汽车线控转向技术 前言 汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、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的作用。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究课题。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，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering By - WireSystem，简称SBW)的发展，正是迎合这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。 一、线控转向系统的发展概况 德国奔驰公司在1990年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车F400Carving上。日本Koyo也开发了线控转向系统，但为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了SteerByWire技术，转向盘的转动范围减小到160，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。意大利Bertone设计开发的概念车FILO，雪铁龙越野车C-Crosser，Daimlerchrysler概念车R129，都采用了线控转向系统。2003年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。估计几年后，机械系统将由电缆与电子信号取代。 二、线控转向系统的结构及工作原理 (一)线控转向系统的结构 汽车线控转向系统主要由转向盘模块、前轮转向模块、主控制器(ECU)以及自动防故障系统组成，其结构如图1所示。
本技术属于汽车转向系统中的线控转向系统技术领域，具体地说是一种自动驾驶汽车线控转向系统的设计。该转向系统组成上包括主控制器、转向操纵机构、转向执行机构、横拉杆、转向轮、电磁离合器和车轮转角传感器等；本技术是一种结构简单的自动驾驶汽车线控转向系统，改进了目前已有的线控转向系统结构使其更好地应用在自动驾驶汽车上，保证自动驾驶汽车能实现前轮线控转向，并且在转向电机出现故障时，该系统可以转化为传统机械式转向系统，使汽车的转向具有良好的可控性和安全性，解决了线控转向系统目前存在的问题。 权利要求书 1.一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，该转向系统包括主控制器、横拉杆、转向轮、转向操纵机构、转向执行机构、常开式电磁离合器(11)和车轮转角传感器；所述转向操纵机构包括力感电机(5)、三级行星齿轮减速机构(6)、锥齿轮(7)、方向盘转距传感器(8)、方向盘转角传感器(9)和方向盘(10)；所述转向执行机构包括转向电机(1)、常闭式电磁离合器(2)、蜗轮蜗杆减速机构(3)、齿轮齿条转向器(4)；所述主控制器的输入与车轮转角传感器、方向盘转距传感器(8)、方向盘转角传感器(9)相连；所述主控制器的输出与转向操纵机构中的力感电机(5)相连；所述力感电机(5)的输出轴与三级行星齿轮减速机构(6)中的高速级太阳轮(601)连接；所述三级行星齿轮减速机构(6)的输出轴与锥齿轮(7)的输入轴连接；所述锥齿轮(7)的输出端与方向盘(10)的转向轴连接，其上有方向盘转矩传感器(8)和转角传感器(9)；
所述齿轮齿条转向器(4)与横拉杆连接；所述横拉杆与转向轴的转向臂连接；所述转向轴与转向轮连接；所述常开式电磁离合器(11)的内花键与锥齿轮(7)输出轴的外花键连接；所述常闭式电磁离合器(2)的内花键与转向电机(1)输出轴上的外花键相啮合；所述蜗轮蜗杆减速机构(3)中的蜗杆轴(303)的外花键与常闭式电磁离合器(2)的内花键相啮合。 2.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速机构(3)还包括蜗杆(301)、蜗轮(302)、蜗轮轴(304)；所述蜗杆轴(303)与常闭式电磁离合器(2)相连；所述常闭式电磁离合器(2)与转向电机(1)相连；所述蜗杆(301)与蜗轮(302)相啮合；所述蜗轮轴(304)设置在蜗轮(302)的中间孔内通过平键与蜗轮(302)固定，蜗轮轴上有一部分为齿轮轴(401)；所述蜗轮轴(304)上齿轮轴(401)一侧的末端设置有滚针轴承。 3.根据权利要求3所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述蜗轮轴(304)上蜗轮(302)处有一对深沟球轴承。 4.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述三级行星齿轮减速机构(6)还包括高速级太阳轮(601)、高速级行星轮(602)、高速级行星架(603)、中速级太阳轮(604)、中速级行星轮(605)、中速级行星架(606)、低速级太阳轮(607)、低速级行星轮(608)、低速级行星架(609)和齿圈(610)；所述高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)通过行星架上的短轴与高速级行星架(603)、中速级行星架(606)和低速级行星架(609)连接；所述高速级太阳轮(601)与高速级行星轮(602)相啮合；所述中速级太阳轮(604)与中速级行星轮(605)相啮合；所述低速级太阳轮(607)和低速级行星轮(608)相啮合；所述齿圈(610)的内齿与高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)相啮合，外部固定在力感电机(5)的壳体上。 5.根据权利要求4所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述高速级太阳轮(601)、中速级太阳轮(604)、低速级太阳轮(607)、高速级行星轮(602)、中速级行星轮(605)和低速级行星轮(608)的模数均相同，均采用直齿齿轮。 6.根据权利要求1所述一种自动驾驶汽车线控转向系统，其特征在于，所述齿轮齿条转向器(4)包括齿轮(401)和齿条(402)；所述齿轮(401)与齿条(402)相啮合；所述齿轮(401)采用斜齿轮；所述齿条(402)的两个端头与左右横拉杆端头连接在一起。
