基于Simulink的四轮转向汽车神经网络控制策略仿真

无人驾驶汽车转向系统控制

无人驾驶汽车转向系统控制 摘要 伴随现代科技发展，无人驾驶汽车成为了新的研究热点，引领着汽车产业的发展方向。为了保证汽车在道路上正常行驶，解决无人驾驶汽车的转向控制成为了关键性问题。而融合先进的电子技术、信息技术和控制技术的线控转向技术被越来越多的科技工作者所青睐。 本文对无人驾驶汽车转向系统控制进行了研究。本文首先对无人驾驶汽车自动转向控制的研究现状进行了分析介绍。然后根据汽车转向时驾驶员操纵方向盘的实际情况，设计了转向执行机构。根据电路原理设计控制器的电源电路、程序烧写电路、信号调理电路和电机驱动电路，并绘制电路图。在此基础上，考虑到实际实验条件限制，采用仿真实验方法。运用MATLAB中的SIMLINK建立电机模型。在电机控制选择上，为保证电机平稳运转，采用了PID闭环控制方法对电机进行控制。然后采用与CARSIM联合仿真的方法对转向系统进行了可行性实验。仿真实验结果证明，转向控制器可以有效控制仿真车进行转向。 关键词：无人驾驶汽车；线控转向；CARSIM和MATLAB联合仿真

Steering system control of unmanned vehicle Abstract With the development of modern science and technology, autonomous vehicle has become a new research hotspot, which can greatly improve the security of the transportation system. In order to ensure the normal running of the vehicle, the steering control of unmanned vehicles has become a key issue. And the integration of advanced electronic technology, information tech-nology and control technology of steer by wire technology is favored by more and more scien-tists and technicians. This paper researches the control system of unmanned vehicle steering system. This paper introduces the research status of automatic steering control for unmanned vehicles.According to the procedure of the power supply circuit, this paper designs controller programming circuit, signal conditioning circuit and motor drive circuit, and draw circuit diagram. On the basis of this, taking the actual experimental conditions into account, this paper chooses the simulation method. This paper uses MATLAB in SIMLINK to build motor model. In order to ensure the smooth op-eration of the motor, the PID closed loop control method is used to control the motor. Then this paper has focused on the method that combines with the CARSIM simulation of the steering controller for the feasibility of the experiment. The experimental results show that the steering controller can effectively control the steering of the simulation vehicle. Key words:Unmanned vehicle;SBW;CARSIM and MATLAB joint simulation

文献翻译—四轮转向汽车的转向特性及控制技术

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,

四轮转向汽车的转向特性及控制技术-Read

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

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

四轮转向

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

汽车四轮转向研究现状

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]

汽车动力转向控制技术

汽车电动助力转向控制器驱动电路可靠设计1 赵景波1，陈 龙1，江浩斌1，刘海妹2 1 江苏大学汽车与交通工程学院，镇江 (212013) 2江苏大学计算机科学与通信工程学院，镇江 (212013) E-mail ：zhaojb1128@https://www.360docs.net/doc/195698920.html, 摘 要：分析了电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术。EPS 控制器的模块化设计将信号处理电路和功率驱动电路分层设计，增强系统的抗干扰能力和可靠性；PWM 驱动频率的选择要考虑与机械系统固有频率的关系、对电枢电流纹波的影响及对人的噪声影响，同时要考虑开关时电流脉峰对开关管及电动机安全的影响；3个MOS 管的并联工作要考虑经济性、电路板空间与发热功耗、可靠性的关系；MOS 管的散热设计通过合理地选择散热片及其参数，可以提高驱动效率和稳定运行能力。 关键词：汽车电动助力转向 控制器 驱动电路 可靠性 中图分类号：TP29;U463.4 1．引言 随着汽车工业的发展和对汽车行驶可靠性、安全性要求的提高，汽车电动助力转向（简称EPS）的可靠性设计技术日益引起重视。文献[1]从双CPU设计的角度对EPS控制器进行了容错设计；文献[2]对EPS系统进行了传感器冗余技术研究，提出了EPS系统传感器数量配置的方法。而控制器作为EPS系统的核心部件，其工作的安全可靠是EPS设计的关键，本文分别从EPS 控制器的模块化设计、PWM驱动频率的选择、MOS管的并联工作和MOS管的散热设计等方面进行控制器的可靠设计。 2．EPS 系统构成及工作原理 电动助力转向系统的构成及工作原理如图1所示。电动助力转向系统主要由车速传感器、转向盘转矩传感器、电动机电流传感器、控制器、功率驱动电路、故障指示灯、离合器和直流电动机等组成。控制器根据各传感器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力转矩，向电动机和离合器发出控制信号，通过功率驱动电路控制直流电动机的转动，电动机的输出经过减速机构减速增扭后，驱动齿轮齿条机构，产生相应的转向助力。通过精确的控制算法，可任意改变电动机的转矩大小，使传动机构获得所需的任意助力值[3]。同时，控制器对系统进行实时故障诊断，一旦发生故障，将中断对电动机的电压供给，并点亮转向系统故障警示灯，同时将故障类型以代码的形式存储[4,5] 。 图1 电动助力转向系统结构简图 Fig.1 Working principle and construction of EPS 控制器是EPS 系统的核心部件，而PWM 功率驱动技术、MOS 管的功耗和可靠设计及 1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：50475121）和高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20050299005）的资助。 1.车速信号 2.转矩信号 3.电动机 反馈电流信号 4.离合器驱动信号 5.电动机驱动信号 6.ECU 7.转矩 传感器 8.减速机构 9.直流电动 机 10.离合器

