现代汽车安全技术-2章4.5主动安全(四轮转向控制技术、卫星导航与车距控制系统)

向偏转两类。 对于行驶中的四轮汽车，当采用同向偏转时，车身的动
态偏转减小，从而可显著提高汽车高速行驶稳定性；当采用 逆向偏转时，则可显著减小汽车转弯半径，
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
9
四轮转向方式的提出及其特点 朱明工作室
如图6所示，由此增加了低速行驶的灵活性，有利于汽车的转向 调头。因此采用四轮转向方式时，在一定程度上提高了横摆角速度和 侧向加速度的瞬态响应性能指标，
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
11
(1) 集中驱动四轮转向系统 朱明工作室
此类集中驱动转向系统可进一步分为机械式和机电控 制式两种，其差异主要在后轮偏转方向的操纵方式上。
1.机械式集中驱动四轮转向系统没有图8中的电子
控制单元虚框，前后轮的偏转方向和偏转角大小均由
转向盘操纵，并通过机械传动链获得确定的协调关系。
(a)
(b)
(c)
1—转向摇臂 2—转向直拉杆 3—转向节臂 4—梯形 臂 5—转向横拉杆
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
6
两轮转向的存在问题
朱明工作室
汽车两轮转向技术虽经历了近两百年的发展，存 在主要问题：
(1) 两轮转向汽车在转弯时，现有各类转向机构均不能保 证全部车轮绕瞬时中心转动，从而在技术上难以完全消除车 辆行驶中的车轮侧滑。
汽车前轮在做转向时，会产生一个作用在前轮的侧向力，这时后轮 也会产生一种离心力，这种作用力就会使车辆在垂直轴线方向上产生 一个扭矩，增大了倾翻作用力使车辆不能稳定。
而有四轮转向装置的汽车，前后轮会相互配合，减弱倾翻作用力， 侧滑也会减少，从而保障了行车的安全。
汽车在做直线行驶时，由于受到车速和路面侧向风的影响经常会
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
14
2.4四轮转向控制技术
朱明工作室
结构 四轮转向轿车的前后轮转向装置之间的联系形式有 机械式，也有液压式、电子式等。 目前四轮转向装置已将机械、液压、电子、传感器及
微处理机控制技术紧密结合在一起，在很大程度上改 善轿车的转向特性，提高操纵稳定性。
2021/2/24
转向角比例控制——使转向方向的偏离足够小 1．系统组成 ⑴转向枢轴 ⑵4WS转换器 2．控制逻辑
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
20
转向角比例控制
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
21
转向角比例控制
⑴转向角控制, ⑵2WS选择控制, ⑶安全性控制
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
17
2.4四轮转向控制技术
4WS的转向特性 1. 4WS低速时的转向特性
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
18
2．4WS中高速时的转向特性 朱明工作室
4WS中高速时的转向特性如图7-41所示。
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
19
转向角比例控制
内轮转角b与前外轮转角a之间应满足如下阿克曼转向
特性公式：
(1)
图1 阿克曼两轮转向要求
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
3
汽车转向基本要求及其关键技术
朱明工作室
车轮的偏转是通过转向机构带动的。
对于两轮转向汽车，为减小车轮侧滑，转向机构应使两前 轮偏转角在整个转向过程中始终尽可能精确地满足式(1) 关系。
朱明工作室
zhubob@21cn.com
第2章汽车主动安全技术
---- 4 四轮转向控制技术 ---- 5 卫星导航与车距控制系统
高级技师、经济师,工程师 高级技能专业教师 授人以鱼不如授人以渔 汽车维修工高级考评员
2.4四轮转向控制技术
朱明工作室
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，后
授人以鱼不如授人以渔
15
2.4四轮转向控制技术原理
朱明工作室
ຫໍສະໝຸດ Baidu
汽车转向的基本过程都是使汽车在转弯时产生重心的平移和绕着
重心的转动，这两种运动的结合促使汽车完成了转向的过程。
两轮转向和四轮转向的根本差别：
当汽车方向盘的转角和车速确定的时候，那么前轮转向汽车的行驶状 态是单一的，而四轮转向汽车的行驶状态则会随着后轮与前轮之间的 角度不同或相同而变得多种多样，也是后者比前者优越的关键之处。
