四輪轉向汽車(chē)電子控制技術(shù)
4.1.3 車(chē)身橫擺角速度傳感器
車(chē)身橫擺角速度傳感器安裝在汽車(chē)質(zhì)心處的車(chē)身上,采用壓電射流角速度傳感器,檢測汽車(chē)轉向行駛時(shí)的車(chē)身橫擺角速度,以電信號的形式輸入ECU,ECU輸出控制信號,實(shí)時(shí)控制汽車(chē)的轉向運動(dòng),保證汽車(chē)轉向行駛時(shí)的動(dòng)態(tài)穩定性。
4.2 電控單元(ECU)
ECU是4WS系統的核心,其功用是根據制定的控制方案,按照編制的程序對各種傳感器輸入信號進(jìn)行分析、計算、處理,輸出一定的控制信號指令,驅動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機動(dòng)作。其電控單元的控制框圖如2圖所示,4WS系統ECU主要由輸入信號調理電路、微處理器、輸出信號處理電路、電源電路等硬件部分和控制程序、軟件平臺等軟件部分組成。為保證控制系統可靠地工作,電控單元還必須采取有效的抗干擾措施和故障自診斷處理措施。

4.3 步進(jìn)電動(dòng)機
電動(dòng)機采用步進(jìn)電動(dòng)機,其功用是根據ECU的指令輸出適宜的轉矩和轉角,驅動(dòng)后輪轉向機構,控制后輪的轉向,是后輪轉向系統中的驅動(dòng)執行元件。步進(jìn)電動(dòng)機是一種數字控制電動(dòng)機,將數字式電脈沖信號轉換成角位移,控制性能好,非常適合于單片機控制。采用步進(jìn)電動(dòng)機的主要優(yōu)點(diǎn)是:步進(jìn)電動(dòng)機的角位移與輸入脈沖數嚴格成正比,隨動(dòng)性好,可與角度反饋環(huán)節組成高性能的閉環(huán)數控系統;動(dòng)態(tài)響應快,易于實(shí)現起停、正反轉及變速;具有自鎖和保持轉矩能力;結構簡(jiǎn)單,堅固耐用,抗干擾能力強。
4.4 減速機構
減速機構的功用是降低步進(jìn)電動(dòng)機轉速,增大步進(jìn)電動(dòng)機傳遞給轉向傳動(dòng)機構的轉矩,常采用蝸輪蝸桿機構或行星齒輪機構。
4.5 后輪轉向傳動(dòng)機構
不同的車(chē)型,后輪轉向傳動(dòng)機構的結構形式也不一樣,可采用傳統的轉向機構形式,也可根據汽車(chē)后懸結構和行駛轉向要求,設計特定結構形式的后輪轉向機構。
5.電控電動(dòng)式4WS系統的特點(diǎn)分析
5.1 電控電動(dòng)式4WS與普通2WS系統對比分析
電控電動(dòng)式4WS汽車(chē)與普通的2WS汽車(chē)相比,電控電動(dòng)式4WS汽車(chē)具有如下特點(diǎn):
(1)轉向操作的響應加快,準確性高。
(2)轉向操作的輕便性和行駛穩定性提高。低速時(shí),轉彎半徑小,轉向操作的機動(dòng)靈活性提高(如圖3所示)。
(3)超車(chē)時(shí),變換車(chē)道更容易,減小了汽車(chē)產(chǎn)生擺尾和側滑的可能性??箓认蚋蓴_的穩定性效果好。
5.2 電控電動(dòng)式4WS與電控液壓式4WS系統對比分析
電控電動(dòng)式4WS系統與電控液壓式4WS系統相比,也具有顯著(zhù)的優(yōu)勢:
①采用步進(jìn)電動(dòng)機作為后輪轉向系統的驅動(dòng)執行元件,動(dòng)態(tài)響應快,改善了瞬態(tài)轉向靈敏度,有效地降低了電控液壓式轉向系統的轉向滯后特性。
②步進(jìn)電動(dòng)機的角位移與輸入脈沖數嚴格成正比,在轉動(dòng)過(guò)程中,無(wú)累積誤差,隨動(dòng)性好,轉向控制精度高,回正性好。
③系統剛性大,有較高的慣性力矩,抗外界干擾的能力強。結構緊湊,體積小,質(zhì)量輕,裝配布置方便。
④步進(jìn)電動(dòng)機由蓄電池供電,發(fā)動(dòng)機動(dòng)力消耗。沒(méi)有液壓系統裝置,系統的調整和檢測方便,裝配自動(dòng)化程度高,能縮短系統產(chǎn)品的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期。
6.電控電動(dòng)式4WS系統的技術(shù)展望目前在成型的4WS汽車(chē)中主要采用電控液壓式4WS系統。雖然電控電動(dòng)式4WS系統發(fā)展較晚,相應的技術(shù)還不夠成熟,存在動(dòng)力小、ECU復雜、成本高等不足之處,但隨著(zhù)現代電子技術(shù)、電機技術(shù)的飛速發(fā)展和應用,電控電動(dòng)式4WS系統在技術(shù)上將不斷完善,在轉向控制性能、系統布置、節能等方面也將越來(lái)越顯示其優(yōu)越性,其應用前景廣闊,必將取代電控液壓式4WS系統,并成為4WS系統發(fā)展的主流。它的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn):
(1)針對4WS系統,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、設計高性能、高精度、高靈敏度的傳感器,以便于正確地檢測汽車(chē)的運動(dòng)信號。
(2)將先進(jìn)的控制理論與控制方法應用于4WS控制器的研究中,提高轉向控制性能。
(3)改進(jìn)步進(jìn)電動(dòng)機的結構和控制技術(shù),消除步進(jìn)電動(dòng)機工作時(shí)存在的振蕩、失步、振動(dòng)、噪聲等不足。
(4)研究、設計結構合理、布置方便的后輪轉向傳動(dòng)機構,實(shí)現后輪的正確轉向。
(5)進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統,減小系統結構的體積,控制生產(chǎn)成本。
(6)把4WS技術(shù)與其它主動(dòng)安全技術(shù)(如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等)相結合,實(shí)現汽車(chē)主動(dòng)底盤(pán)技術(shù)的綜合控制,這是主動(dòng)控制4WS系統研究的長(cháng)期目標。
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