四轮转向汽车的转向特性及控制技术
东南大学机械工程系汪东明
摘要：本文分析比较了四轮转向汽车的转向特点，概述了电控四轮转向汽车的结构原理，介绍了四轮转向系统的控制策略，指出了四轮转向系统控制技术所面临的困难，并展望其发展趋势。
关键词：四轮转向；转向特点；工作原理；控制；发展。
１、引言
随着现代道路交通系统和现代汽车技术的发展，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术——四轮转向技术，于二十世纪80年代中期开始在汽车上得到应用，并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。汽车的四轮转向（Four-wheel Steering ——4WS）是指汽车在转向时，后轮可相对于车身主动转向，使汽车的四个车轮都能起转向作用。以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。
２、四轮转向汽车的转向特性
２·１4WS汽车与2WS汽车转向过程分析
普通两轮转向汽车（2WS汽车）的前轮既可绕自身的轮轴自转又可绕主销相对于车身偏转，而后轮只能自转而不偏转。当驾驶员转动方向盘后，前轮转向，改变了行驶方向，地面对前轮胎产生一个横向力，通过前轮作用于车身，使车身横摆，产生离心力，使后轮产生侧偏，改变前进方向，参与汽车的转向运动。而4WS汽车的后轮与前轮一样，既可自转也能偏转。当驾驶员转动方向盘后，前、后轮几乎同时转向，使汽车改变前进方向，实现转向运动。
2WS汽车在转向时，前轮作主动转向，后轮只是作被动转向。显然，2WS汽车在转向过程中，从方向盘转动到后轮参与转向运动之间存在一定的滞后时间。2WS汽车的这种相位滞后特性使汽车转向的随动性变差，并使汽车的转向半径增大。另外，2WS汽车在高速行驶时，相对于一定的方向盘转角增量、车身的横摆角速度和横向加速度的增量增大，使汽车在高速行驶时的操纵性和稳定性变差。而4WS汽车在转向时，前、后轮都作主动转向，在转向过程中，灵敏度高，响应快，有效地克服了上述缺点。
２·２4WS汽车的转向方式
根据理论分析研究和大量路试表明，四轮转向能够提高汽车转向的的机动灵活性和高速行驶时的操纵稳定性，现代4WS汽车就是根据这一指导思想研制的。一般来说，4WS汽车在转向过程中，根据不同的行驶条件，前、后轮转向角之间应遵循一定的规律。目前，典型4WS汽车前、后轮的偏转规律一般是这样的：
（１）逆相位转向
如图1（a）所示，在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反，且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大（后轮最大转向角一般为5°左右）。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。便于汽车掉头转弯、避障行驶、进出车库和停车场。对轿车而言，若后轮逆相位转向5°，则可减少最小转向半径约0.5m。
（２）同相位转向
如图1（b）所示，在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前、后轮实现同相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同（后轮最大转角一般为1°左右）。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路、高架引桥及立交桥时，处于不足转向状态。
现在，有许多4WS汽车把改善汽车操纵性能的重点放在提高汽车高速行驶的操纵稳定性上，而不过分要求汽车在低速行驶的转向机动灵活性。其工作特点是低速时汽车只采用前轮转向，只在汽车行驶速度达到一定数值后（如50Km/h），后轮才参与转向，进行同相位四轮转向。
２·３ 4WS 汽车的转向特点
与普通的2WS 汽车相比，4WS 汽车具有如下特点：
优越性： （１）转向操作的响应加快，准确性提高。
（２）转向操作的轻便性和行驶稳定性提高。 （３）低速时，转弯半径小，转向操作的机动灵活性提高。（如图2所示）
（４）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。
（５）抗侧向干扰的稳定性效果好。
不足性： （１）低速转向时，汽车尾部容易碰到障碍物。
（２）实现理想控制的技术难度大。
（３）转向系统结构复杂、成本高。
（４）转向过程中，阿克曼定理难保证。
３、 四轮转向汽车的组成及工作特性
３·１ 现代4WS 汽车的基本组成及工作原理 4WS 汽车是在前轮转向系统的基础上，在汽车的后悬架上安装一套后轮转向系统，两者之间通过一定的方式联系，使得汽车在前轮转向的同时，后轮也参与转向。经过几十年的研究与开发，已经成型的4WS 汽车类型有多种，组成、结构不同，控制方式及工作原理也各异。典型的电控4WS 系统主要由前轮转向系统、传感器（如转向角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器等）、ECU 、后轮转向执行机构和后轮转向传动机构等组成。
如图3所示，转向时，传感器将前轮转向的信号和汽车运动的信号送入ECU ，ECU 进行分析计算，将处理后的驱动信号传给后轮转向执行机构，后轮转向执行机构动作，通过后轮转向传动机构，驱动后轮偏转。同时，ECU 进行实时监控汽车运行状况，计算目标转向角与后轮实时转向角之间的差值，来实时调整后轮的转角。这样，可以根据汽车的实际运动状态，实现汽车的四轮转向。
一般的4WS 汽车设有两种转向模式，既可进入4WS 状态，也可保持传统的2WS 状态，驾驶员可通过驾驶室内的转向模式开关进行选择。当4WS 汽车在行驶过程中电子控制系统出现故障时，后轮自动回到
汽车专业毕业论文---答辩通过极具参考价值 摘要 本文主要研究了四轮转向传动系统的基本结构和工作原理，并对四轮转向传动路线进行了简要分析。以此为理论基础，以某汽车的相关参数设计了四轮转向转向器。包括前轮转向器的设计计算，后轮转向执行器的设计，齿条等强度的计算。四轮转向传动系主要是通过车速传感器、前轮转角传感器、前轮转速传感器、方向盘转角传感器、后轮转角传感器、后轮转速传感器，发送信号到四轮转向控制器内，信号经过处理，得出后轮所需的转角大小及方向，控制执行器完成转向。此系统可以改善车辆低速的转向灵活性和高速时的操纵稳定性，使汽车在转向时响应快，转向能力强，直线行驶稳定。前轮转向器是四轮转向的基础部件，是电机助力的齿轮齿条转向器。后轮执行器是驱动后轮转向的主要部件。通过对前轮转向器和后轮执行器的设计，为四轮转向技术整体设计提供了基础。 关键词四轮转向，齿轮齿条电动助力转向器，后轮转向执行器
