陈文良以铁牛TN654为试验平台，研制了一套基于低速步进电机直接驱动全液压转向器的自动转向控制系统，采用双通道PD控制算法进行台架试验验证了其转向快速性和准确性。
四．课题的研究内容、目标及可行性分析
4.1课题的研究内容
(1)利用单片机51系列，完成转向控制器硬件外围电路的设计
(2根据农业机械直线行走规律，利用现有的简单转向控制运动学模型，编写一个简单
的程序代码。
(3)对简单的转向控制运动学模型，在Proteus 环境中进行转向控制方法的仿真。
4.2课题技术路线
4.3可行性分析：
通过对本课题的研究，使我对设计有了一定的理解，并且通过查阅相关资料结合自己
所学的专业知识，相信在老师的细心指导下，通过个人的努力，可以在规定时间内达到预期目标。
五．完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法
硬件条件：1.实验室的仿真软件；
2.图书馆的资料；
3.实验室应有充足的开放时间
软件条件：1.学习51系列单片机仿真软件Keil 和Proteus 方面的知识；
2.学习单片机C51软件；
硬件外围电路设计
编写简单的转向控制运动学程序代码 软件仿真
实验验证
设计开始
设计完成
3.遇到问题可以及时和老师交流。
五．完成本课题的工作方案及进度计划
拟定的工作进度（以周为单位）：
第1—2周：熟悉毕业设计题目，检索查阅相关资料和文献，撰写文献综述及开题报告；
第3—4周：熟悉及熟练使用相关软件；
第5—7周：硬件外围电路的设计；
第8—9周：编写简单的转向控制运动学程序代码；
第 10 周：在软件上进行软件仿真；
第 11 周：编写设计说明书；
第 12 周：根据设计说明书内容制作幻灯片，整理相关毕业设计资料，准备参加毕业答辩。
六．主要参考文献
[1] 王京起．应用无刷直流电动机的自动转向控制技术．[硕士学位论文】．北京：北京理工大学，2003：15～23.
[2] 卢广宇．农用智能移动平台机械部分设计及行走控制研究．【硕士学位论文】．广州：华南农业大学，2005：15～16.
[3] 田海清，应义斌，张方明．农业机械导航系统中自动控制技术的研究进展．农业机械学报，2005，36(7)：148～152.
[4] 刘金琨．先进PID控制及其MATLAB仿真．2003.
[5] 张立彬，计时鸣，胥芳等．农业机器人的主要应用领域和关键技术．浙江工业大学学报．2002，30(1)：36～41.
[6] 张智刚，罗锡文，周志艳等．久保田插秧机的GPS导航控制系统设计．农业机械学报，2006，37(7)：95～97.
[7] 张智刚．插秧机的DGPS自主导航控制系统研究．【博十学位论文】．广州：华南农业大学，2006，46～62．64～72，100～105，111～113.
[8] 李人厚．智能控制理论和方法．西安：西安电子科技人学山版社．1999：3～6，39～101.
[9] 罗锡文，区颖刚，赵柞喜，赵新，张智刚，张志斌，卢广宇，李俊岭.2005.农用智能移动作业平台模型的研制.农业工程学报，21 (2): 83-85.
[10] 张智刚，罗锡文，李俊岭.2005.轮式农业机械自动转向控制系统研究.农业工程学报，21 (11): 77-80.
[11] 张智刚，罗锡文.2006.插秧机的GPS 导航控制系统设计.农业机械学报.
[12] 张智刚，罗锡文.一种基于GPRS 的实时差分定位系统.2005 中国农业工程年会论文集，II: p56-60.
[13] 罗锡文，张智刚，周志艳.轮式农业机械的多传感器组合定位技术研究.2005 中国农
业工程年会论文集，II: p73-80.
[14] 罗锡文，王坤，张智刚，周志艳，林卫平.插秧机自动转向控制的PD 参数整定.2005 中国农业工程年会论文集，I : p320-323.
[15] 陈无畏，施文武，王启瑞等．基丁二位置信息融合的自动引导车路径跟踪研究．农业机械学报，2003。
34(2)：69～72.
[16] 陈无畏．施文武，千启瑞等．新型自动引导车导航与控制系统．农业机械学报，2002，33(2)：70～74.
[17] 陈军，鸟巢谅．拖拉机行驶路线的自动变更研究．农业工程学报·2005-21(1)：83～86.
[18] 周俊，姬长英，刘成良．农用轮式移动机器人视觉导航系统．农业机械学报·2005，36(3)：90～94.