汽车线控技术应用实例 1、线控制动系统 线控制动系统（BBW，Brake-By-Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro-Hydraulic Brake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro-Mechanical Brake）。EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力；而EMB 则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。 （1）电液制动系统 在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成，其结构如图１所示。
制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU和执行器控制，踏板行程传感器将信号传给ECU，ECU汇集轮速传感器、转向传感器等各路信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，并发出指令给执行器的蓄能器来执行各车轮的制动。高压蓄能器能快速而精确地提供轮缸所需的制动压力。同时，控制系统也可接受其他电子辅助系统（例如ABS、BAS、EBD、ESP 等）的传感器信号，从而保证最佳的减速度和行驶稳定性。 （2）电子机械制动系统 EMB主要用于小型车辆中，主要包含电制动器、ECU、轮速传感器、动力电源等。它与EHB最大区别是制动力为电机提供的转矩，而不是由柱塞泵产生的高压油，且有独立的电源来供电，其各部分的功能如表１。 2、线控转向系统 线控转向系统（SBW，Steering-By-Wire）去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约５kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国
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。
SBW的英文全称是Steering By Wire。中文意思是“线控转向系统”。该系统去掉了转向盘和转向轮之间的机械连接，减轻了大约5kg重量，消除了路面的冲击，具有降低噪声和隔振等优点。目前国外著名汽车公司和汽车零部件厂家竞相研究具有智能化的新一代转向系统，如美国Delphi公司、TRW公司、日木三菱公司、Koyo公司、德国Bosch 公司、ZF公司、BMW公司等都相继在研制各自的SBW系统，国内也开始涉足这一相关研究领域。 SBW系统由方向盘模块、转向执行模块和ECU3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。 方向盘模块包括方向盘、方向盘转角、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘模块的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接受ECU送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩以提供给驾驶员相应的路感信号。转向执行模块包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等。转向执行模块的功能是接受ECU的命令，控制转向电机实现要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图。ECU对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送命令，控制两个电机的工作。自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它包括一系列监控和实施算法，针对不同的故障形式和等级作出相应处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。 SBW的工作原理是当转向盘转动时，转向传感器和转向角传感器将测量到的驾驶员转矩和转向盘的转角转变成电信号输入到ECU，ECU依据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向，并根据转向力模拟，生成反馈转矩，控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度，通过机械转向装置控制转向轮的转向位置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。 二、DBW线控油门系统
汽车线控转向系统原理与未来消费前景 观研天下 出版时间：2014年