汽车专业毕业论文---答辩通过极具参考价值 Abstract This paper mainly studies is the four-wheel steering transmission system the basic structure and working principle, and the four-wheel steering transmission routes are briefly analyzed.This theory, with a car related parameters of the four-wheel steering transmission system was designed. Including front wheel steering gear design calculation, rear wheel actuator design strength calculation, rack .Four-wheel steering transmission system is primarily through speed sensor, front wheel Angle sensor, front wheel speed sensor, steering wheel Angle sensor, rear Angle sensor, rear Lord Angle sensor, rear vice, rotational speed sensor sends a signal to the four-wheel steering controller inside, signal through processing, draw the rear required corner size and direction, control actuator finish turning. This system can improve vehicle speed steering flexibility and high speed control stability of, make cars in steering response quickly, steering capability is strong, run straight stability. Front wheel steering gear is the basic components, four-wheel steering motor hydraulically rack-and pinion steering gear Rear actuators are drive rear wheel steering the major components. Through the front wheel steering gear and rear actuator is designed for four-wheel steering technology integral design provides the basis. Key words Four-wheel steering gear rack of electric power steering gear, rear wheel actuators
附录 附录A Steering Behavior and Control Technology 0f Four—wheel Steering AutomobiIe ABSTRACT This paper analyses the characteristics of car four-wheel steering control to, summarizes the principle of construction four-wheel steering cars. Introduced the four-wheel steering system control strategy. Points out the four-wheel steering system control technology faces difficulties, and prospects the trend of its development. Keywords: four-wheel steering; Steering characteristics; Working principle; Control; Development; 1. Introduction With modern road traffic system and the development of modern automobile technology, people on the car's steering control performance and driving stability requirement is increasing day by day. As the most effective improve vehicle handling performance of a kind of active chassis control technology - four-wheel steering technology. In the 1980s began in cars get application, and as the modern automobile industry and continuous development. Car four-wheel steering means in turn, the rear car can be relative to body active steering, that the car can be up to four wheels role. To improve the car turned to maneuverability, handling stability and driving safety. 