工程机械四轮转向控制系统研究

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。

四轮转向汽车最优转向控制研究作者：李辰旸罗文广来源：《计算技术与自动化》2013年第04期摘要：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了分析，构建了理想转向模型。

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了研究。

利用Matlab工具，对所提出的后轮转向最优控制方法进行了仿真。

仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善了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，从而提高了汽车转向的操纵稳定性。

关键词：汽车；四轮转向（ 4WS）；最优控制；仿真；操纵稳定性中国分类号：U273 文献标志码：A1 引言随着现代道路交通系统和汽车技术的发展，汽车行驶的速度不断提高，高速行驶的安全问题日益突出。

汽车在高速行驶下进行车道变换、超车、弯道行驶时，减少车身侧偏，提高汽车安全性成为现代汽车亟待解决的问题。

四轮转向（4WS）作为一项有效的汽车主动安全技术近年来已有了很大的发展，一些成熟技术在高档车上已得到应用。

4WS汽车通过后轮直接参与对汽车侧向及横摆运动的控制，不仅减少了转向力产生的滞后，而且能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态，使汽车的方向角与姿态角重合，改善了汽车高速时的操纵稳定性和低速时的机动灵活性[1]。

本文根据具有二次型性能指标的线性跟踪问题最优控制理论，基于汽车状态反馈和前轮前馈，简单介绍4WS汽车转向控制规律[2-3]。

2 4WS汽车动力学模型的建立目前有关4WS汽车的研究大部分使用包含横摆角速度和质心侧偏角的线性二自由度单轨自行车模型。

理论和试验都证明，在正常车速范围的非紧急状态（低侧向加速度）和小转向角的情况下，该模型能以较好的精度表征车辆转向的实际物理过程，基于它们设计的控制器能够正常工作[4]。

建模时作如下假设：忽略悬架系统和转向机构的影响，直接以前轮转角作为输入；不考虑加减速过渡工况，认为转向时汽车行驶速度u大小保持不变；忽略汽车的侧倾与俯仰运动，认为汽车只作平行于地面的平面运动，则汽车只有沿Y轴的侧向运动与绕Z轴的横摆运动两个自由度[5-6]。

汽车四轮转向的PID控制方法研究毕业论文设计本科毕业设计（论文）题目汽车四轮转向的PID控制方法研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