20世纪80年代末，四轮转向系统得到实际应用。1990年，
本田、马自达、尼桑三家汽车公司首先在部分轿车上推出了
四轮转向系统。1991年，美国克莱斯勒和日本的三菱也推
出了四轮转向车型。
四轮转向， 是指车辆行驶过程中四个车轮能同时发生偏转的转向方
式。其中后轮偏转角一般不超过5°。 根据转向时前、后轮偏转方向的异同分为同向偏转及逆
者是近年出现的一种新技术，主要应用在一些比较高 级和新型轿车上。
四轮转向， 是指后轮也和前轮相似，具有一定的转向功能，不仅
可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。 其主要目的是增强轿车在高速行驶或者在侧向风力作 用下的操纵稳定性，改善低速时的操纵轻便性，在轿 车高速行驶时便于由一个车道向另一个车道的移动调 整，以及减少调头时的转弯半径。
①机械式四轮转向系统、 ②机电组合控制四轮转向系统、 ③电控四轮转向：电控-电动四轮转向、电控-液压驱动
四轮转向。
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
27
四轮转向汽车的后轮转向方式 朱明工作室
四轮转向汽车的后轮转向主要有三种方式： 1.同相位方式：在高速行驶时，后轮与前轮同向偏转。
2.反相位方式：在低速行驶时，后轮与前轮反向偏转
授人以鱼不如授人以渔
13
2.4四轮转向控制技术
朱明工作室
结构 四轮转向装置按照前后轮的偏转角和车速之间的关系
分为两种类型： 1.转角传感型是指前轮和后轮的偏转角度之间存在
着一定的因变关系，即后轮可以按前轮偏转方向做同 向偏转，也可以做反向偏转。 2.车速传感型是根据事先设计的程序规定当车速达 到某一预定值时(通常为35至40公里/小时)，后轮能 与前轮同方向偏转，当低于某一预定值时，则与前轮 反方向偏转。 目前的四轮转向轿车既有采用转角传感型，也有采用 车速传感型，还有二者兼而用之的。例如马自达929型 轿车的四轮转向就是具有两种类型的特点。
授人以鱼不如授人以渔
12
四轮转向驱动方式
(2) 分散驱动四轮转向系统
朱明工作室
在图9所示分散驱动四轮转向系统中，前轮转向动力由转向盘直接 提供，前转向轮偏转方向及偏转量与转向盘转动量之间通过机械 传动链形成确定关系；后转向轮偏转的操纵由专门的液压系统或 电动机提供动力，至于后轮偏转方向及偏转量则根据传感器获取 的转向盘转动方向与转角信息以及车速等其他信息由控制单元综 合确定。
如图7所示。所以四轮转向方式具有转向能力强、转向响应快、
直线行驶稳定性高、低速机动性好等优点。
图6 2WS与4WS转弯半径的比较 图7 2WS与4WS车辆转向特性比较
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
10
2 四轮转向驱动方式
朱明工作室
实现四轮转向的关键是如何将转向盘的转动量传递给前后转向轮， 并为转向轮提供动力使其发生协调、联动偏转。根据转向盘转动量传 递途径以及转向轮动力来源的不同，对四轮转向系统作如下的分类：
图2 转向传动系统的组成
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
4
2.4四轮转向控制技术
朱明工作室
图2 转向传动系统的组成
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
5
当前两轮转向技术的主流
朱明工作室
(1) 与非独立悬架配用的转向机构 1) 转向梯形后置，转向直拉杆纵置 如图3(a)所示， 图3 与非独立悬架配用的转向机构 2) 转向梯形前置，如图3(b)所示。 3) 转向梯形前置，转向直拉杆横置 如图3(c)所示，
从运动学角度来看，两轮转向机构的设计涉及到的关键技 术主要是：
(1)机构的形式设计，即确定能满足转向传动功能要求的 机构结构组成；(2)机构的尺度设计，即确定能近似再现 式(1)关系的机构运动尺寸。从系统和机构
学角度来看，转向系统的组成及其相互关系可用框图2表 示，其中转向机构是该系统的执行机构。
(2) 独立悬架汽车中的转向梯形断开点难以确定，这将导 致了横拉杆与悬架导向机构之间运动不协调，使汽车在行驶 中易发生摆振，从而加剧轮胎磨损，转向性能随车速、转向 角、路面状态的变化而变化，车速越高，操纵稳定性越差。
(3) 在采用两轮转向方式时转弯半径较大，汽车的机动灵 活性不高。
随着电子技术的不断发展及在汽车中的应用，可以从多方面 改善转向系统的各种性能，但这种改善往往是局部的和微小 的。基于两轮转向方式的汽车转向技术发展至今，应该说已 经到了一个顶峰，就目前的技术和经济性而言，两轮转向在 性能上难以再有突破性进展。
3.同相位与反相位转换方式：在低速或急转弯行驶时， 后轮先反向偏转，再同向偏转。
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
28
2.5卫星导航与车距控制系统
.
