工程机械四轮转向控制系统研究
四轮转向汽车转向特性的研究
Ａ Ｎ ｓ ｄ ｉ ｎ ｆ ｔｉ Ｎ ｗ ｕｅ ｔ ｄ ｔｙ ｓ ａ ｓ ｏ ｉ ｈ ｅ
Ａ Ｎ ｎ ｏｌ ｗ ｓ ｉ ｅ ． Ｎ ｃ ｔ ｌ ｒ ｄｓ ｎｄ ｏ ｒ ｅ ａ ｅｇ Ｆｎｌ， ｓ ｌ ｉ ｏ ４ ｉ ｌ ｔｅ ａｏ ｆ ｗ ｓ ｒｅ ｏ ｔ ｎ ｅ ｔｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｆ ａｙ ｈ ｉ ｔ ｎ ＷＳ ａ ｃ ｒ ｄ ｕ ｕ ｄ ｒ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｏ ｍｕ ａｉ ｈ ＭＡ Ｌ Ｂ Ａ ｄ ｓ ｕ ｔｎ ｕ ｓ ｈ ｖｈ ｌｕｄｒ ｅ ｎ ｓｅｄ ｗ ｒ Ｔ Ａ ． ｔ ｉ ｌｉ ｒ ｌ ｏ ｔ ｅｉｅ ｅ ｄ ｆ ｅｔ ｅｓ ｅ ｎ ｈ ｍ ａｏ ｅ ｔ ｆ ｅ ｓ ｅ ｃ ｎ ｉ ｒ ｐ ｆ ｅ ｃｍ ａ ｄ ａａ ｚｄ Ｔ ｅ ｕ ｓ ｗ ｄ ｔ ｐｒ ｒ ａｃ ｏ ａ ｉｅ ｏ ｐｒ ａｄ ｌ ｅ． ｒ ｌ ｓｏ ｅ ｔ ｔ ｅ ｏｍ ｎｅ ｖｈ ｌ ｅ ｎ ｎｙ ｈ ｅ ｔ ｈ ｓ ｈ ｈ ｆ ａ ｅ ｆ ｅ ｃ
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
第 １ 绪论 章
１ ． １课题研究的目的和意义
随着汽车工业的发展， 汽车的操纵稳定性日 益受到关注，四轮转向 汽车也 得到了广泛的研究。低速时，前后轮进行逆相位转向，减小了转弯半径，提高 了汽车的机动灵活性；高速时，前后轮进行同 相位转向，使汽车由于行驶方向 改变而产生的横摆角速度和侧向加速度很快达到稳态响应，改善了高速时汽车 的操纵稳定性。实践证明，４ 能在很大程度上改善汽车的操纵稳定性。 ＷＳ 四轮转向 技术是改善汽车操纵稳定性的 主要手段之一Ｏ 也是实现主动安 ｌ ， 全性的方法之一。对其的控制策略仍然是在高速时，改善横摆角速度和侧向加 速度的瞬态性能指标；低速行驶时，减小汽车的转弯半径，使汽车在低速行驶
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
四轮转向汽车控制方法研究
College of Mechanical Engineering of Chongqing University, Chongqing, China.
