汽车转向新技术四轮转向和电动助力转向.docx

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汽车转向新技术四轮转向和电动助力转向

汽车电动助力转向技术

一、技术概述

电动助力转向系统是把电动机的驱动力传递给转向轴或齿条，进行转向助力的机构。

  该系统由转向扭矩传感器、车速传感器、控制器、电动机、离合器和减速机构组成。

比起传统的液压助力转向，它的优点是：

系统中的电机只在需要转向助力时才工作，汽车大部分时间正常行驶时电机并不工作，这样能量消耗很小，而传统的液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高。

据估计，电动助力转向只是液压助力转向能耗的1／2，前者比后者使整车油耗下降3％。

二、现状及国内外发展趋势

 汽车电动助力转向技术近年来发展很快，美国德尔福等国际上大的汽车零部件公司，都已开发出产品，并在一些车上装用。

三、主要研究内容

主要研究内容：

传感器技术；控制技术；电机、离合器、减速机构技术等。

汽车电子控制四轮驱动与四轮转向技术

一、技术概述

 －－汽车电子控制四轮驱动技术（4 WheelsDrivingSystem4WD）

  汽车的驱动力来源于轮胎对地面的附着，四轮驱动充分利用了车轮对地面的附着，当然会获得好的驱动性能。

但因转向时各轮的转弯半径不同，车轮转动的速度也就不同（内外、前后），四个轮不能通过刚性传动系统连接，必须在左右两轮间，在前后驱动轴间设置差速器。

带来的问题是四个轮的驱动力受与地面摩擦力最小的轮的限制，需要再设置差速锁。

汽车电子控制四轮驱动技术是通过传感器感知四个轮路面的情况，通过微电脑进行分析判断，通过电磁阀驱动，改变黏液偶合器的特性，在前后驱动轴之间，在左右轮上分配驱动力。

  －－汽车电子控制四轮转向技术（4 WheelsSteeringSystem4WS）

  汽车在行驶中转向时，由于受恻向力的作用，前轮有不足转向的特性，后轮有过度转向的倾向。

后者会引起汽车失去转向行驶的稳定性，车速越高问题越明显，甚至出现侧滑翻车。

解决措施一般是通过使后轮在与前轮相同的方向转动1－2度角进行补偿。

电子控制四轮转向技术是通过传感器感知前轮的转速、方向盘转角、车身的偏转等，通过微电脑处理，由伺服马达驱动后轮转向，响应时间在几十毫秒内。

二、现状及国内外发展趋势

汽车电子控制四轮驱动与四轮转向技术近年来发展很快，四轮驱动已经在高档轿车上装用，如德国大众的奥迪、帕萨特、高尔夫等，四轮转向在日本的日产、马自达、美国的各公司的轿车上都有应用。

并且这两项技术在不断发展，今后在更多的轿车上会大批量装用。

 三、主要研究内容

主要技术内容：

响应快速、灵敏、精确的各类传感器技术；复杂的控制逻辑与控制软件技术；电液执行机构的设计、加工技术等

提升轿车操纵性的四轮转向系统

 德尔福全新的QUADRASTEER后轮转向系统。

该系统在轿车动态操纵性提升和主动安全管理方面为汽车生产厂家提供了一个创新而又经济的解决方案。

传统的汽车悬挂往往是以牺牲操纵或驾驶的优越性为代价的，而现在有了德尔福的QUADRASTEER四轮转向系统，汽车生产商们就可以同时使汽车的驾驶和操纵性也达到最优化。

   利用高度可调性的软件系统，QUADRASTEER可作为提升汽车操纵性能的基本机制。

运用它的动态运算法，QUADRASTEER可帮助用户实现许多具体操纵性能。

举例来说，如果驾驶者需要的是柔和悬挂下的更平稳的驾驶环境，QUADRASTEER会经过运算，根据车辆状态模式来动态调整后轮角度，使操作性能和驾驶舒适性皆达到最佳化，从而实现驾驶更平稳的目的。