导读：汽车线控转向系统原理与未来消费前景。线控转向系统是指通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，并可减少汽车发生碰撞时对驾驶员的伤害，线控转向系统提高了汽车的转动效率，缩短了系统响应的时间，从而进一步改善了驾驶特性，控制单元接收各种数据，可以在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力，转动车轮。取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。 参考《中国汽车零部件市场需求调研与投资战略分析报告（2013-2017）》 线控转向系统是指通过通讯网络连接各部件的控制系统，它替代了传统的机械或液压连接，取消了转向盘和转向轮的机械连接，占据空间小，并可减少汽车发生碰撞时对驾驶员的伤害，线控转向系统提高了汽车的转动效率，缩短了系统响应的时间，从而进一步改善了驾驶特性，控制单元接收各种数据，可以在瞬时转向条件下，立刻提供转向动力，转动车轮。取消转向柱、转向器后，有利于提高汽车碰撞安全性和整车主动安全性。交通工具如汽车、轮船、飞机都可以采用线控转向系统，从而增强了车辆的安全性和操纵稳定性。 1 线控转向系统的基本结构与工作原理 1．1 线控转向系统的基本结构 汽车线控转向系统是一种全新概念的转向系统，如图1 所示，它由方向盘模块、主控制器、车轮转向模块三个主要模块以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。 1) 方向盘总成由方向盘、方向盘转角传感器、方向盘回正力矩电机和力矩传感器等部件构成。方向盘总成首先是将驾驶人员的转向意图经过转换，变成数字信号，然后把数字信号传送给主控制器ECU，用于控制汽车前轮完成转向
文献综述 汽车转向是通过驾驶者转动方向盘，经过转向系统提供的操纵力以改变车轮角度来实现。助力转向是一种为了减轻驾驶员的操纵力而设有主力机构的转向装置。为方便驾驶员易于操纵转向系，动力转向已经成为汽车的标准装备。 黄蓉清认为：汽车汽车转向系统大致经历了无助力的纯机械转向(MS)、有液压助力的液压助力转向(HPS)、随车速改变助力大小的电控液压助力转向(ECHPS)、由电动机直接驱动转向油泵的电动液压助力转向(EHPS)、纯粹靠电动机提供助力的电动助力转向(EPS)、可变传动比转向系统(VGRS)等发展历程。专家们预测,未来汽车转向系统的发展趋势是线控转向(SBW),即取消方向盘与转向车轮之间原有的机械连接,而改用控制信号代替的一种电动转向系统。（电动助力转向的原理和发展，华南理工大学汽车工程学院，广东广州510640，黄蓉清，向铁明，许迎东）。电子助力转向系统的发展是朝着EPS的方向发展的，未来汽车配置中将必不可少的拥有电子助力转向系统，对司机的安全驾驶起到协助作用。 李国洪（电动助力系统控制单元的设计，天津理工大学，天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384）做出论断：在电动助力转向系统中，电子控制单元是整个系统的控制核心，也是驾驶系统的主要工作，电子控制单元设计要实现的主要功能如下： （1）采集方向盘扭矩信号和车速信号，并将其转化为DSP可以接收、处理的信号。 （2）根据控制要求，确定助力特性，将扭矩值换算成为电机提供的目标电流值。 （3）设计合适的驱动电路，将DSP的输出信号提供给直流助力电机。 （4）跟踪目标电流形成闭环控制，保证实际电流和目标电流的误差不超过允许范围. （5）对系统进行监控和保护，保证系统正常工作。 电动助力系统控制单元的设计是重中之重，对于控制单元的设计，我会尽力于老师沟通，毕竟控制单元一步错步步错，对于控制单元我细心加谨慎，来认真完成。 郝金魁认为（电动助力转向系统驱动电路的设计，石家庄铁道学院机械工程分院，2006-09-11，郝金魁，张超风）：电动助力转向系统的硬件电路主要包括以下模块： MC9S12DP256 微控制器、电源电路、信号处理电路、直流电机功率驱动模块、故障诊断模块与显示模块、车速传感器、扭矩传感器、发动机点火信号、电流及电流传感器等接人处理电路, 另外还有电磁离合器等。 EPS 系统的硬件逻辑框架如图2 所示。
汽车线控转向技术的发展与应用 汽车转向系统的基本性能是保证车辆在任何工况下转动转向盘时有较理想的操纵稳定性。随着汽车电子技术的不断发展和汽车系统的集成化，汽车转向系统从传统的液压助力转向系统 （Hydraulic Power Steering System，HPS）、电控液压动力转向系统（Electronic Control Hydraulic Power Steering Sys-tern，ECHPS），发展到现在逐渐推广应用的电动液压动力转向系统（Electro-Hydraulic Power Steering System，EHPS）。近年来，汽车线控转向技术（Steer-ing-Bv-Wire，SBW）也成为国外的研究热点。SBW是X-By-Wire的一种。X-By-Wire的全称是“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系统”。“X”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制动，等等。 1 汽车线控转向系统的结构和基本原理 1.1 汽车线控转向系统的结构 汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器（ECU）三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成，如图1所示。 方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号.并传递给主控制器：同时接受主控制