April, 2008
四轮转向汽车控制方法研究
重庆大学硕士学位论文
学生姓名：邓海涛 指导教师：罗 专 虹 副教授
业：车辆工程
学科门类：工学
重庆大学机械工程学院
二 OO 八年四月
Research on Control Method of 4WS Vehicle
A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering by Deng Haitao
1.1 引言 ................................................................................................................. 1 1.2 四轮转向知识介绍 ............................................................................................ 1 1.2.1 转向梯形 .................................................................................................... 1 1.2.2 四轮转向的基本组成及工作原理 ................................................................. 3 1.2.3 四轮转向汽车后轮转向装置的类型 ............................................................. 3 1.2.4 四轮转向控制目标 ...................................................................................... 4 1.3 四轮转向研究现状 ............................................................................................ 4 1.3.1 控制方法分类.............................................................................................. 5 1.3.2 线控转向系统的应用 .................................................................................. 7 1.3.3 四轮转向研究进展 ...................................................................................... 9 1.4 本文选题的意义及内容 ................................................................................... 10
挖掘装载机四轮转向系统故障分析与处理
Ｆａ ｌ ｒ ｎａ ｙ ｉ ｎ ｒ ａ ｍｅ ｆ ｆ ｕ － ｅ ｌｓ ｅ ｒ ｎ ｙ ｔｍ ｏ ｘ ａ ａ ｏ ｏ ｄ ｒ ｉｕ ｅ ａ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｎｔｏ ｏ ｒ ｗｈ ｅ ｔ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｆ ｒｅ ｃ ｖ ｔ ｒ ｌ ａ ｅ
ＨＵ ｈ ｎ －ｕ Ｚ ｏ ｇ ｌ
６ ．四轮转向 电磁 阀 电磁 阀
图 ２ 转向系统电路示意 图
当转动 转 向轮 时 ，通 过 负 荷感 应线 路 Ｌ Ｓ感 测 优 先 阀 Ｃ 的压 力 需 求 ，液 压 泵 Ｂ的油 通 过 优 先 阀 分配 给转 向单 元 Ｄ。由 图 １和 图 ２可知 ，阀 ５和 阀
８ 成一 组 电磁换 向 阀 ，阀 ６和 阀 ７组 成 一组 电磁 组
［二三
（ 蟹行
ｚ
！： Ａ 液压油箱 Ｂ 液压泵 ： Ｃ 优 先阀 ： ０ 转 向单元 ： Ｅ ：转向模 式控制 阔 Ｆ 前动力系杆油缸 ： Ｇ ：后动力系杆油缸 Ｐ 压力测试点 ：
图 １ 四轮转 向系统液压结构示意图
挖 掘装 载机转向 电路控制系统 由前后 接近开 关 、