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
29
2.5卫星导航与车距控制系统 朱明工作室
精确坐标汽车卫星导航系统
１９９４年，德国宝马汽车公司第一个在它生产的 “７”系列的顶级汽车上提供卫星导航设备，１９９ ５年，它又将荷兰飞利浦公司生产的电子装置用在它 新的中级“５”系列汽车上。
（机械控制）
（电子式控制）
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
25
三、横摆角速度比例控制
3．控制逻辑 ⑴车体侧滑角的零控制 ⑵受侧向风干扰时的控制 ⑶ABS工作时的控制
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
26
四轮转向系统类型
朱明工作室
四轮转向系统可以分为三种类型：
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
22
转向角比例控制
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
23
三、横摆角速度比例控制
1．系统组成
朱明工作室
⑴前轮转向操纵机构
⑵后轮转向操纵机构
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
24
三、横摆角速度比例控制
2．控制状态 ⑴大转向角控制
⑵小转向角控制
这种四轮转向系统结构简单，转向特性固定，与车速
无关。
2.对于机电控制式集中驱动四轮转向系统，后轮
偏转角大小由转向盘操纵，而后轮偏转方向则根据传
感器获取的前轮偏转方向与角度以及车速信息由控制
单元确定。
集中驱动四轮转向系统的制造成本较低，但当传动 链零件磨损后不能精确保证前后轮转角大小关系。
2021/2/24
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
7
四轮转向与普通汽车转向的比较 P48
朱明工作室
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
8
四轮转向及其实现技术
1 四轮转向方式的提出及其特点
朱明工作室
鉴于两轮转向方式存在的诸多不足，日本于20世纪60年代 首先提出通过四轮转向方式来提高汽车的操纵稳定性，到
走偏。这时有四轮转向装置的汽车的微处理机就会根据车速和前轮转
角加以计算，确定后轮的转角数值，以变动对变动来保持车子行驶的
稳定性。
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
16
2.4四轮转向控制技术
朱明工作室
低速行驶时进行逆相转向（即与前轮转向方向相反）， 提高转弯半径小的转向特性；
而中高速时则进行同相转向（即与前轮转向方向相 同）；在高速时进行区域变换或提高转弯时的操纵稳 定性。
分散驱动四轮转向系统的基本特征在于：前后转向轮偏转的驱动 动力是分开的，前后转向轮偏转方向和偏转角度之间不是靠机械 传动链形成固定的联系，而是靠电子控制系统进行协调控制实现 预设关系，因此后轮转向控制灵活、方便，能够获得更加精确和 复杂的转向特性。
图9 分散驱动四轮转向系统结构框图
2021/2/24
(1) 集中驱动四轮转向系统
当用机械传动链将转向盘的转动量分别传递给前后轮转向机构，从而 在前后转向轮偏转量与转向盘的转动量之间形成确定的机械联系时， 即属集中驱动四轮转向系统。其结构框图如图8所示，其中前后转向 轮偏转的驱动动力来自于转向盘以及由液压系统等提供的辅助动力。
图8 集中驱动四轮转向系统结构框图
2021/2/24
授人以鱼不如授人以渔
2
2.4四轮转向控制技术
汽车转向基本要求及其关键技术
朱明工作室
为使汽车实现车轮无侧滑的转向，车轮的偏转必须满 足阿克曼特性，即在汽车前轮定位角都等于零、行走 系统为刚性、汽车行驶过程中无侧向力的前提下，整 个转向过程中全部车轮必须围绕同一瞬时中心相对于 地面作圆周滚动，例如对于图1所示两轮转向情况，前