线控四轮转向系统的研究综述及技术总结近年来，随着科技的不断发展，机器人技术已经发展成为一个非常热门的领域。

其中，线控四轮转向系统技术的研究已经受到了越来越多的关注。

本文旨在对此类技术的研究进行综述，并对其中几种典型技术进行总结和探讨。

一、线控四轮转向系统的定义与特点线控四轮转向系统是机器人的一个重要部件，主要用于控制机器人的行驶方向。

它的主要特点是与车辆发动机并无直接的机械连接，而是通过电子线控系统实现转向的控制。

二、线控四轮转向系统技术的发展历程线控四轮转向技术最初出现于上世纪70年代后期，当时主要用于汽车的制动系统中。

到了80年代，此技术开始向轮胎转向控制领域扩展，成为了轮胎转向控制系统不可或缺的组成部分。

而随着数字化技术的不断发展，线控四轮转向系统的精度和速度得到了大幅提升。

三、线控四轮转向系统技术的类型1. 前轮转向类型：该类型的系统将前轮作为控制方向的主导部件，能够实现车辆的小半径转弯。

但是在高速行驶时显得力不从心。

2. 后轮转向类型：该类型的系统将后轮作为控制方向的主导部件，能够在高速行驶时实现更好的稳定性。

3. 四轮转向类型：该类型的系统能够实现前、后轮同时转向，从而大幅提高车辆的操控性和稳定性。

四、线控四轮转向系统的优缺点线控四轮转向系统的优点主要体现在其能够提高车辆的操控性，减小车身侧倾，提高车辆的稳定性和安全性。

缺点在于其成本较高，而且维护和保养相对困难。

五、结论线控四轮转向系统技术的研究是现代机器人技术的重要组成部分，其可以提高机器人的行驶稳定性和操控性。

但是目前该技术在成本和维护等方面还存在问题，需要进一步的研究和探索。

在今后的研究中，我们希望能够不断地完善技术，提高其的可靠性和实用性。

六、线控四轮转向系统技术的应用领域线控四轮转向系统技术的应用领域非常广泛，主要包括汽车制造、机械制造、工业自动化等领域。

在汽车制造领域中，四轮转向技术已经逐渐普及，许多高端品牌的汽车甚至都将其作为标配。

四轮独立转向车辆控制策略研究和操纵动力学仿真宋裕民;褚幼晖;李维华【摘要】建立了两自由度四轮独立转向(4WIS)车辆系统模型,根据四轮独立转向零稳态质心侧偏角控制策略和前轴中心虚拟转角为控制参数,推导了独立四轮转角的函数表达式;Simulink仿真结果表明,其低速机动性能和高速操纵稳定性能与前轮转向(FWS)车辆都有较大提高.与比例四轮转向车辆(4WS)相比,其低速机动性能有所提高而高速操纵稳定性能相近.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2017(030)006【总页数】4页(P22-24,27)【关键词】四轮独立转向;虚拟转角;数学模型;仿真【作者】宋裕民;褚幼晖;李维华【作者单位】山东省农业机械科学研究院,山东济南 250100;山东省农业机械科学研究院,山东济南 250100;山东省农业机械科学研究院,山东济南 250100【正文语种】中文【中图分类】U461160 引言四轮独立转向(4WIS)是四个转向轮独立转动不同角度的一种新型转向模式，它不同于四轮转向(4WS)之处在于去掉了转向梯形机构，使所有车轮在任何时刻都能绕同一瞬时中心转向，满足运动协调性,实现优化的阿克曼转向，从而保证转向过程中轮胎与地面之间的摩擦接触时时处于纯滚动状态，合理控制四轮转角关系能保证车辆稳态质心侧偏角保持为零[1-3]。

建立了两自由度四轮独立转向(4WIS，Four Wheel Independent Steering System)车辆系统模型，根据四轮独立转向零稳态质心侧偏角控制策略和前轴中心虚拟转角为控制参数，推导了独立四轮转角的函数表达式, 并通过仿真证明此系统的可行性和有效性。