2. The car's steering four-wheel steering 2.1 4ws cars and 2ws steering process analysis Ordinary two wheel steering can not only the front car around its own wheel rotation and relative to body deflection around the precision, then wheel rotation and not only deflection. When the driver turned the steering wheel, front wheel steering, changed directions face front tyre, produced a transverse force, through the front wheel effect on body, make the body yawing and produce centrifugal force, the rear wheels cornering, produced change direction, participate in the sports car to. And the rear and front car 4ws as,
第一章前言 §1.1 四轮农用车的发展前景 中国改革开放以来，在农村实行家庭联产承包责任制的改革，使农村的经济空前的活跃。农村的货运量和人口的流动量急剧增加，加快运输机械化成为农村经济发展的迫切需要，正是这一市场的需要使具有中国特色的运输机械-农用运输车应运而生。它解决了农村运输的急需，填补了村际，乡际，城镇及城乡结合部运输网络的空白，活跃了农村经济，为农村富裕劳动力找了一条出路，从而使数以万计的农民走上了小康之路！ 四轮农用运输车的竞争对手是轻型汽车。与汽车相比，四轮农用运输车有许多优点。入世后农用运输车没有受到多大冲击，因为它是中国特色的产业，符合国情，在国外几乎没人搞过。但是我们不能回避汽车与四轮农用运输车在市场的竞争，四轮农用运输车利用比较底的生产成本和微利经营的生产方式并引进先进的汽车技术，坚持“三低一高”的特色，注重产品质量，使之与在汽车行业的竞争中得以提高。 随着党和国家提出的的开发西部的政策落实，也给农用运输车厂商带来了无限商机使农用运输车的开发有广阔的前景，另一方面，我国有近13亿人口，特别是9亿以上的农村人口收入水平相对较低，需求量最大的是低档次的汽车。由于它比较适合中国国情，预计在未来的5～15年里，农用车在我国农村仍然具有广阔的发展前景。近年来农用车保有量增加很快，因此对柴油的需求很大。 农用车制造工艺简单，价格便宜，其中三轮车价格在4000～7000元/辆，四轮车价格在1～1.5万元/辆，购车农户一般半年左右即可收回10000元投资。另外，农用车的养路费为每月每吨70元，是汽车的30%，使用成本为同吨位汽车的1/3到1/2。公路快速建设也促进了农用车的发展。旧中国，全国公路仅13×104 km，而到1997年底，已达1.226×106 km，目前全国98%的乡和80%的村都通了公路，使得农用车有用武之地。公安车管部门1993年制定了《关于农用运输车道路交通管理的规定》，在不损害管理大局的前提下，
四轮转向汽车的转向特性及控制技术 东南大学机械工程系汪东明 摘要：本文分析比较了四轮转向汽车的转向特点，概述了电控四轮转向汽车的结构原理，介绍了四轮转向系统的控制策略，指出了四轮转向系统控制技术所面临的困难，并展望其发展趋势。 关键词：四轮转向；转向特点；工作原理；控制；发展。 １、引言 随着现代道路交通系统和现代汽车技术的发展，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术——四轮转向技术，于二十世纪80年代中期开始在汽车上得到应用，并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。汽车的四轮转向（Four-wheel Steering ——4WS）是指汽车在转向时，后轮可相对于车身主动转向，使汽车的四个车轮都能起转向作用。以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。 ２、四轮转向汽车的转向特性 ２·１4WS汽车与2WS汽车转向过程分析 普通两轮转向汽车（2WS汽车）的前轮既可绕自身的轮轴自转又可绕主销相对于车身偏转，而后轮只能自转而不偏转。当驾驶员转动方向盘后，前轮转向，改变了行驶方向，地面对前轮胎产生一个横向力，通过前轮作用于车身，使车身横摆，产生离心力，使后轮产生侧偏，改变前进方向，参与汽车的转向运动。而4WS汽车的后轮与前轮一样，既可自转也能偏转。当驾驶员转动方向盘后，前、后轮几乎同时转向，使汽车改变前进方向，实现转向运动。 2WS汽车在转向时，前轮作主动转向，后轮只是作被动转向。显然，2WS汽车在转向过程中，从方向盘转动到后轮参与转向运动之间存在一定的滞后时间。2WS汽车的这种相位滞后特性使汽车转向的随动性变差，并使汽车的转向半径增大。另外，2WS汽车在高速行驶时，相对于一定的方向盘转角增量、车身的横摆角速度和横向加速度的增量增大，使汽车在高速行驶时的操纵性和稳定性变差。而4WS汽车在转向时，前、后轮都作主动转向，在转向过程中，灵敏度高，响应快，有效地克服了上述缺点。 ２·２4WS汽车的转向方式 根据理论分析研究和大量路试表明，四轮转向能够提高汽车转向的的机动灵活性和高速行驶时的操纵稳定性，现代4WS汽车就是根据这一指导思想研制的。一般来说，4WS汽车在转向过程中，根据不同的行驶条件，前、后轮转向角之间应遵循一定的规律。