车辆四轮转向系统的控制方法_郭孔辉

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—

汽车四轮转向系统

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。

主动前轮转向控现状与发展趋势

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。

汽车电动助力转向控制系统控制器设计

第一章绪论 电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。它是近代各种先进汽车上所必备的系统之一。 电动助力转向的发展 从最初的机械式转向系统（Manual Steering，简称MS）发展为液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，简称HPS），然后又出现了电控液压助力转向系统（Electro Hydraulic Power Steering，简称EHPS）和电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称EPS）。 装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了1988年，日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统；1990年，日本Honda公司也在运动型轿车NSX上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电动助力转向在汽车上应用的历史。

电动助力转向的分类： 机械液压助力 机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick W. Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial 车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管、压力流体控制阀、V 型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。 电子液压助力 由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。 电动助力 EPS就是英文Electric Power Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力

汽车转向系统各部分结构作用图解73447

一.机械转向系统 l.转向盘2.安全转向轴3.转向节4.转向轮5.转向节臂6.转向横拉 杆7.转向减振器8.机械转向器 上图是一种机械式转向系统。驾驶员对转向盘1施加的转向力矩通过转向轴2输入转向器8。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有1、2级减速传动副（右图所示转向系统中的转向器为单级减速传动副）。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。二.转向操纵机构

转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。

三.机械转向器齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器分两端输出式和 中间（或单端）输出式两种。 1.转向横拉杆 2.防尘套 3.球头座 4.转向齿条 5.转向器壳体 6.调整螺塞 7.压紧 弹簧8.锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承 两端输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-5所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键和万向节*10和转向轴连接。和转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3和转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压*在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使和之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图d-zx-6所示，其结构及工作原理和两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6和左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架和转向横拉 杆相连。（d-zx-6）

外文翻译--- 汽车的转向控制

附录A Spin control for cars Stability control systems are the latest in a string of technologies focusing on improved diriving safety. Such systems detect the initial phases of a skid and restore directional control in 40 milliseconds, seven times faster than the reaction time of the average human. They correct vehicle paths by adjusting engine torque or applying the left- or-right-side brakes, or both, as needed. The technology has already been applied to the Mercedes-Benz S600 coupe. Automatic stability systems can detect the onset of a skid and bring a fishtailing vehicle back on course even before its driver can react. Safety glass, seat belts, crumple zones, air bags, antilock brakes, traction control, and now stability control. The continuing progression of safety systems for cars has yielded yet another device designed to keep occupants from injury. Stability control systems help drivers recover from uncontrolled skids in curves, thus avoiding spinouts and accidents. Using computers and an array of sensors, a stability control system detects the onset of a skid and restores directional control more quickly than a human driver can. Every microsecond, the system takes a "snapshot," calculating whether a car is going exactly in the direction it is being steered. If there is the slightest difference between where the driver is steering and where the vehicle is going, the system corrects its path in a split-second by adjusting engine torque and/or applying the cat's left- or right-side brakes as needed. Typical reaction time is 40 milliseconds - seven times faster than that of the average human. A stability control system senses the driver's desired motion from the steering angle, the accelerator pedal position, and the brake pressure while determining the vehicle's actual motion from the yaw rate (vehicle rotation about its vertical axis) and lateral acceleration, explained Anton van Zanten, project leader of the Robert Bosch engineering team. Van Zanten's group and a team of engineers from Mercedes-Benz,