[19] 罗锡文，张泰蛉，洪添胜．“精细农业”技术体系及应用．农业机械学报，2001，32(2)：103～106.
[20] 夏长亮，李正军．基于p C／OS—U的无刷直流电机控制。微电机，2004，37(3)：29～32.
[21] 蒋天弟，欧阳爱国．农业机械智能与21世纪精细农业．农机化研究，2002，(4)：12～15.
[22] 韩俊峰，李玉惠．模糊控制技术．重庆：重庆大学出版社，2003：8～6S.
[23] 魏延富，高焕文，李洪文．基于电液伺服及反馈系统的拖拉机转向控制研究．农机化研究，2006，(2)：67～69.
[24] 王廷军，王海洋，张予睿．2002．遥控多功能底盘的气动控制系统．辽宁工学
院学报22(6)：22～24.
[25] 王京起．2003．应用无刷直流电动机的自动转向控制技术．北京：北京理工大
学硕士学位论文.
[26] 吴晓莉，林哲辉等．2002．MATLAB辅助模糊系统设计．西安：西安电子科技
大学出版社，p4.
[27] 李宁，刘启新．2003．电机自动控制系统．北京：机械I,Ik出版社，p85.
[28] 侯北平，卢佩，陈锋军．2001．Matlab下模糊控制器的设计与应用．测控技术，
20(10)：40～42.
指导教师审阅意见：
指导教师（签字）：年月日备注：
石河子大学
毕业论文(设计)文献综述
课题名称：转向控制器设计
学生姓名：王月林
学号：2010509015
学院：机械电气工程学院
专业、年级：电气工程及其自动化2010级
指导教师：任玲 ______ 职称：副教授
毕业论文(设计)起止时间： 2014年3月—6月
文献综述
摘要：转向控制器是一种实现农业机械自动驾驶系统转向或机器人转向的机构。本课题主要是用单片机51系列，完成转向控制器硬件外围电路的设计，根据农业机械直线行走规律，利用现有的简单转向控制运动学模型，运用C语言编写一个简单的程序代码。将编写程序下载到Proteus软件中进行仿真，最后用实验室51单片机实验开发板进行硬件检测。
本课题使用的单片机软件是Keil uVision4和Proteus，其运行环境为Win7/98,支持代码下载、仿真、硬件下载等功能。
Abstract:
Steering controller is a kind of agricultural machinery of autopilot system or robot steering mechanism. This topic is mainly 51 series MCU, complete steering controller hardware peripheral circuit design, according to the law of agricultural machinery walk straight, using existing simple kinematics model of steering control, using C language to write a simple program code. Download the program to Proteus simulation software, with laboratory finally 51 single-chip microcomputer experimental development board hardware detection.
This topic is using single-chip microcomputer software Keil uVision4 and Proteus, its running environment for Windows 7/98, download support code, simulation and hardware, and other functions.
关键词：转向控制器单片机硬件电路设计
前言
由于本课题旨在于学习和掌握单片机技术的基础，利用单片机51系列，完成转向控制器硬件外围电路的设计，编写一个简单地相关程序，运用软件和硬件工具进行仿真，以期能达到真正熟练使用单片机技术的目的。所以通过查阅文献了解转向控制器的基本概念特点，研究现状，发展趋势等相关知识，是完成本课题的前提条件。
转向控制系统是汽车底盘的重要组转向系统是汽车底盘的重要组成部分，转向系统性能的好坏直接转向系统性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶舒适性。它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用。随着现代汽车技术的迅速发展，汽车转汽车转向系统已从纯机械式转向系统、液压助力转向系统（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS），发展到利用现代电子和控制技术的电动助力转向系统（EPS）及线控转向系统（SBW）。
进入21世纪后随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展, 在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中, 单片机技术的含量正以惊人的速度上升, 电子类高新技术项目的开发也更加依赖于单片机技术的应用。即使是普通的电子产品的开发, 单片机技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破, 从而使产品的开发周期大为缩短、性能价格比大幅提高。不言而喻,单片机技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。
正文
有大量查阅的相关文献可以看到转向控制技术涉及面很广, 内容丰富, 作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本发展阶段。
纯机械式转向系统机械式的转向系统: 由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。
液压助力转向系统: 1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80 年代后期, 又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( Variable Displacement Power Steering Pump) 和电动液压助力转向 ( Electric Hydraulic PowerSteering, 简称 EHPS) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 由于电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。