目前，典型4WS汽车前、后轮的偏转规律一般是这样的： （１）逆相位转向 如图1（a）所示，在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反，且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大（后轮最大转向角一般为5°左右）。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。便于汽车掉头转弯、避障行驶、进出车库和停车场。对轿车而言，若后轮逆相位转向5°，则可减少最小转向半径约0.5m。 （２）同相位转向 如图1（b）所示，在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前、后轮实现同相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同（后轮最大转角一般为1°左右）。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路、高架引桥及立交桥时，处于不足转向状态。 现在，有许多4WS汽车把改善汽车操纵性能的重点放在提高汽车高速行驶的操纵稳定性上，而不过分要求汽车在低速行驶的转向机动灵活性。其工作特点是低速时汽车只采用前轮转向，只在汽车行驶速度达到一定数值后（如50Km/h），后轮才参与转向，进行同相位四轮转向。
四轮转向系统概述 摘要：一般的前轮转向系统存在响应滞后、转向不灵活、高速行驶时操作稳定性差而渐渐无法满足人们对车辆主动安全性越来越高的要求，迫切需要一种高效的转向系统来实现良好的车辆安全性，在这种形势下，电子控制四轮转向系统应运而生。目前的 4WS 系统中，多数采用的是电控液压式4WS 系统，这种系统工作压力大、工作平稳可靠，但由于液压系统在结构、系统布置、密封性、能耗、效率等方面存在的缺点，以及在转向过程中存在响应滞后等缺陷，使得电控液压式 4WS 系统很难适应现代四轮转向汽车在转向灵敏性、快速性方面的要求，降低了汽车高速行驶稳定性。 1992 年日本本田汽车上采用了电控电动式4WS 系统。该 4WS 系统由于结构简单、控制效果好、燃油经济性好等优点而得到了迅猛发展，电控电动式 4WS 将是 4WS 汽车的发展趋势。 1 四轮转向系统（ 4WS ）及其控制目标 1．1 四轮转向系统 四轮转向（4－Wheel Steering ，简称 4WS）系统是指车辆在转向过程中，前后两组 4 个车轮都能根据需要起转向作用，能有效改善车辆的机动灵活性和操纵稳定性。 4WS 汽车在低速转弯时，前后车轮逆相位转向，可减小车辆的转弯半径；在高速转弯时，前后轮主要作同相位转向，能减少车辆质心侧偏角，降低车辆横摆率的稳态超调量等，进一步提高车辆操纵稳定性。 1.2 四轮转向系统的分类 按功能分为后轮小角度偏转系统和后轮在中高速时小角度偏转在低速时大角度偏转系统。按照车轮偏转执行机构的动力形式可以分为液压四轮转向系统、机械液压四轮转向系统和电子控制四轮转向系统等三大类。 1.3 电子控制四轮转向系统的整体目标 对电子控制四轮转向系统的基本性能要求：汽车低速行驶时，能够减小驾驶员作用于转向盘上的转向力；高速行驶时，能够通过转向盘向驾驶员反馈适度的转向反力。具体要求：（1）既要保证转向轻便省力，又要能够很好地反馈“路感”；(2)当计算机控制系统发生故障时，转向系统仍然能够保留人力转向功能；（3）在保证转向性能的前提下，尽可能降低转向时的动力消耗。 2 四轮转向系统构成概述 2.1电子控制四轮转向系统的控制目标及其系统组成 2.1.1 电子控制四轮转向系统的控制目标 由相关参考文献知四轮转向系统的主要控制目标就是要使车辆的运动方向与实际的驾驶方向在大多数情况下保持一致，也就是说车辆的侧偏角度应该在大部分时间内保持为零，即控制侧偏角为0度，但由于在实际的车辆行驶过程中，必须考虑到车辆在某些危险行驶状态的安全性，如路面的附着系数发生突然降低、在湿滑路面行驶、紧急躲避障碍物等情况下轮胎非线性因素，因此，在侧向和纵向加速度相对较小的情况下，利用上面分析的线性模型只可以得出车辆的线性反馈控制律，还必须同时结合神经网络、模糊控制等现代控制方法来克服车辆的非线性。在车辆转向时，传感器将前轮转向的信号传入ECU ， ECU 进行分析运算之后，向电动机输出信号，电动机根据 ECU 传来的信号大小确定扭矩的
汽车设计课程设计说明书 题目：重型载货汽车转向器设计 姓名：席昌钱 学号：5 同组者：严炳炎、孔祥生、余鹏、李朋超、郑大伟专业班级：09车辆工程2班 指导教师：王丰元、邹旭东
设计任务书 目录 1.转向系分析 (4) 2.机械式转向器方案分析 (8) 3.转向系主要性能参数 (9) 4.转向器设计计算 (14) 5.动力转向机构设计 (16) 6.转向梯形优化设计 (22) 7.结论 (24) 8.参考文献 (25)
1转向系设计 基本要求 1.汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转。 2.操纵轻便，作用于转向盘上的转向力小于200N。 3.转向系的角传动比在23~32之间，正效率在60%以上，逆效率在50%以上。 4.转向灵敏。 5.转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构。 6.转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。 基本参数 1.整车尺寸： 11976mm*2395mm*3750mm。 2.轴数/轴距 4/（1950+4550+1350）mm 3.整备质量 12000kg 4.轮胎气压 2.转向系分析 对转向系的要求[3] (1) 保证汽车有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和小半径转弯的能力，同时操作轻便; (2) 汽车转向时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，不应有侧滑; (3) 传给转向盘的反冲要尽可能的小; (4) 转向后，转向盘应自动回正，并应使汽车保持在稳定的直线行驶状态; (5) 发生车祸时，当转向盘和转向轴由于车架和车身变形一起后移时，转向系统最好有保护机构防止伤及乘员. 转向操纵机构 转向操纵机构包括转向盘，转向轴，转向管柱。有时为了布置方便，减小由于装置位置误差及部件相对运动所引起的附加载荷，提高汽车正面碰撞的安全性以及便于拆装，在转向轴与转向器的输入端之间安装转向万向节，如图2-1。采用柔性万向节可减少传至转向轴上的振动，但柔性万向节如果过软，则会影响转向系的刚度。采用动力转向时，还应有转向动力系统。但对于中级以下的轿车和前轴负荷不超过3t的载货汽车，则多数仅在用机械转向系统而无动力转向装置。