器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩.以提供给驾驶员相应的路感信息。转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。 主控制器对采集的信号进行分析处理.判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。 自动防故障系统是线控转向系的重要模块.它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。 电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有500-800 W，加上汽车上的其它电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。 1.2汽车线控转向系统的原理简介 汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接.完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制.不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。是汽车转向系统的重大革新。
综 述 汽车转向系统的技术发展趋势 武汉理工大学机电学院 赵 燕 周 斌 张仲甫 [摘要]多年来,转向系统经历了从舒适性到安全性再到环保性的演变。本文简要回顾了转向系统的技术发展趋势以及对其未来发展的预测。 关键词: 转向系统 电动转向器 1 概述 汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向,并在受到路面传来的偶然冲击及汽车意外地偏离行驶方向时,能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶。因此,转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。以往转向器的生产厂商主要在质量、价格、舒适性及其他因素之间寻找平衡点,而且将改进汽车的舒适性、易操作性和安全性作为转向器的发展方向。然而,随着全球汽车总量的不断增加,汽车技术的发展在给人们带来便利和舒适的生活方式的同时,也导致了对环境的破坏。在21世纪,汽车技术的发展必须全方位考虑环保的问题。在此情况下,对转向系统的大量需求不仅仅是针对性能的改善,还应对更高层次的安全及环保要求采取相应的对策。本文展示了转向系统相关的技术趋势,包括当前的成果及对未来的展望。 2 汽车转向系统的发展概况 2.1 汽车的产品数量 汽车是在一个世纪前出现的,大规模的汽车制造可以远溯到1911年。相关技术的发展及二次世界大战中的技术更新促进了汽车工业的发展和进步。今天,汽车工业在世界上大部分国家的经济中起到了中心作用。1999年,全球轿车的总产量大约为3866万辆,比1998年增加大约2.2%;2000年世界汽车产量达5733万辆,比1999年增长2.8%[1],创历史新纪录。汽车生产大国日本在1999年生产了810万辆汽车,比1998年增加了0.6%[2]。由于中国及其他亚洲国家汽车市场的扩大,这种增长趋势还会持续下去。1992～2001年的10年里,我国汽车产量平均年增长15%,是同期世界汽车年均增长率的10倍。2000年我国生产汽车206.82万辆。2002年1～9月我国国产汽车实现销售237.11万辆,销售拉动生产,1～9月累计生产汽车234.15万辆,年底突破300万辆已胜券在握。我国“十五”计划的最后一年即2005年,汽车产量的预期目标是320万辆,其中轿车为110万辆[3]。然而,这种增长也具有负面影响,那就是会导致空气污染和其他负面的社会和环保问题。因此,随着汽车产量的增加,人们对具有更高水平的环保、节能、安全性的转向系统及其他汽车零部件的需求会越来越大。 2.2 转向系统的技术状况 对转向系统产品的需求随着汽车化的提高而发生着变化。最初驾驶员们只希望比较容易地操纵转向系统,而后则追求在高速行驶时的稳定性、舒适性和良好的操纵感。动力助力转向器系统应运而生。 在上世纪50年代,通用汽车公司推出循环球式液压动力转向系统。由油泵产生的液压力帮助驾驶员克服负载施加在转向系统上的操纵阻力。在过去的50年里,转向系统主要使用液压力来帮助驾驶员操纵汽车。汽车厂家已经为不同尺寸、不同质量、不同类型的汽车——从经济型到大的运动型汽车及大货车的液力和电液动力转向系统做了超凡的工作,使之成为当今动力转向系统的主力。 上世纪80年代出现的电动转向系统(EPS)则为动力转向器增添了新品种。EPS不仅可以提供汽车在高 ? 22 ?汽车研究与开发
毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郑蕊 系部 汽车工程系 专业、班级 车辆07—6班 指导教师姓名 姚佳岩 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 东风轻型货车转向系统设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 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。1)纯机械式转向系统,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。2)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。电动液压转向需要全套设计请联系Q Q1537693694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。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。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。