驾驶性能和操纵性能的平衡

   QUADRASTEER真正让人感到惊讶的地方是它能运用改进的车辆动力学（也就是主动安全）来平衡驾驶性能和操纵性能。

这给那些渴望每天都能享受到驾驶乐趣的人们带来了极大的价值，因为QUADRASTEER在保证安全的同时仍能提供更优的驾驶和操纵性能。

四轮转向使车辆的偏航和单边动力相分离，这给底盘设计专家们提供了更大的空间来更好地控制车辆状态。

QUADRASTEER能够与最先进的运算系统结合在一起，通过主动后轮转向来增加动态安全。

德尔福的QUADRASTEER四轮转向系统在任何速度、任何路况下，甚至在正常驾驶的情况下，都能够帮助车辆避免过度转向或是转向不足，但又不会使车辆减速。

无论是紧急路况改变还是模拟机动实验，后轮转向都能使这些情况变得更易于预见，更易于处理，从而使驾驶员能够应付自如。

主动安全

   QUADRASTEER可以和受控制动整合在一起，与单独的刹车系统相比，它能为车辆稳定性提供更加有效的系统解决方案。

通过整合，这些系统可在车辆紧急刹车时提供其所需的即时后轮转向控制和混合制动，这就使车辆减速减少到最小，从而使驾驶员更易于处理路面事件。

此外，因为是由转向系统直接控制方向而让制动系统来控制车辆减速，所以在打滑或是混合路面（如冰雪）上行驶时，就能稳定地减少刹车停止距离。

   通过改进操纵性和偏航的稳定性，QUADRASTEER弥补并扩大了刹车稳定性控制对车辆动力学的影响。

将转向整合到平衡中就使得驾驶者在享受舒适驾驶和优越操纵性能的同时，将主动安全性发挥到极致。

    保持传统的优点

   传统的四轮转向系统的优点在轿车的应用上也同样得以保留。

在城市中驾驶或是泊车时，QUADRASTEER所提供的优越的操纵性有效减少了车辆的转弯半径，而当牵引或是拖拉其它车辆时，QUADRASTEER亦可以和专门的运算系统相结合，提供更佳的操纵性和安全性。

    高价值的革新系统

   在德尔福不断增长的电子转向产品家族中，QUADRASTEER是一个革新性的系统。

   QUADRASTEER四轮转向系统为汽车生产商使用经验证的可靠技术提供了更高价值的改进方案。

该系统低成本、轻重量和模块驱动的特点使得它可以灵活地和各种不同的悬挂配置结合运用。

   在欧洲，已有200多台装有QUADRASTEER电子转向系统的汽车在道路上行驶；在美国，德尔福有近两年的QUADRASTEE产品生产经验。

这一切使得德尔福的工程师有足够多的经验和技术来为客户提供安全、可靠和高价值的系统。

四轮转向控制

四轮转向系统（4WS）把后轮与前轮一起转向，是一种提高车辆反应性和稳定性的关键技术。

把后轮与前轮同相位转向，可以减小车辆转向时的旋转运动（横摆），改善高速行驶的稳定性。

把后轮与前轮逆相位转向，能够改善车辆中低速行驶的操纵性，提高快速转向性。

目前，安装在大量生产车辆上的四轮转向控制系统，可以分成以下4类

微小转角控制

横向加速度·车速感应型①前轮转角·车速感应型②

大转角控制

前轮转角感应型③前轮转角比例·车速感应型④

1．横向加速度·车速感应型　　

其结构是在前轮的动力转向器上，再安装一个后轮专用的控制阀，产生一个大致与横向加速度成比例的，与前轮转向器阻力相平衡的油压，把该压力的油液送到后轮执行机构。

在执行机构中，装入高刚性弹簧，当与送来的油压达到平衡状态时，输出杆便产生位移，从而带动后轮开始转向。

2．前轮转角，车速感应型　　

在该系统中，从油泵出来的油液直接流入电磁阀，车速传感器10，转角传感器11分别将车速和前轮转角信号输入计算机。

按计算机指令，控制油液流入后轮执行机构。

３．前轮转角感应型　　

为了把前轮转角传给后轮，在前轮齿轮齿条式转向器的齿条轴上，安装了后轮转向齿轮，其角位移，通过中间传动轴，传给后轮转向器。

后轮具有小转角同相转向，大转角逆相转向的功能。

在微小转向的高速行驶时，形成了同相转向，获得了行驶稳定性，在大转角转向的极低速行驶时，变成逆相转向，获得了小半径转向性能。

4.前轮转角比例车速感应型　　

在动力传至后轮转向轴之前，与前者基本相同，但后轮的执行机构由相位控制部分和动力补助部分构成。

动力补助部分以油压为动力，由后轮滑阀和动力缸构成。

相位控制部分能实现对后轮同相位或逆相位的控制。

日产“风雅”运动款四轮转向系统

图1：

风雅运动款标准配备19英寸车轮

图2：

通过配备在车身后部的致动器控制后轮牵引力

日产“风雅”运动款“350GTSportsPackage”除采用19英寸铝合金车轮外，还采用了四轮转向系统“RearActiveSteer（后轮主动控制）”。

可根据车速和舵角控制后轮，既实现了中低速区的灵敏度，又兼顾了高速区的行驶稳定性。

　　当开始打方向盘时，可以与前轮相反的方向操纵后轮来提高转向性能，然后再以与前轮相同的方向操纵后轮来抑制偏航速度，以确保行驶稳定性。

后轮舵角理论上可机械性控制在1°以下，而实际上最大只有0.3°左右。

无需与检测偏航速度及侧翻速度的传感器及侧滑防止装置VDC（车辆动力控制）等联动，便可根据车速及方向舵角来决定后轮舵角。

　　实际上，“RearActiveSteer”与曾在“Skyline”及“FAIRLADY（Z32）”上采用的“HICAS”是同一种四轮转向系统。

由于风雅在美国是以“无限M45／M35（InfinitiM45／M35）”的车名销售，所以该系统改用了便于理解的名称。

　　顺便说一下，现有“SKYLINE（V35）”及“FAIRLADY（Z33）”并未采用四轮转向系统。

这是因为“Z33的基本性能较高，没有必要配备这一系统。

”（会场解说员）虽然风雅配备“FMPackage（采用前置引擎布局的底盘）”的车辆中，旅行车“STAGEA”的部分车型采用了该系统，不过这也只是为了解决车身后部重量较大，从而产生下压缺点而采用的。