汽车电动助力转向系统(EPS): EPS 在日本最先获得实际应用, 1988 年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统, 并装在其生产的 Cervo 车上, 随后又配备在 Alto 上。此后, 电动助力转向技术得到迅速发展, 其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司, 美国的 Delphi公司, 英国的 Lucas 公司, 德国的 ZF 公司, 都研制出了各自的 EPS。EPS 的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展, 并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开发的 EPS 仅低速和停车时提供助力, 高速时 EPS 将停止工作。新一代的EPS 则不仅在低速和停车时提供助力, 而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。随着电子技术的发展, EPS 技术日趋完善, 并且其成本大幅度降低, 为此其应用范围将越来越大。
汽车转向技术的发展趋势助力转向系统经过几十年的发展, 技术日趋完善。今后, 电动助力转向系统将进一步成熟, 线控转向系统将成为我们研究的努力方向。具体来说, 转向系统主要从以下几个方面进一步发展:
(1) 传感器技术性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前, 传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素, 因此, 设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关键。
(2) 控制策略的研究控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一, 也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前, 国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究, 如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后, 控制策略研究的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪声等方面, 以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。
(3) 助力电机的研究助力电机是电动助力转向系统的执行元件,助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前, 电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向, 减少了换向时的火花, 不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此, 开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。
同时，单片机处于百花齐放，百家争叫的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化；2.微型单片化；
3.主流与多品种共存。单片机技术作为机械电气产品开发控制的源动力，已成为现代设备控制的核心。所以发展单片机技术将是机械电气产品开发控制领域的一场重大的技术革命，同时也是我们把电类课程的理论知识用于实践的一个重要环节。
结语：
本课题主要结合单片机技术对转向控制器进行了研究，利用单片机51系列，完成转向控制器硬件外围电路的设计，根据农业机械直线行走规律，利用现有的简单转向控制运动学模型，编写一个简单的程序代码，对简单的转向控制运动学模型，在Proteus环境中进行转向控制方法的仿真。
纯机械式转向系统结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用;液压助力转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 在重型车辆上广泛应用; EPS 以其特有的优越性而得到青睐, 它代表着未来动力转向技术的发展方向, EPS 将作为标准配置装备到汽车上, 未来一段时间在动力转向领域占据主导地位; 而 HBW 由于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因, 将成为动力转向系统的发展方向。转向控制器技术具有如此明显的优势，所以它在整个社会的各个领域应用非常广泛，在电子，通信，机械，化工，矿产，医学，军事等各个领域都有其突出的贡献，它改变着人们的生活，同时也为科技社会的进步发挥着巨大的作用。
参考文献：
[1] 陈善华, 等.汽车电子转向技术发展与展望[ J] .汽车技术, 2003, 1.
[2] 林逸, 等.汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势[ J] .公路交通科技, 2001, 6.
[3] 周淑辉, 等.汽车电子控制转向技术的发展趋势[ J] .汽车电器, 2006, 11.
[ 4] 季学武, 等.动力转向系统的发展与节能[ J] .世界汽车, 1999, 10.
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[9] 罗锡文，区颖刚，赵柞喜，赵新，张智刚，张志斌，卢广宇，李俊岭.2005.农用智能移动作业平台模型的研制.农业工程学报，21 (2): 83-85.
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[22] 韩俊峰，李玉惠．模糊控制技术．重庆：重庆大学出版社，2003：8～6S.
[23] 霍孟友．单片机原理与应用．机械工业出版社，2004.1．
[24] 王廷军，王海洋，张予睿．2002．遥控多功能底盘的气动控制系统．辽宁工学
院学报22(6)：22～24.
[25] 王京起．2003．应用无刷直流电动机的自动转向控制技术．北京：北京理工大
学硕士学位论文.
[26] 吴晓莉，林哲辉等．2002．MATLAB辅助模糊系统设计．西安：西安电子科技
大学出版社，p4.
[27] 李宁，刘启新．2003．电机自动控制系统．北京：机械I,Ik出版社，p85.