泵 、优先阀、转向单元 、转 向模式控制阀、前／ 后
动力 控制 系 杆 油 缸 、液 压 管 路 及 转 向 电路 控 制 系
作 ５ ０ｈ ０ ０ ，当从 四轮转 向模式 正 常作 业转 换 为两 轮 模 式后 ，其 前 轮 运 转 正 常 ，但 后 轮 不 受 控 制 ， 向
统等构成 ，如图 １ 所示 。前动力系杆油缸位于前桥
Ｐ Ｃ Ｂ四轮转 向控 制 模 块 、转 向控 制 阀 控 制线 圈 、 ．
［ 收稿 日期］２ ０ ０ ９—０ —１ ７ ６ ［ 通讯地址］胡忠录 ，广东省佛 山市 三水 区西南街道康 岗路
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。
车辆四轮转向系统的控制方法
—4 —
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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〕。
根据前面的理论分析 ,四轮转向系统在车辆高速转向时能够基本保持车辆重心侧偏
角为零 。传统的前轮转向车辆在转弯时 ,车辆的前进方向与其纵向中心线的方向不一致 ,
其夹角就是车辆重心侧偏角 。2WS 车的车辆重心侧偏角对前轮转向角的增益如图 3 所
示 ,在某一车速 v 时车辆重心侧偏角β= 0 ,此时车辆的前进方向 (即车辆重心的运动方
向) 与车辆纵向对称线方向一致 。当车速低于 v 时重心向与前轮转向角方向相同的方向
偏移 。当车速高于 v 时重心向与前轮转向角方向相反的方向偏移 。当后轮附加某一特
定的转角时 ,将产生与前述相反的重心侧偏角 ,与前轮产生的重心侧偏角叠加 ,使车辆侧
偏角基本为零 。车辆对轨道的跟踪性得到了极大的改善 。
1998 年
吉 林 工 业 大 学 学 报
Vol. 28
第 4 期 J OU RNAL OF J IL IN UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY 总第 92 期
车辆四轮转向系统的控制方法 3
四轮转向汽车最优转向控制研究
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
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。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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
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
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
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。
线控四轮转向系统的研究综述及技术总结
汽 车 线 控 四轮转 向系 统 由方 向盘 总 成 、 独 ４个 立 的转 向 电机 、Ｃ 故 障处理 控制 器及 各种 传感 器 Ｅ Ｕ、 组成 。方 向盘总成 包 括方 向盘 、 向盘转 角传感 器 、 方
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
８
技 术纵横
轻型 汽 车技 术
２ １ （ ／ 总 ２３２４ ０ ２ ５ ６） ７ ／ ７
蔽 ， 自动进行 稳定 控制 ， 汽车尽 快地恢 复 到稳 定 而 使 状态 。其结 构 图如 图 １ 示 。 所
奔驰 公 司 于 １９ 开 始 了前 轮线 控 转 向 系统 ９ ０年
的深人研究 ｌ ｌ Ｉ ，并将其开发的线控转 向系统安装于 Ｆ Ｏ Ｃ ￣ｉｇ的概 念 车上 。德 国凯 撒 斯 劳滕 （ａｓｒ ４Ｏ ａ ｎ Ｋｉ — ｅ
极 进行 了线控转 向系统 的开发研 究 。 ２０ 年 的第 在 ０１ ７ 届 Ｅ内瓦 国际汽 车展 览 会 上 ，意 大利 的 Ｂ ｒ ｎ １ ｔ ｅｏｅ ｔ
汽 车设 计 及 开 发 公 司展 示 了新 型概 念 车 “ Ｉ Ｏ ＦＬ ”，
转 向数据 ，然后通过数据总线将信号传递给车上的 Ｅ Ｕ， 从转 向控 制 系统 获得 反馈命 令 ； 向控 制 系 Ｃ 并 转 统 也从 转 向操纵 机构 获得 驾驶员 的转 向指令 ，并从