1 WIS车辆的操纵动力学模型为系统分析线控四轮独立转向车辆各车轮的转角规律，建立四轮独立转向二自由度运动学模型。

如图1，车辆在水平面内作侧向运动，形成质心侧偏角β及垂直于水平面绕质摆角速度γ两个变量。

假设车辆在水平面内运动, 其侧向加速度小于0.4 g,车速沿x轴的分量保持不变，轮胎侧偏特性保持在线形范围内。

四轮转向技术的原理及应用前景浅析【摘要】四轮转向技术是一种为汽车提供更灵活转向和更稳定驾驶的技术。

本文介绍了四轮转向技术的原理，包括四轮转向技术的分类和应用领域。

也探讨了四轮转向技术在汽车行业中的发展以及对汽车性能的影响。

分析了四轮转向技术的未来发展趋势和市场前景，并总结了其重要性。

四轮转向技术的应用前景广阔，可以提高汽车的操控性和安全性，将会成为汽车行业发展的趋势之一。

【关键词】四轮转向技术、原理、分类、应用领域、发展、汽车行业、性能、影响、未来发展趋势、市场前景、重要性。

1. 引言1.1 介绍四轮转向技术四轮转向技术是一种现代汽车动力学系统，通过对四个车轮进行独立的转向控制，提高了车辆的操控性能和驾驶稳定性。

传统的汽车在转弯时，只有前轮或者后轮可以进行转向，而四轮转向技术可以使所有四个车轮同时或者独立地进行转向，从而实现更加灵活的转弯和更好的抓地性能。

四轮转向技术的原理是通过控制车辆的转向系统，使得前轮和后轮可以按照不同的角度进行转向。

这种技术可以根据车辆速度、转向角度等参数来调整转向角度，从而提高车辆的操控性和安全性。

四轮转向技术的重要性在于它可以显著改善车辆的操控性能，减少制动距离和车辆失控的风险。

这种技术不仅可以提高驾驶安全性，还可以提升驾驶乐趣，让驾驶员更加轻松和自信地驾驶车辆。

随着科技的不断发展和汽车市场的需求，四轮转向技术将会逐渐成为汽车制造业的重要发展方向，为驾驶员带来更好的驾驶体验。

1.2 阐述四轮转向技术的重要性在现代汽车市场竞争激烈的背景下，四轮转向技术的应用已经成为汽车制造商提升产品竞争力的重要手段。

通过引入四轮转向技术，汽车制造商可以打造更安全、更灵活、更舒适的车型，从而吸引更多消费者。

四轮转向技术也可以为汽车制造商创造更多的市场机会，拓展产品线，提升品牌知名度。

可以说四轮转向技术在汽车制造业中具有重要的地位和作用。

通过不断创新和发展，四轮转向技术将为汽车行业带来更多的机遇和挑战，推动整个行业向着更加先进、智能化的方向发展。

工学硕士学位论文四轮转向汽车稳定性控制系统研究郭静哈尔滨工业大学2008年6月国内图书分类号：U463.33国际图书分类号：629工学硕士学位论文四轮转向汽车稳定性控制系统研究硕士研究生：郭静导师：边文凤副教授申请学位：工学硕士学科、专业：车辆工程所在单位：汽车工程学院答辩日期： 2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：U463.33U.D.C：629Dissertation for the Master’s Degree in EngineeringSTUDY ON STABILITY CONTROL SYSTEM FOR FOUR-WHEELSTEERING VEHICLESCandidate: Guo JingSupervisor: Associate Prof. Bian Wenfeng Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Vehicle EngineeringAffiliation: College of Automobile Engineering Date of Defence: June，2008Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文围绕四轮转向(4WS)汽车操纵稳定性控制中的直接横摆力偶矩控制系统展开研究，着重讨论了汽车稳定性控制系统的滑模变结构控制的控制逻辑与控制算法，并通过仿真分析为实际汽车操纵稳定性控制系统的设计提供了理论依据。

本文利用H.B.Pacejka教授提出的魔术公式建立了轮胎力学模型，在此基础上建立了四轮转向汽车的动力学模型，并通过仿真对车辆模型进行了验证，为控制系统的仿真分析奠定了模型基础。

分析了直接横摆力偶矩控制方法提高极限工况下弯道加速(或制动)行驶能力，从而改善汽车操纵稳定性的机理，为汽车稳定性控制提供了理论基础。

后轮独立控制的四轮转向系统研究随着科技的不断发展，汽车工业也在不断寻求创新和突破。

后轮独立控制的四轮转向系统作为一种新型的汽车转向系统，具有较高的机动性和稳定性，受到了广泛的。

本文将围绕后轮独立控制的四轮转向系统展开研究，介绍其研究背景、现状以及未来发展趋势。

后轮独立控制的四轮转向系统是指汽车前后轮分别由独立的控制系统进行控制，从而实现更加灵活和稳定的转向性能。

这种系统的出现可以追溯到20世纪末期，当时主要是为了解决车辆在复杂道路条件下的操控问题。

随着技术的不断进步，后轮独立控制的四轮转向系统逐渐成为研究的热点，并在部分高档汽车中得到了应用。

目前，国内外对于后轮独立控制的四轮转向系统的研究已经取得了一定的成果。

在理论研究方面，学者们通过建立数学模型和进行仿真实验，对后轮独立控制的四轮转向系统的动力学特性、控制策略等方面进行了深入研究。

在实践应用方面，部分汽车制造商已经将后轮独立控制的四轮转向系统应用于高档汽车中，并得到了良好的市场反馈。

然而，目前研究中还存在一些问题和难点。

后轮独立控制的四轮转向系统的成本较高，对于普及应用具有一定的难度。

系统的稳定性和可靠性还需要进一步提高。

针对不同车型和不同使用场景，后轮独立控制的四轮转向系统的优化和控制策略还需要进一步完善。

随着人工智能、传感器等技术的不断发展，后轮独立控制的四轮转向系统的未来发展前景十分广阔。

未来研究重点和方向可能包括以下几个方面：控制策略优化：针对不同车型和应用场景，研究更加高效和智能的控制策略，以提高车辆的操控性能和稳定性。

传感器技术应用：利用新型传感器技术，如激光雷达、高清摄像头等，实现对车辆周围环境的实时感知和信息采集，为车辆的自主控制提供更加准确和可靠的信息支持。

车辆动力学仿真与优化：通过建立更加精确的车辆动力学模型，对车辆的动态性能进行仿真和分析，以优化车辆的结构设计、控制系统等各方面因素。

智能化与自动驾驶：结合人工智能、机器学习等技术，研究更加智能化和自动化的车辆控制系统，提高车辆的自主行驶能力，实现部分或完全自动驾驶。