石河子大学
毕业论文(设计)外文翻译
课题名称：转向控制器设计
学生姓名：王月林
学号：2010509015
学院：机械电气工程学院
专业、年级：电气工程及其自动化2010级
指导教师：任玲 ______ 职称：副教授
毕业论文(设计)起止时间： 2014年3月—6月
原文：
Development of automobile steering control technology overview
Along with automobile electronic technology swift and violent development, the people also day by day enhance to the motor turning handling quality request. The motor turning system changed, the hydraulic pressure boost from the traditional machinery changes (Hydraulic Power Steering, is called HPS), the electrically controlled hydraulic pressure boost changes (Elect ric Hydraulic Power Steering, is called EHPS), develops the electrically operated boost steering system (Elect ric Power Steering, is called EPS), finally also will transit to the line controls the steering system (Steer By Wire, will be called SBW).
The machinery steering system is refers by pilot's physical strength achievement changes the energy, in which all power transmission all is mechanical, the automobile changes the movement is operates the steering wheel by the pilot, transmits through the diverter and a series of members changes the wheel to realize. The mechanical steering system by changes the control mechanism, the diverter and major part changes the gearing 3 to be composed.
Usually may divide into according to the mechanical diverter form: The gear rack type, follows round the world -like, the worm bearing adjuster hoop type, the worm bearing adjuster refers sells the type. Is the gear rack type and follows using the broadest two kinds round the world -like (uses in needing time big steering force).In follows round the world -like in the diverter, the input changes the circle and the output steering arm pivot angle is proportional; In the gear rack type diverter, the input changes the turn and the output rack displacement is proportional. Follows round the world -like the diverter because is the rolling friction form, thus the transmission efficiency is very high, the ease of operation also the service life are long,moreover bearing capacity, therefore widely applies on the truck. The gear rack type diverter with follows round the world -like compares, the most major characteristic is the rigidity is big, the structure compact weight is light, also the cost is low. Because this way passes on easily by the wheel the reacting force to the steering wheel, therefore has to the pavement behavior response keen merit, but simultaneously also easy to have phenomena and so on goon and oscillation, also its load bearing efficiency relative weak, therefore mainly applies on the compact car and the pickup truck, at present the majority of low end passenger vehicle uses is the gear rack type machinery steering system.
Along with the vehicles carrying capacity increase as well as the people to the vehicles handling quality request enhancement, the simple mechanical type steering system were already unable to meet the needs, the power steering system arise at the historic moment, it could rotate the steering wheel while the pilot to provide the boost, the power steering system divides into the hydraulic pressure steering system and the electrically operated steering system 2kinds.Hydraulic
pressure steering system is at present uses the most widespread steering system.
The hydraulic pressure steering system increased the hydraulic system in the mechanical system foundation, including hydraulic pump, V shape band pulley, drill tubing, feed installment, boost installment and control valve. It with the aid
of in the motor car engine power actuation hydraulic pump, the air compressor and
the generator and so on, by the fluid strength, the physical strength or the electric power increases the pilot to operate the strength which the front wheel changes, enables the pilot to be possible nimbly to operate motor turning facilely, reduced the labor intensity, enhanced the travel security.
The hydraulic pressure boost steering system from invented already had about
half century history to the present, might say was one kind of more perfect system, because its work reliable, the technology mature still widely is applied until
now. It takes the power supply by the hydraulic pump, after oil pipe-line control
valves to power hydraulic cylinder feed, through the connecting rod impetus rotation gear movement, may changes the boost through the change cylinder bore
and the flowingtubing head pressure size the size, from this achieved changes the
boost the function. The traditional hydraulic pressure type power steering system
may divide into generally according to the liquid flow form: Ordinary flow type
and atmospheric pressure type 2 kind of types, also may divide into according to
the control valve form transfers the valve type and the slide-valve type.
Along with hydraulic pressure power steering system on automobile daily popularization, the people to operates when the portability and the road feeling request also day by day enhance, however the hydraulic pressure power steering system has many shortcomings actually: ①Because its itself structure had decided
it is unable to guarantee vehicles rotates the steering wheel when any operating mode, all has the ideal operation stability, namely is unable simultaneously to guarantee time the low speed changes the portability and the high speed time operation stability;②The automobile changes the characteristic to drive the pilot technical the influence to be serious; ③The steering ratio is fixed, causes the
motor turning response characteristic along with changes and so on vehicle speed, transverse acceleration to change, the pilot must aim at the motor turning characteristic peak-to-peak value and the phase change ahead of time carries on
certain operation compensation, thus controls the automobile according to its wish travel. Like this increased pilot's operation burden, also causes in the motor
turning travel not to have the security hidden danger; But hereafter appeared the electrically controlled hydraulic booster system, it increases the velocity generator in the traditional hydraulic pressure power steering system foundation, enables the automobile along with the vehicle speed change automatic control force
size, has to a certain extent relaxed the traditional hydraulic pressure steering system existence question.