线控转向系统模型 该模型忽略 了侧滑 ， 以很好 ， 可 地控制 横摆 角速度 ， 保持 不足转 向的特性 ， 并 有效 地
轻 型汽 车技 术
四轮转向控制系统
小转向角控制
小转向角控制
采用螺旋齿轮和曲柄组合结构将脉冲电动机的旋转 运动变为阀心的直线运动。当从动齿轮向左旋转时， 阀控制杆的上断支点A就以从动齿轮中心O为回转中 心移动到A’。脉冲电机刚起动瞬间，后转向轴还没 有运动，所以阀控制杆就以C点为回转中心向左运动， 杆中央的B点成为B’点，使阀心向左移动。缆绳不动 时，阀套筒固定不动，与阀套筒产生相对位移，阀 的a部分以及b部分被节流，高压油进入油缸左室。
4Wபைடு நூலகம்中高速转向特性
2WS 汽 车 中 高 速 转 向 时 车 辆 的 运 动 状 态
4WS中高速转向特性
理想的高速转向运动状态是尽可能使车体 的倾向和前进方向一致，从而使后轮产生 足够的旋转向心力。在4WS汽车通过对后 轮同向转向操纵，使后轮也产生侧偏角， 使它与前轮的旋转向心力相平衡，从而抑 制自转运动，得到车体方向和车辆前进方 向一致的稳定转向状态。
4WS中高速转向特性
直线行驶的汽车转向是下列两运动的合成运动：汽车 质心绕转向中心的公转和汽车绕质心的自转。如图 所示为2WS汽车中高速转向时车辆的运动状态：前 轮转向时，前轮产生侧偏角α，并产生旋转向心力使 车体开始自转，当车体出现自转时，后轮产生侧偏 角β，和旋转向心力，车速越高，离心力越大，所以 必须给前轮更大的侧偏角，使它产生更大的旋转向 心力，与此同时，后轮也产生与此相应的侧偏角， 车体的自转趋势更加严重。也就是说，车速越高， 转向时容易引起车辆的旋转和侧滑。
4WS车低速四轮转向特性
4WS车低速四轮转向特性
如图所示为低速转向行驶轨迹，2WS汽车的情 况是后轮不转向，所以转向中心大致在后轴的 延长线上。4WS汽车的情况是对后轮进行逆向 操纵，转向中心比2WS汽车靠近车体处。在低 速转向时，若两前轮转向角相同，则4WS汽车 的转向半径更小，内轮差也小，转向性能好。 对小轿车而言，如果后轮逆向转向5度，则可 以减少最小转向半径0.5米，内轮差约0.1米。
四轮转向汽车稳定性控制系统研究
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
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。
工程机械设计第4章 工程机械转向操纵系统
第四节 履带式工程机械转向操纵系统
一、履带式机械转向原理 二、转向离合器 三、转向制动器
一、履带式机械转向原理
图4-16 履带车辆转向示意图
二、转向离合器
1.单作用式转向离合器 2.双作用式转向离合器
1.单作用式转向离合器
图4-17 履带驱动桥及转向离合器 1—弹簧螺杆 2—外压盘 3—带中心孔的弹簧螺杆 4—大螺旋弹簧 5—小螺旋弹
三、对转向系统的基本要求
1)能形成统一的转向中心。 2)工作可靠。 3)操纵轻便。 4)转向灵敏度高。 5)结构简单，维修、调整方便。
三、对转向系统的基本要求
图4-5 转向时车轮偏转角的关系
第二节 转 向 器
一、转向器的传动效率及转向盘的自由行程 二、典型转向器结构
一、转向器的传动效率及转向盘的自由行程
Байду номын сангаас
1.偏转车轮转向
(1)偏转前轮转向 如图4-1a所示，偏转前轮转向是最常用的一种转向方式，符合人 的操作习惯，驾驶员容易判断避开障碍物时转向盘应转过的角度，也容易自如地操纵 转向盘适应不同的弯道，有利于行车安全。 (2)偏转后轮转向 如图4-1b所示，偏转后轮转向可克服偏转前轮转向带来的缺点， 但驾驶员不易控制行车路线。 (3)全轮转向 全轮转向则采用如图4-1c所示的前后轮同时偏转的转向方式(或称偏转 前后轮转向)，应用在当车辆需要高度的机动性和较小的转弯半径时。
11—横轴 12—驱动桥壳隔板 13—小弹簧
三、转向制动器
图4-19 湿式浮动式带式制动器 1—制动鼓 2—制动带 3—销子 4—拉杆 5—顶杆 6—前支承销 7—后支承销 8—双臂杠杆 9—支架 10—制动臂 11—调整螺钉
1.偏转车轮转向
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! "."*"/9" 各 轮 转 向 缸 # ": ";"<9% 流 量 伺 服 控 制 阀 = "!!9% 压 力 计 !>9, 单 向 阀 !. "!/9, 细滤器 !*9, 溢流阀 !#9,电动机 !:9, 液压泵 !;9, 粗滤器 !<9,冷却器