无人驾驶汽车转向控制单元设计rm

微处理器应用 电 子 测 量 技 术 ELECT RON IC M EASU REM ENT T ECH N OLOGY 第30卷第3期2007年3月 无人驾驶汽车转向控制单元设计 付其军 丁润涛 王 豪 李志杰 (天津大学电子信息工程学院 天津 300072) 摘 要:无人驾驶汽车转向控制单元控制转向系统工作,是实现无人驾驶的关键技术。本文介绍了一种结构简单、易于实现且工作可靠的无人驾驶汽车转向控制单元设计方案。无人驾驶汽车转向控制单元通过CA N总线接收来自中央控制系统发送的转向指令,并按一定的控制策略控制转向系统工作,实现自动转向。文中给出了转向控制单元硬件电路与控制策略设计思路。对设计的转向控制单元进行了实车试验,结果表明,该单元能够控制转向系统实现准确、快速、平稳转向,满足了无人驾驶汽车转向要求。 关键词:无人驾驶汽车;转向控制单元;CA N总线 中图分类号:T N29 文献标识码:A Design of autonomous vehicle steering control unit Fu Q ijun Ding R untao W ang H ao L i Zhijie (School of E lectron ic and Inform ation Engineerin g,T ian jin University,T ianjing300072) Abstract:A uto no mous vehicle steering contro l unit is the key to realize auto no mous driv ing.T his paper intr oduces a desig n method of autonomo us v ehicle steering contr ol unit w hich is simple and r eliable.St eer ing contro l unit receiv es t he steer ing instr uctions emitted by centr al contro l system thr ough CA N bus.Steer ing co nt rol unit co nt ro ls the steer ing sy st em accor ding to so me co ntr ol st rateg y.Design of hardw are and co ntr ol strateg y is given.Ex per iments on vehicles hav e show n that the steering sy st em can steer accur ately,smoothly and rapidly.T his system can meet the steer ing request of autonomous vehicles. Keywords:autonomo us v ehicle;steer ing co ntr ol unit;CA N bus 0 引 言 现代高科技与汽车技术相结合,已经能够制成多种类型的无人驾驶汽车,目前发展较快的是自主控制型无人驾驶汽车[1-3],其借助车载雷达与中央控制系统导引汽车实现安全行驶。自主控制型无人驾驶汽车的中央控制系统[4]依据检测到的路况信息发送前行、加速、转向、避让、刹车等各种指令到执行机构,由执行机构完成相应操作。其中转向系统需要精确完成指定角度与角速度的转向,是无人驾驶汽车的重要执行机构。 1 无人驾驶汽车转向控制单元设计 无人驾驶汽车转向系统由转向控制单元、执行电机、转向盘角度传感器和连接器等部件构成。执行电机为12 V/120W的直流电机,它通过蜗轮蜗杆与转向轴机械连接。转向控制单元控制执行电机转动,实现对无人驾驶汽车的转向控制。其中转向控制单元接收中央控制系统的指令,控制整个转向系统运行,是转向系统的核心。 转向控制单元由M CU主控制芯片、电机驱动、CA N 总线通讯、电流检测、故障保护及故障显示等模块组成。整体结构如图1所示。 图1 控制单元硬件示意图 中央控制系统[4]通过CAN总线将转向角度、角速度及转动方向等信号传输给转向控制单元M CU,MCU对接收到的指令进行解码处理,同时采集转向盘当前的角度,通过计算后控制转向执行机构采取相应操作。当转向系统出现故障或接收到指令要求进入人工转向时,MCU会自动切断转向控制功能,转向系统切换到人工转向。转向 66