3)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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/c64225732.html, 汽车线控转向系统分析 作者：于秀涛李博 来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2010年第10期 摘要:本文通过阐述汽车转向系统在汽车运行时的功能和作用,并介绍了线性转向系统的结构和性能,最后分析了线性转向系统中虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等关键技术,并对2个自由度的整车动力学模型进行论述。 关键词:转向系统线控转向系统 0引言 转向系统是与汽车主动安全性能相关的重要系统,其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很 大。操纵性是汽车准确的按照驾驶员意图行驶:稳定性是汽车在危险工况(侧滑或横摆)下汽车仍稳定行驶。 为提高操纵稳定性,出现了ESP(电子稳定程序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断 产生不足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力,产生横摆力矩即纠偏力矩。主动前 轮转向(AFS-Active front steering)通过电机根据车速和行驶工况改变转向传动比。低、中速时,转向传动比较小,转向直接,以减少转向盘的转动圈数,提高转向的灵敏性和操纵性;高速时,转向 传动比较大,提高车辆的稳定性和安全性。同时,系统中的机械连接使得驾驶员直接感受到真实的路面反馈信息。四轮转向的后轮也参与转向。低速时,后轮与前轮反向转向,减小转弯半径,提高机动灵活性。高速时,后轮与前轮同向转向,提高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。 然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段,由于其转向传动比固定,汽车的转向响应特性随车速而变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿,从而控制汽车按其意愿行驶。如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控 制器连接起来,驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入自己的驾驶指令,由控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角,从而实现转向系统的智能控制,必将对车辆操纵稳定性带来很大的提高,降低驾驶员的操纵负担,改善人一车闭环系统性能。因而线控转向系统(Steering-By-Wire System,简称SBW)应运而生。SBW是X-By-Wire的一种。X--By--W的全称是“没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系统”。“x”表示任何与安全相关的操作,包括转向、制动等等。“By--Wire”表示X--By--wire是一个电子系统。
汽车线控技术的应用及发展趋势 随着汽车电子技术、自动控制技术的逐步成熟和汽车网络通信技术的广泛应用，汽车线控技术也逐步得到青睐和深入研究，它和42V电压系统和网络技术左右着汽车未来的发展趋势。 汽车线控技术就是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统。目前的线控技术包括线控换档系统、线控制动系统、线控悬架系统、线控增压系统、线控油门系统及线控转向系统。其中线控转向系统在高级轿车、跑车及概念车上有广泛的应用，它为自动驾驶提供了良好的平台;线控制动系统在工业车辆上应用较多，将来随着线控技术的成熟和成本的降低及追求自动驾驶的影响，线控技术将会越来越多地应用于普通车辆。本文主要介绍汽车线控制动系统和线控转向系统。 线控制动系统 线控制动系统（BBW，Brake2By2Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro2Hy2draulicBrake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro2MechanicalBrake）。EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力;而EMB则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。 1电液制动系统 在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成. 制动踏板与制动器间无直接动力传递。制动时，制动力由ECU和执行器控制，
https://www.doczj.com/doc/c64225732.html, 汽车线控转向系统的台架试验1 于蕾艳1，林逸2，施国标2 （1 中国石油大学（华东）机电工程学院，山东东营; 2北京理工大学机械与车辆工程学 院，北京 100081） 摘要：线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，因而可以根据车况主动提供路感和进行主动转向，提高车辆的操纵稳定性。进行了线控转向系统的试验台架的软硬件设计，该台架可以验证线控转向系统的控制策略，进行路感电机、转向电机、传感器等关键部件的试验。试验结果表明，采用的路感电机控制算法能较好地实现对电流的伺服控制，可用于路感控制；转向电机控制算法能较好地实现对传动比的控制。 关键词：线控转向台架试验路感电机 中图分类号：U270.11 文献标识码：A 引言 线控转向（Steer-by-Wire ,SBW）系统对传统转向系统的根本变革是取消了转向盘和转向轮的之间机械连接，因而可以根据车况主动提供路感和进行主动转向，提高车辆的操纵稳定性 [1][2][3][4]。国内对线控转向试验台研究尚不多。本文探讨了线控转向试验台的软硬件设计和控制策略验证等。 1线控转向系统的试验台架 线控转向系统的试验台架结构如图1所示，主要由转向阻力模拟装置、系统安装台架、测控系统及部分附件组成。线控转向系统包括转向管柱、齿轮齿条式转向器、横拉杆等，与试验台有3处连接位置，即转向管柱与转向管柱连接支架、转向器壳体与转向器连接架、转 1基金项目：奥运用纯电动客车整车优化及制造编号：D0305002040111