汽车转向系统EPS设计毕业论文 目录 1 引言 (1) 1.1汽车转向系统简介 (1) 1.2汽车转向系统的设计思路 (3) 1.3 EPS的研究意义 (4) 2 EPS控制装置的硬件分析 (5) 2.1汽车电助力转向系统的机理以及类别 (5) 2.2 电助力转向机构的主要元件 (8) 3 电助力转向系统的设计 (11) 3.1 动力转向机构的性能要求 (11) 3.2 齿轮齿条转向器的设计计算 (11) 3.3 转向横拉杆的运动分析[9] (21) 3.4 转向器传动受力分析 (22) 4 转向传动机构优化设计 (24) 4.1传动机构的结构与装配 (24) 4.2 利用解析法求解出外轮转角的关系 (25) 4.3 建立目标函数 (27) 5 控制系统设计 (29) 5.1 电助力转向系统的助力特性 (29) 5.2 EPS电助力电动机的选择 (30)
本科毕业设计（论文） 5.3 控制系统框图设计 (31) 结论 (32) 致谢 (34) 参考文献 (35)
1 引言 1.1汽车转向系统简介 汽车转向系统，顾名思义是为了能够使车辆按照驾驶员的意愿向左或者向右转弯或者直线行驶。转向装置有很多种，也一直在经历一个循序渐进不断更新不断创新的过程。从发明家本茨发明汽车的初期，转向系统知识最简单的形式来转向，其机构为单纯的扶把式，没有助力，所以笨重，费力，以及行驶状态不稳定。从在原始的雏形开始，各国人士不断创新改革，到现在为止，汽车转向系统的应用按先后顺序可以分为：机械转向装置、液压助力转向装置、电子控液压助力转向系统、电助力转向系统、四轮转向系统、主动前轮转向系统和线控转向系统[1]目前市场大部分中低档轿车采用的液压式转向器，当然电控的也很常见，所以在该种系统的转向器技术的发展如今已经遇到了瓶颈。随着人们对乘车舒适，节能，安全，稳定的期望，电控液压式转向系统逐渐取代了先前的版本，但随着科技的进步，越来越多的科学家期待有路感的转向系统问世，所以流量阀式液压助力转向器出现了，在不同车速下，驾驶员手握方向盘，感觉到了路感的存在，助力特性曲线描述的就是“路感”，但是美中不足的是这种液压式转向器依然存在很多缺陷，电机，液压泵，转向器，流量阀等等转向器在发动机旁的布置问题又出现了，还有就是液压油的泄漏问题越来越的突出尖锐。电助力EPS （Electronic Power steering system）是在纯机械转向机构的前提下，设计加装了扭矩和车速等信号传感器、电子控制单元和转向助力装置等[2]。所以电助力式转向器弥补了上述的不足，而且节能环保，易于线性控制，所以现在很多研究人员把目光转向了电助力式转向机，瞬时其成为了国际汽车工业转向系统新的研究主题，且这种系统也正在慢慢实现整车量产状态。
北京信息科技大学 研究生部 汽车四轮转向研究现状的综述报告 学院：机电工程学院 专业：机械工程 班级：研1402班 学号： 2014020055 姓名：刘全攀 指导教师：林慕义（教授） 完成日期：2014 年1月10 日
目录 摘要 (1) 国内外关于汽车设计与空气动力学的研究现状 (2) 1.1 国内汽车设计与空气动力学的研究现状...................................... 错误！未定义书签。 1.2 国外汽车设计与空气动力学的研究现状 (4) 总结与展望 (5) 参考文献 (6)
摘要 介绍了四轮转向概况，并以实例展示目前国内外汽车四轮转向的研究发展现状。 关键词：四轮转向
国内外关于汽车设计与空气动力学的研究现状 1.1 国内汽车设计与空气动力学的研究现状 2012年朱智超、田丽娟介绍了线控转向的基本结构与工作原理，详细介绍了基于线控的转向汽车的发展史，并分析了国内研究线控转向的进展。在这基础上研究了线控转向的关键技术，推测了技术要求，最后对线控转向的发展进行了展望与总结。[1] 2012年桂林、任燕介绍了电控电动式四轮转向(4WS)系统的基本组成结构工作原理，对四轮转向系统的转向电机、整车驱动电机，以及传感器的选取做了较详细的介绍分析。在研究现有4WS电控技术的基础上，提出了在助力转向条件下前、后轮分别由电机驱动，同时由电控单元(ECU)监测控制的四轮转向技术。对未来四轮转向电控技术和展趋势做了进一步的分析展望。[2] 2013年李辰旸、罗文广为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势，对汽车转向的理想状态进行分析，构建理想转向模型。依据具有二次型性能指标的最优控制理论，以汽车转向理想模型作为跟踪目标采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略，对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行研究。利用 Matlab工具，对所提出的后轮转向最优控制方法进行仿真。仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善汽车转向的瞬态与稳态响应特性，其瞬态响应的超调量减少，稳定时间缩短；侧向滑移的稳态值有所降低，从而提高汽车转向的操纵稳定性。[3] 2014年杜峰、闫光辉鉴于汽车正常情况下都运行在侧向加速度较小的线性工作区域，对基于线控技术的主动四轮转向汽车进行了前、后轮转角最优跟随控制器的设计和算法推导，建立了“人-车-路”闭环操纵系统模型，并进行闭环系统仿真和安全性评价。结果表明 : 基于最优控制的主动四轮转向汽车同时实现了减小车身质心侧偏角与跟踪期望横摆角速度的控制目标，改善了车辆高速行驶下的转向响应特性;相对于传统前轮转向汽车与比例控制四轮转向汽车，基于最优控制的主动四轮转向汽车具有更好的路径跟随精度和主动安全性。[4]