At present our country produces on the commercial vehicle and the passenger vehicle uses mostly is the electrically controlled hydraulic pressure boost steering system, it is quite mature and the application widespread steering system. Although the electrically controlled hydraulic servo alleviated the traditional hydraulic pressure from certain degree to change between the portability and the
road feeling contradiction, however it did not have fundamentally to solve the HPS system existence insufficiency, along with automobile microelectronic technology development, automobile fuel oil energy conservation request as well as global initiative environmental protection, it in aspect and so on arrangement, installment, leak-proof quality, control sensitivity, energy consumption, attrition and noise insufficiencies already more and more obvious, the steering system turned towards the electrically operated boost steering system development.
译文：
汽车转向控制技术的发展概况
随着汽车电子技术的迅猛发展,人们对汽车转向操纵性能的要求也日益提高。汽车转向系统已从传统机械转向、液压助力转向(Hydraulic Power Steering ,简称HPS) 、电控液压助力转向( Elect ric Hydraulic PowerSteering , 简称EHPS) , 发展到电动助力转向系统(Elect ric Power Steering ,简称EPS) ,最终还将过渡到线控转向系统(Steer By Wire ,简称SBW)。机械转向系统是指以驾驶员的体力作为转向能源,其中所有传力件都是机械的,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机械3大部分组成。
通常根据机械式转向器形式可以分为:齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。应用最广的两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。在循环球式转向器中,输入转向圈与输出的转向摇臂摆角是成正比的;在齿轮齿条式转向器中,输入转向圈数与输出的齿条位移是成正比的。循环球式转向器由于是滚动摩擦形式,因而正传动效率很高,操作方便且使用寿命长,而且承载能力强,故广泛应用于载货汽车上。齿轮齿条式转向器与循环球式相比,最大特点是刚性大,结构紧凑重量轻,且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘,所以具有对路面状态反应灵敏的优点,但同时也容易产生打手和摆振等现象,且其承载效率相对较弱,故主要应用于小汽车及轻型货车上,目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。
随着车辆载重的增加以及人们对车辆操纵性能要求的提高,简单的机械式转向系统已经无法满足需要,动力转向系统应运而生,它能在驾驶员转动方向盘的同时提供助力,动力转向系统分为液压转向系统和电动转向系统2 种。其中液压转向系统是目前使用最为广泛的转向系统。
液压转向系统在机械系统的基础上增加了液压系统,包括液压泵、V 形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。它借助于汽车发动机的动力驱动液压泵、空气压缩机和发电机等,以液力、气力或电力增大驾驶员操纵前轮转向的力量,使驾驶员可以轻便灵活地操纵汽车转向,减轻了劳动强度,提高了行驶安全性。
液压助力转向系统从发明到现在已经有了大约半个世纪的历史,可以说是一种较为完善的系统,由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。它由液压泵作为动力源,经油管道控制阀向动力液压缸供油,通过活塞杆带动转向机构动作,可通过改变缸径及油压的大小来改变助力的大小,由此达到转向助力的作用。传统液压式动力转向系统一般按液流的形式可以分为:常流式和常压式2 种类型,也可根据控制阀形式分为转阀式和滑阀式。
随着液压动力转向系统在汽车上的日益普及,人们对操作时的轻便性和路感的要求也日益提高,然而液压动力转向系统却存在许多的缺点: ①由于其本身的结构决定了其无法
保证车辆在任何工况下转动转向盘时,都有较理想的操纵稳定性,即无法同时保证低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性; ②汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重;
③转向传动比固定,使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化,驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿,从而控制汽车按其意愿行驶。这样增加了驾驶员的操纵负担,也使汽车转向行驶中存在不安全隐患;而此后出现了电控液压助力系统,它在传统的液压动力转向系统的基础上增加速度传感器,使汽车能够随着车速的变化自动调节操纵力的大小,在一定程度上缓和了传统的液压转向系统存在的问题。
目前我国生产的商用车和轿车上采用的大多是电控液压助力转向系统,它是比较成熟和应用广泛的转向系统。尽管电控液压助力装置从一定程度上缓解了传统的液压转向中轻便性和路感之间的矛盾,然而它还是没有从根本上解决HPS 系统存在的不足,随着汽车微电子技术的发展,汽车燃油节能的要求以及全球性倡导环保,其在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的不足已越来越明显,转向系统向着电动助力转向系统发展。