图" 电液控制原理图
图!
控制系统原理图
) !; )
#
$% 控制系统可靠性设计
!"# 控制系统硬件可靠性设计
在控制系统中 !干扰源主要有内部干扰源和外部 干扰源" 内部干扰源主要有 #$&% 设计时元器件布局不合 理’选用的元器件质量较差(致使内部信号相互串扰 & $)%线路中存在的容性元件所引起的寄生振荡 & $$%数 字地 ’模拟地和系统地处理不当等 " 外部干扰源主要有 #(&% 控制系统供电电源波动 及高次谐波等的干扰 &()%有*无+触点开关的启停形成 的高*低+频干扰&($%其它设备或空中电场通过电容耦 合串入控制系统而引起的干扰 & (,%相邻信号线绝缘 降低(通过导线电阻引起的干扰等 & 通常!消除或减小控制系统内部干扰源的影响采 用的措施有 #(&% 重视每个集成块电源管脚边与地相 连的去耦电容的作用 &()%注意电源地的设计 & 一般控 制系统中除了强电 ’弱电地以外 !还有模拟地 ’数字地 以及电源地 !一般这些电源地要分别相连 !尤其是模 拟地和数字地要分开 !这样在控制器进行采样时可以 减小外部干扰 !提高采样精度 & ($%印刷电路板的设计 要考虑抗干扰 ! 这可以参考电路板的一些设计原则 & 通常内部系统与外部系统的输入 ’输出信号也应该考 虑添加光电隔离元件以减少干扰 & (,%尽量采用可靠 性高的元器件 & 消除控制系统外部干扰源影响的措施有 #(&% 应 用光电隔离技术 & ()%应用双绞线连接 & ($%注意信号 传输过程中的衰减 !并灵活采用调制方式& (,%要考虑 工程机械本身工作的特点 !注意防振动 ’防潮湿 ’防高 温低温等&
., 转向系统电液控 制原理
图 ! 为四轮转向 系统的电液控制原理 图( 其工作原理 为 $ 当 方向盘偏转后 ! 转向信 号经过控制器分析计 算! 判断转向信号的控
万方数据
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
关键词 ! 四轮转向 抗干扰
#$%
转向控制
制方向以及转角 !输出所需要的占空比 012 信号至 流量伺服电磁阀 !控制阀的开口大小( 同时!定量泵提 供的供油系统通过调节电磁阀的开口大小以调节转 向液压缸的流量和压力 !从而实现各个转向轮的偏转 角度的控制 ( 该系统采用并联油路 !/ 个车轮的转向 可以独立控制 ( 为了提高系统的控制精度 ! 通常采用闭环控制 ! 四轮转向控制系统原理如图 . 所示 (其中采用 034 算 法或模糊 034 算法 ! 通过 256758 软件仿真得到算法
,% 四轮转向控制器设计
%&# 控制系统主控制器的选择
控制系统主控制器的选择直接影响到转向控制 系统的性能& 满足工程机械四轮转向功能要求的主控 制器有可编程控制器 (!./%’ 高性能单片机 ’ 工控机 以及数字信号处理 (#0!% 等 ! 这 , 种 形 式 各 有 优 缺 点# (&% 可编程控制器 (!./%#!./ 是专门为顺序生 产过程而设计的控制器 ! 它具有很强的时序性 !抗干 扰能力强 & 但是因为它是一种时序性很强的步序式控 制器 !计算是基于循环扫描和程序执行的方式 !计算 能力不是很强& ()%单片机 # 较易实现数字控制 ! 且成本低 ’ 易开 发 ’尺寸小 ’结构易布置 & 但对于一些比较复杂的控 制!其计算量往往很大 !直接影响控制精度(-故一般用 于下位机和小型控制 ) 而且单片机易受外界干扰 !以 及强电 ’磁场 ’电脉冲甚至恶劣工作环境的影响 & ($% 数字信号处理器 (#0!%# 是一种独特的微处 理器 !它适合于数字信号的处理 !强调运算处理的实 时性 !具有精确 ’可靠性好 ’体积小 ’功耗低等优点 & 1"
7&-1. 的 ,<- 采样电压输入范围为 &!$@$’7&故设计
了电压转换电路! ’?$(6- 显示模块设计 ! 该模块主要用于车辆在 开机后自检结果显示 & 以及转向过程中的状态显示 等&为故障诊断与排除提供依据 !
?’ 结论
通过分析工程机械四轮转向 控制系统设计过程中抗干扰及 可靠性设计方法 & 设计了基于
万方数据
公司专门为工业控制设计了一款 !"#$%&’()’%*&+,’’
’;$电源模块设计 ! 该模块是对整个电气控制系 统提供可靠的工作电源! 四轮转向平台提供的是
-#. 芯 片 ! 其 主 要 优 点 有 " 指 令 执 行 速 度 快