1998年 吉 林 工 业 大 学 学 报Vol .28第4期JOU RNAL OF JI LIN UN IVERSITY OF TECH NOLOGY 总第92期 收稿日期:1998-03-02 ＊国家自然科学基金(5957522)资助项目 郭孔辉,男,1935年7月生,教授,中国工程院院士 车辆四轮转向系统的控制方法 ＊ 郭孔辉 轧 浩 (吉林工业大学汽车动态模拟国家重点实验室)摘 要 系统地评述了车辆四轮转向系统的原理及其控制方法的发展,在此基础上指出四轮转向系统的研究必须以闭环综合评价为出发点,并与其它主动安全技术相结合才能真正达到实用阶段。 关键词 四轮转向 闭环评价 反馈控制 优化控制 神经网络 随着汽车技术的发展,作为实现主动安全性的方法之一的四轮转向技术日益受到重视。很多汽车厂商纷纷推出了带有四轮转向系统的概念车,如Honda ,Nissan ,M azda 等,并把一些成熟的四轮转向技术应用到了普及型汽车中,提高了汽车的主动安全性。四轮转向汽车的主要优点是在转向时能够保持重心侧偏角基本为零,极大地改善了横摆角速度和侧向加速度的瞬态性能指标。另外低速时能够减小汽车的转弯半径(前后轮转角方向相反),使汽车在低速行驶时更加灵活。 四轮转向系统按其结构可分为四类:机械式、液压式、电动式和复合式。按其控制方法〔2,3〕可分为:①定前后轮转向比四轮转向系统〔4〕;②前后轮转向比是前轮转角函数的四轮转向系统;③前后轮转向比是车速函数的四轮转向系统〔4〕;④具有一阶滞后的四轮转向系统;⑤具有反相特性的四轮转向系统〔5〕;⑥具有最优控制特性的四轮转向系统〔6〕;⑦具有自学习、自适应能力的四轮转向系统〔3〕。 1 后轮转向机理分析 为分析四轮转向车辆的机理,首先从后轮转向的特性分析入手。本文采用二自由度模型对前、后轮转向车辆进行比较。 1.1 侧向加速度时域特性比较 如图1所示,无论高速还是低速行驶,前轮转向车辆和后轮转向车辆的转向轮转动方向相同时(这里指转向轮皆顺时针转动),前轮转向车和后轮转向车所产生的车辆重心处— 1—
简析汽车四轮转向系统 摘要：本文介绍了汽车四轮转向系统（4WS ）的分类，主要构造，工作原理，分析了它的工作特性并阐述了其转向角比例控制原理，还对四轮转向与前轮转向（2WS ）进行了对比，分析了它的优点，并对它的未来发展做出了展望。 1 概述 目前的轿车转向分为前轮转向（2WS ）和四轮转向（4WS ），前者普遍使用，而后者则是一种新技术，主要应用于中高级车上。 所谓四轮转向，是指后轮和前轮相似，也具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同向旋转，也可以与前轮反向旋转。其主要目的是增强汽车在高速行驶或侧向风力作用下的操纵稳定性，改善低速行驶时的操纵轻便性，便于汽车高速行驶时急转弯和由一个车道向另一个车道移动调整，减少调头时的转弯半径，以及在极狭窄的位置“平移”进入车位停泊。四轮转向系统，对于底盘较长，且经常需要在窄小地方行驶时的汽车有着明显的作用。 按照前后轮的偏转角和车速之间的关系，4WS 可分为转角传感型和车速传感型；按照控制和驱动后轮转向机构的方式，可分为机械式、液压式、电控机械式、电控液压式和电控电动式等。 2 四轮转向的基本原理 2.1低速时的转向特征 2.1.1理论准备 缩小最小转弯半径当前轮与后轮逆向转向时，前轴距中心的轴线与后轴距中心的轴线交点为转向中心P 。 图1 4WS 的转向中心 P 点的坐标（0x ，0y ）的计算公式为
r f l x δδtan tan 0+= （2.1） r f l l l y δδδtan tan tan 0+?? = （2.2） 如果前外轮的转弯半径为R ，前后外侧车轮之间的转弯半径差值为R ?，则 BP R = 222020)tan tan tan ()tan tan 2 ( )()2 ( r f f r f f f l l b y l x b δδδδδ+?+++ ?-++= （2.3） CP AP R -=? 2 0202020)2 ( )()2 (y x b y l x b r f ++--++- = （2.4） 22)tan tan tan ()tan tan 2(r f f r f f l l b δδδδδ+?+++-=22 )tan tan tan ()tan tan 2(r f f r f r l l b δδδδδ+?+++-- 式中f δ——前轮的偏转角（左、右两前轮偏转角的平均值）； r δ——后轮的偏转角（左、右两前轮偏转角的平均值）； f b ——前轮距； r b ——后轮距； l ——轴距。 f f f l PQ R δδδtan cos sin ++= = （2.5） PO PQ R -=? f f f l δδδtan cos sin ++=r r r l δδδtan cos sin ++- （2.6） 从式（2.5）中可以看出当后轮与前轮逆相位转向时，四轮转弯半径比两轮转弯半径小。从式（2.6）中可以看出，当前、后轮偏转角相同时（f δ=r δ），前、后轮的转弯半径差值可能为0。从下图可以直观看出转向半径的大小。 2.1.2 2WS 与4WS 的比较
汽车转向系统EPS设计
毕业设计外文摘要
目录 错误!未定义书签。 1 引言?1 1.1汽车转向系统简介?１ 1.２汽车转向系统的设计思路 (3) 1．３ＥPS的研究意义?４ 2 EPS控制装置的硬件分析 (5) 2．1汽车电助力转向系统的机理以及类别 (5) 2.2 电助力转向机构的主要元件 (8) 11 3 电助力转向系统的设计? 3．1 动力转向机构的性能要求..................................... １1 3.2 齿轮齿条转向器的设计计算...................................... １1 3.3 转向横拉杆的运动分析[9］21? 3．4 转向器传动受力分析......................................... ２2 ４转向传动机构优化设计?2４ 4.１传动机构的结构与装配.......................................... ２4 4．２利用解析法求解出内外轮转角的关系............................ ２5 ４.3 建立目标函数?２７