向横拉杆与转向阻力模拟装置（左、右各一）。此3处连接位置可调，以适应安装不同规格的线控转向系统。 1－铁地板；28－座椅；9－转向盘；10－转向盘扭矩传感器；11－转向盘转角传感器；12－线控转向管柱；13－支架； 14－导轨 图1 线控转向试验台结构 图2所示为测控系统硬件构成，测控系统由工控机、数据采集卡、测控软件、各种传感器、开关、继电器、按钮等组成。采用研华PC 作为测控计算机，其CPU 为PIV1.4G ，内存128M 。采用PC 作为测控计算机，是因为PC 具有很多优点：性能稳定，计算速度快，能实现复杂的控制算法；PC 的开发工具齐全，应用程序接口和图形界面非常友好；PC 储存器容量大，可以实时存储大量的试验数据用于分析计算；能使用通用操作系统和大多数编程语言；支持DOS 、Windows98、Windows NT/2000、UNIX 等多种通用操作系统，为控制系统的软硬件开发提供很大方便；围绕PC 的各种板卡标准化、系列化，系统集成灵活机动。试验台装有的传感器包括：转向盘转矩与转速传感器、转向盘转角传感器、齿条位移传感器、齿条拉压传感器、电机电流传感器及电压传感器。 转向阻力(左、右)模拟车速 图2 测控系统硬件构成 2线控转向系统匹配设计 路感电机采用直流有刷力矩伺服电机，转向电机采用三相交流步进电机。路感电机的最大力矩根据驾驶员作用在转向盘边缘的最大力确定： 1max T d max F
（汽车行业）汽车转向系统
第一章转向系统概述 在驾驶员看来，转向系统仿佛是一种非常简单的系统。简单地向所希望方向转动方向盘，车辆则做出与之相应的反应。现在的转向系统远非那么简单。转向系统涉及到许多部件，这些部件分布于扶握方向盘的手与支撑在路面上的前轮之间。所有这些部件共同构成转向系统。 一、系统操作说明 在驾驶员和前轮之间的部件系列中，方向盘处于第一位。方向盘连接到转向柱上端，经由中间轴或联轴节，转向柱接到位于下端的转向机上。当驾驶员转动方向盘，通过转向柱和中间轴将旋转运动传递到转向机上。 转向机将来自方向盘的旋转运动转换成所要求的横向(左右)运动，从而转动前轮使之转向适当的方向。在驾驶员完成转向后，轮胎和路面间的作用力有助于使车辆轮胎恢复到正前方。 齿轮齿条转向机系统
二、转向系统组成
转向系统组成 三、转向系统类型 现在车辆上采用两种类型的转向机： ?整体式转向机 ?齿轮齿条转向机 两种设计均能够装备手动转向机或动力辅助转向机，手动和动力辅助转向机的机械操作
原理类似。但是，动力辅助转向机利用液体压力来减轻驾驶员对方向盘施加的作用力。 1. 整体式转向机系统 多数后轮驱动车辆和绝大多数卡车继续采用整体式转向机。在这些系统上，如果准备采用动力辅助装置，则转向机和阀总成将安装在整体装置中。 整体式转向机系统示意图 2. 齿轮齿条转向机系统 现在所有前轮驱动车型和某些后轮驱动车型均采用了齿轮齿条系统。 齿轮、齿条是将方向盘旋转运动转换成横向运动的两个部件。转向轴连接到转向机的主动齿轮上，而主动齿轮和方向盘一起旋转。主动齿轮轮齿与齿条轮齿啮合，旋转的主动齿轮使得齿条左右移动。齿条横向作用力推拉转向横拉杆以改变车辆前轮的方向。 齿轮齿条系统具有下列优点： 转向臂 转向机总成 中部拉杆
汽车线控四轮转向系统研究现状 班级：研1202 学号：2012020061 姓名：李竹芳 2012/12/24
目录 摘要 (3) 前言 (4) 第1章线控转向的基本结构与工作原理 (4) 1.1基本结构 (4) 1.2 工作原理 (5) 第2章国内外研究现状 (5) 2.1 国外研究现状 (5) 2.2 国内研究现状 (7) 总结 (11) 参考文献 (12)
摘要 线控转向系统是一种全新的转向方式，它克服了传统转向系统由于机械连接带来的各种限制。本文简要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，并分析了国内外线控转向的研究现状。最后对线控转向的发展进行了展望与总结。
前言 更加安全，更加舒适，更加便于驾驶的智能车辆已经成为当代汽车发展的一个主要目标。传统的转向系统，无论是机械式、液力助力式、还是电子助力式，都没有改变驾驶员通过机械机构操纵转向器的方式。由于其转向传动比往往固定或变化范围有限，汽车的转向响应特性随车速而变化，因此驾驶员必须针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿，才能够操纵汽车按其意愿实现转向，这在很大程度上影响了汽车的操纵稳定性和驾驶舒适性。而线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入转向盘的转角指令，在一定的操纵稳定条件下，由控制器根据转向盘的转角、当前车辆状态等信息，依据有关控制算法确定合理的前轮转角，实现准确的转向，因而对线控转向系统(steer-by-wire 简称SBW)进行的研究逐渐兴起。 同时，四轮转向使后轮能在汽车转弯时直接参与对汽车侧偏角和侧向运动的控制，不仅可比前轮转向明显具有转弯半径小，减少转向力产生的滞后的优势，而且还能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态。所以，不久的将来将线控转向控制技术与四轮转向技术在车上结合势在必行。 第1章线控转向的基本结构与工作原理 1.1基本结构 汽车线控四轮转向系统由方向盘总成、4 个独立的转向电机、ECU、故障处理控制器及各种传感器组成。方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以提供给驶员相应的路感信息。转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。CPU 对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，对方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制五个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，线控转向系统会将驾驶员错的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。其结构图如图1 所示。