#$&/0.1$%片内有 $%2 的 )(,#3 程序存储器 &可扩 展的外部存储器总共 45%’2%两个事件管理模块 67, 和 678&其中带有 "两个通用定时器 &9 个 .:/ 通道 等%4; 个通道的 4& 位 ,<- 转换器 % 控制器局域网络 ’=,>$模块(串行通信接口 #1=0$模块(串行外设接口 #1.0$模块等) 通过以上比较 & 本文采用 !0 公司的 !/1$%&()’
! " $ %
的参数 !在软件设计中调用 !"# 算法 ! 以解决响应一 致性的问题"
运行 & ()%应用数字滤波& 一般信号采集通道所受的各 种电磁干扰比较严重 ! 尽管在硬件设计中会采用屏 蔽 ’接地 ’滤波 ’去耦等手段降低干扰 ! 但是难以彻底 排除 !所以通常在软件设计中采用数字滤波的方法以 降低干扰 & 对一点数据连续采样多次(计算其平均值( 以平均值作为点的采样结果 !这样可以减少系统的随 机干扰对采集结果的影响 & 根据干扰造成采样数据偏 大或偏小的情况(对一个采样点连续采集多个信号(对 采样值进行比较 ( 取中值作为该点的采集结果 ! 以便 达到提高采样精度的目的 & ($% 采用循环检测的方式控制系统的输入输出 & 对于输入为按键 ’输出为电磁阀等易受外部干扰的元 件来说 ! 很容易由于外部的微小干扰而产生误操作 ! 故一般采用循环检测的方式判断它们的输入输出 & (,%采用看门狗技术& 在恶劣的工作环境下程序 长期运行可能失控 !有可能造成程序的非正常运行或 进入死循环& 看门狗实际上就是一个可靠的硬件计数 器 !当系统出现故障 ’程序跑飞或进入死循环时(-看门 狗就会计数溢出 ! 对系统进行重新置位或复位 ( 使系 统恢复正常运行 !这样就保证了系统运行的可靠性 &
! " $ %
#
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长安大学工程机械学院 王红梅 司癸卯 焦生杰
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!制器的工程机械控制系统在硬件 " 软件设计等方面应采取的抗干扰措 施 及 可 靠 性 设 计 方 法 ( 根 据 四 轮 转 向 系 统 对 转 向 的 要 求 ! 比 较 单 片 机 "0?@ 及 4A0 的 优 缺 点 ! 选 择
!"$ 控制系统软件可靠性设计
软件设计不仅要满足转向要求 !还要保证软件运 行可靠!故必须对软件采取可靠性设计 & 其中主要包 括# (&%系统的自检与报警 & 一是在系统开机后 !通常 要对系统的初始状态进行检查 !如果有不满足系统要 求的情况存在 !就显示相应的错误代码以供操作人员 及时检查并排除错误 )二是在系统运行的过程中要实 时对系统进行检查 ! 一旦有故障发生 ! 则车辆紧急制 动 !显示相应的故障代码 ! 当故障排除后才可以继续 * &2 *
-#. 的四轮转向控制器 & 通过
大量室内试验和四轮转向平台 模拟试验证明&该控制器满足四 轮转向要求&转向过程中能够保 证两侧转向轮的转角关系 &而且 整个系统稳定( 响应速度快 (实
图! 控制系统的硬件模块图
时性好 ! , 45 ,
万方数据
! " $ %
#
图% 参考文献
转向子程序流程图 干扰措施和可靠性设计#工程机械 !())*$.%
!""王红梅#基于 $%& 的四轮转向控制系统研究’长安大学
硕士学位论文 !())*
3++ 杨波 ! 邓伟珍 #+&/2 系统的抗干扰措施 #+ 长春理工大学学
报 !())($.%
(+"刘和平等’,-%.()/0(*)1+$%& 结构 "原理及应用’北京 #
%*&+,’-1. 作为系统的主控制器* "#$ 控制器硬件设计
对于工程机械车辆 & 控制系统基本包括几个模 块"模拟量输入模块 %开关量输入模块 %开关量输出模 块 % 反馈通道模块设计 %(6- 显示模块设计 % 电源模 块设计 %通信模块设计等 * 图 $ 为控制系统的硬件模 块图 * ’4$模拟量输入模块* 用于采集模拟信号 &并进行 分析处理 * ’%$开关量输入模块* 用于车辆转向模式选择"前 轮转向 +后轮转向 (蟹行转向等 ! ’$$开关量输出模块 ! 采用系统输出的 .:/ 信 号控制电磁阀 & 由于每一个电磁阀上有两个电磁铁 & 故设计了 4 个一路 .:/ 信号分两路的电路 &来单独 控制每个电磁铁! ’*$反馈通道模块设计! 采集传感器的实时反馈 信号 &将传感器的反馈信号和方向盘的转角进行实时 比较 &以提高控制精度 ! 但传感器的反馈电压为 &!?’