５控制系统设计? 29 29 5.1 电助力转向系统的助力特性? 30 5.2 ＥPS电助力电动机的选择? ５．3 控制系统框图设计........................................... 3１32 结论? 致谢................................................ 错误!未定义书签。参考文献......................................... 错误!未定义书签。
摘要 四轮转向是指汽车的后轮也和前轮一样具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。四轮转向汽车的环保性和节能性与现代汽车的设计理念相吻合，它适应汽车未来发展的趋势，存在广阔的发展前景。本文对液压式四轮转向系统进行了研究，主要工作如下： 对课题进行了文献检索，查看了相关资料；对国内外四轮转向汽车的研究现状进行了详细的介绍，明确了设计的基本内容及需解决的主要问题；对四轮转向系统进行了分析，包括受力分析和运动学分析；设计了三种四轮转向汽车的转向液压系统方案，经过对比分析，选定其中一种作为最终的液压式四轮转向系统方案；确定该方案中液压系统的参数；对该方案中液压系统的液压缸进行设计和计算；对该方案中液压系统的液压元件进行选取。 关键词：四轮转向；系统分析；液压系统；液压缸；液压元件
ABSTRACT Four-wheel steering refers to the rear car and has some of the same front steering function, can not only with front wheel steering, also can in opposite direction with front wheel steering. Four-wheel steering the environment protection and energy conservation car with modern car design idea coincide, it to adapt to automobile future development trends, existing broad development prospects. Based on the hydraulic four-wheel steering system and main work is as follows: On issues of literature retrieval, examined the related material; To domestic and international research status of four-wheel steering cars were introduced in detail, has been clear about the design of the basic content and the main problems need to be solved; For four-wheel steering system is analyzed, including stress analysis and kinematics analysis; Design three four-wheel steering automobile steering hydraulic system scheme, through comparative analysis, select one as the final the hydraulic four-wheel steering system solution; To determine this scheme hydraulic system parameters; For this scheme of the hydraulic cylinder hydraulic system design and calculation; For this scheme of the hydraulic system for selecting hydraulic element. Key words: Four-wheel steering; System analysis; Hydraulic system; The hydraulic cylinder; Hydraulic components
汽车四轮转向系统 １、前言 随着现代道路交通系统和先进汽车技术的发展，汽车的主动安全技术日益受到重视。先进的主动底盘控制技术是汽车发展的重要方向，而四轮转向系统是主动底盘控制的重要组成部分。汽车的四轮转向（Four -wheel Steering——4WS）是指汽车在转向时，后轮可相对于车身主动转向，使汽车的四个车轮都能起转向作用。以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。 ２、汽车四轮转向技术概况 从二十世纪初（1907年），日本政府颁发第一个关于四轮转向的专利证书开始，对于汽车四轮转向的研究一直伴随着汽车工业的发展而进行着。二战期间，美国的一些军用车辆和工程车辆上采用一种前、后轮逆相位偏转的简单机械式4WS系统，以适应恶劣的路况，改善汽车低速转向时的机动性能。1962年，在日本汽车工程协会的技术会议上，提出了后轮主动转向的4WS技术，开始了现代4WS转向系统的研究。在70年代末，本田（Honda）和马自达（Mazda）积极投入4WS的开发。1985年，日本的尼桑（Nissan）在客车上应用了世界上第一例实用的4WS系统，应用在一种车型上的高性能主动控制悬架（High Capacity Activety-Controlled Suspension――HICAS）上。随着对4WS这一领域研究的不断进展，出现了多种不同结构型式、不同控制策略的实用4WS系统。 一般来说，4WS汽车在转向过程中，根据不同的行驶条件，前、后轮转向角之间应遵循一定的规律。目前，典型4WS汽车的后轮偏转规律是： （１）逆相位转向 如图1（a）所示，在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反，且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大（后轮最大转向角一般为5°左右）。