线控转向系统（SBW） 在车辆高速化、驾驶人员大众化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统（Steering-By-Wire Systerm，简称SBW）的发展，正是满足这种客观需求。它是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，它取消转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，提高了汽车的安全性和驾驶的方便性。 5.1线控转向系统的构成 SBW系统一般由转向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU、自动防故障系统以及电源等模块组成。转向盘模块包括路感电机和转向盘转角传感器等，转向盘模块向驾驶员提供合适的转向感觉（也称为路感）并为前轮转角提供参考信号。转向执行模块包括转向电机、齿条位移传感器等,实现2个功能:跟踪参考前轮转角、向转向盘模块反馈轮胎所受外力的信息以反馈车辆行驶状态。主控制器控制转向盘模块和转向执行模块的协调工作。 5.2线控转向系统的工作原理 当转向盘转动时,转向传感器和转向角传感器检测到驾驶员转矩和转向盘的转角并转变成电信号输入到ECU,ECU根据车速传感器和安装在转向传动机构上的位移传感器的信号来控制转矩反馈电动机的旋转方向,并根据转向力模拟,生成反馈转矩,控制转向电动机的旋转方向、转矩大小和旋转角度,通过机械转向装置控制转向轮的转向位 置，使汽车沿着驾驶员期望的轨迹行驶。 5.3线控转向系统特点 （1）取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而消除了机械约束和转向干涉问题，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。 （2）去掉了原来转向系统各个模块之间的刚性机械连接，采用柔性连接，使转向系统在汽车上的布置更加灵活，转向盘的位置可以方便地布置在需要的位置。 （3）提高了汽车的操纵性。由于可以实现传动比的任意设置，并针对不同的车速，转向状况进行参数补偿，从而提高了汽车的操纵性。 （4）改善驾驶员的“路感”。由于转向盘和转向轮之间无机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。使得在回正力矩控制方面可以从信号中提出最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。
浅谈汽车线控转向系统的结构及工作原理 前言 汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操 纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、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的作用。如何合理地设计转向系统，使 汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究课题。 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，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(Steering – By - WireSystem，简称SBW)的发展，正是迎合这种客观需求。它是继EPS 后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS 操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的 限制，在给驾驶员带来方便的同时也提高了汽车的安全性。 一、线控转向系统的发展概况 德国奔驰公司在1990 年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转 向系统应用于概念车F400Carving 上。日本Koyo 也开发了线控转向系统，但 为了保证系统的安全，仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械部分，即通过离 合器连接，当线控转向失效时通过离合器结合回复到机械转向。宝马汽车公司 的概念车BMWZ22，应用了SteerByWire 技术，转向盘的转动范围减小到 160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大降低。 意大利Bertone 设计开发的概念车FILO，雪铁龙越野车C- Crosser，Daimlerchrysler 概念车R129，都采用了线控转向系统。2003 年日本本田公司在纽约国际车展上推出了LexusHPX 概念车，该车也采用了线控转向系统，在仪表盘上集成了各种控制功能，实现车辆的自动控制。估计几年后，