而风雅的目标是“希望进一步加强通过改进FMPackage而提高的运动性能”，所以采用了四轮转向系统。

图3：

速度与后轮舵角之间的关系。

反方向操纵后轮的动作十分灵敏。

车辆主动底盘的非线性动力学与控制

车辆主动底盘包括两个机电一体化子系统：

一是基于主动或半主动振动控制的悬架系统，二是基于运动与动力学控制的四轮转向系统。

它们是两个强非线性动力系统，并分别具有作动器和司机产生的反馈时滞。

以车辆主动底盘为背景，研究高维非线性时滞系统的建模、动力学与控制问题，并将研究结果应用于车辆主动底盘的动力学分析与设计。

　　1.动力学建模

　　针对车辆悬架液力作动器具有中、短时滞的特点，研究了时滞受控机械系统的实验建模问题，提出了具有互补性的时域和频域时滞参数辨识方法。

根据本项目中研制磁流变阻尼器的需要，构造了一种精度高而又简洁的数学模型，在磁流变阻尼器的实验建模中取得成功。

　　针对车辆悬架系统包含刚～柔耦合子系统的特点，提出基于奇异摄动理论和慢变流型概念对高维时滞系统进行降阶，形成了一套有效的悬架系统模型约化方法。

　　比较全面地研究了四轮转向车辆的理论建模问题，建立了含有2个平动和3个转动、计入轮胎力非线性、转弯制动、司机操纵时滞、前后轮最优控制策略等复杂因素的19维系统模型，并讨论了模型降维的条件。

　　2.动力学分析

　　比较系统地研究了高维非线性时滞系统的稳定性，包括全时滞稳定性、短时滞稳定性、稳定性切换、鲁棒稳定性等，并将分析结果用于车辆主动底盘。

其中最重要的成果是：

（1）对于含多个时滞和待定设计参数的高维系统，提出一种系统定常解全时滞稳定性的代数判据，并在此基础上形成了系统定常解稳定性切换的判据，可在MAPLE平台上方便地给出不同设计参数下系统定常解的稳定区域。

（2）对于短时滞问题，从理论上给出了时滞对线性系统特征值的影响规律。

从而在摄动分析公式基础上方便地构造了数值算法，通过跟踪具有最大实部的特征值随时滞增加的变化，确定时滞反馈系统的稳定性。

　　3.动力学控制

　　在不同层次的模型上，对四轮转向汽车的控制策略进行了研究。

分析了开环情况下控制系统的动特性。

研究了闭环时不同司机时滞、预观测距离等因素对系统稳定性和Hopf分叉的影响，给出了最佳的控制策略。

　　设计制造了1/4车辆悬架系统实验台，研制了一种基于磁流变液体的半主动阻尼器及基于计算机的数字控制系统，进行了初步的实验。

研究表明，该阻尼器的反映速度极快，具有很好的应用前景。

汽车悬架的电子控制技术

一、技术概述

汽车的悬架特性是由弹簧和阻尼元件的特性决定的。

汽车行驶的平顺性和操纵稳定性对于悬架构成了一对矛盾，平顺性要求弹簧－阻尼系统较软，而操纵稳定性，特别是转向时不侧倾，制动时不点头又要求弹簧－阻尼系统较硬，传统的悬架（弹簧和阻尼系统）是矛盾的折衷。

悬架的电子控制技术为更好地解决这一问题找到了办法。

二、现状及国内外发展趋势

发达国家1985年前后半主动悬架技术趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，能根据汽车的行驶状况或根据超声波识别的路面情况，通过电磁阀液压系统，改变阻尼，在几十毫秒中消除路面不平引起的振动。

BOSCH公司还磁力弹簧技术。

进入90年代，丰田、奔驰、通用等大公司，均在轿车产品中采用了半主动悬架技术。

三、主要研究内容

主要研究内容：

  －－油气悬挂技术：

由油气部件和弹簧系统共同支撑车体，根据汽车变化的承载量，由油气部件调节悬架的水平位置，使弹簧保持正常的使用位置。

  －－阻尼可调节减震器：

由传感器感知汽车行驶时的状况，包括载荷的大小、路面的不平、是否转弯、是否加速或制动等，经电子控制单元分析判断，通过电磁阀液压系统，调节减震器的阻尼。

此项技术又成为半主动悬架技术。

  －－全主动悬架技术：

通过电液系统不仅调节阻尼而且调节弹力、水平位置等。