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。便于汽车掉头转弯、避障行驶、进出车库和停车场。 （２）同相位转向 如图1（b）所示，在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前、后轮实现同相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同（后轮最大转角一般为1°左右）。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路、高架引桥及立交桥时，处于不足转向状态。 现在，有许多4WS汽车把改善汽车操纵性能的重点放在提高汽车高速行驶的操纵稳定性上，而不过分要求汽车在低速行驶的转向机动灵活性。其工作特点是低速时汽车只采用前轮转向，只在汽车行驶速度达到一定数值后（如50Km/h），后轮才参与转向，进行同相位四轮转向。
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）—开题报告 本科毕业论文（设计） 开题报告 论文题目汽车四轮主动转向系统设计与性能仿真班级 姓名 院（系）汽车工程学院 导师 开题时间
哈尔滨工业大学本科毕业论文（设计）—开题报告 1．课题研究的目的和意义 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，汽车转向性能与操纵稳定性密切联系。纵观汽车转向系统技术的进展，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( Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS ),发展到电动助力转向系统( Electric Power Steering,简称EPS),最终将会过渡到主动转向和线控转向系统(Steer By Wire, 简称SBW)。 传统前轮转向汽车（FWS)的前轮即可绕自身的轮轴自转又可绕主销相对于车身偏转，而后轮只能自传而不偏转。通过前轮作用于车身，使车身横摆产生离心力，车身带动后轮使其产生侧偏，改变后轮前进方向，使后轮参与汽车的转向运动，后轮，后轮只是做被动转向。而四轮转向（4WS）当驾驶员转动方向盘后，后轮辅助转向，实现前后轮几乎同时转向，使汽车改变前进方向，实现转向运动，其中后轮主动参与了转向。同时，四轮主动转向汽车由于横摆率与横向加速度的差值减小，转向时的灵敏度高，响应速度较快。当低速行驶的时候，比如调头的时候后轮会与前轮方向相反转动较小的角度，以减少转弯半径，方便转向；在高速并线行驶的情况下后轮会与前轮方向相同的转动较小的角度，使得并线更稳定转向操纵性更好。从驾驶角度来看，四轮主动转向系统除了会帮助增加行驶稳定性和高速转向响应外。在低速时还会帮助减少驾驶员转向的工作量。 四轮主动转向的目的在于低速行驶时依靠逆向转向（前轮与后轮转角方向相反)改善汽车的操作性，获得较小的转向半径，在中高速行驶时依靠同向转向（前轮与后轮的转角方向相同），减少汽车的横摆运动，提高车道变更和直线行驶的操纵稳定性。 四轮主动转向系统的功能是确保车辆良好的操纵性和稳定性，即有效控制车辆的横向运动特性，以充分保证汽车的操纵稳定性。因此，对于四轮主动转向系统的研究对于汽车的操纵稳定性的改善有深远的意义。 2．国内外研究现状 一般的4WS控制器设计均是基于汽车的线性动力学方程，但是如果侧向加速度较大，轮胎侧偏特性进入非限行区域，则线性控制理论也无能为力。为此，许多研究者试图用不同先进控制理论，如自适应控制、基于线控理论、μ综合理论和滑模变结构理论的鲁棒控制。以及基于精神网络的模糊技术的智能控制方案来解决。 Yuhara等提出了一种自适应控制后轮转向的方法，使用自校正控制器来控制后轮已达到所希望的响应特性。Wang等也提出了使用基点配置的校正控制器，
主动前轮转向控制技术的现状与发展趋势来源：中国汽车工业信息网发布时间：2009年7月2日 ? 0 引言 在车辆的操纵稳定性控制中，比较常见的是利用纵向控制产生横摆力矩来提高车辆的稳定性，称为直接横摆力矩控制。直接横摆力矩控制常常是以牺牲车辆的部分制动性能为代价，而采用主动转向控制来实现车辆稳定性控制却可以在不影响制动的情况下达到同样的效果，并且其所需要的轮胎力只有制动时的约1/4。在诸如对开路面制动等工况下，主动转向还可以有效地抵消由于不平衡制动力所产生的扰动力矩，保证车辆的稳定行驶。由于具有上述优势，主动转向技术成为当前底盘动力学控制发展的热点之一。 常见主动转向系统有主动前轮转向系统AFS和四轮转向系统(也称为主动后轮转向)。 主动前轮转向是随着线控转向技术的发展而发展起来的一项技术，并且随着宝马的主动转向系统装配实车而进入实用阶段。由于主动前轮转向与传统车辆的结构能够很好兼容，同时对车辆操纵稳定性的提高效果明显，显示出了良好的发展前景，成为转向系统未来发展的主要方向之一。 1 主动前轮转向系统的工作原理 目前可用于乘用车的主动转向系统主要有两种形式：一种是以宝马和ZF公司联合开发的AFS系统为代表的机械式主动转向系统，通过行星齿轮机械结构增加一个输入自由度从而实现附加转向，目前已装配于宝马5系的轿车上，以及韩国的MANDO、美国的TRW、日本的JTEKT公司也有类似产品；另一种是线控转向系统(SWB)，利用控制器综合驾驶员转向角输入和当时的车辆状态来决定转向电机的输出电流，最终驱动前轮转动。该系统在许多概念车和实验室研究中已广泛采用，如通用公司的Sequel燃料电池概念车就采用了线控转向技术。 线控转向和机械式主动转向系统最大的区别体现在当系统发生故障时，机械式主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向性能，而线控转向必须通过系统主要零件的冗余设计来保证车辆的安全性。由于上述安全性和可靠性的原因，目前法律上还不允许将线控转向系统直接装备车辆。 1．1 机械式主动转向系统 下面以宝马的AFS系统为例，介绍机械式主动转向系统的结构和工作原理。该系统主要由三大子系统组成：液压助力齿轮齿条动力转向系统、变传动比执行系统和电控系统。系统原理图如图1所示。