轿车四轮转向电控系统设计开题报告
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2.3 车身横摆角速度传感器
车身横摆角速度传感器安装在汽车质心处的车身上，采用压电射流角速度传感器，检测汽车转向行驶时的车身横摆角速度，以电信号的形式输入ECU,ECU输出控制信号，实时控制汽车的转向运动，保证汽车转向行驶时的动态稳定性。
2.4 电控单元（ECU）
ECU是4WS系统的核心，其功用是根据制定的控制方案，按照编制的程序对各种传感器输入信号进行分析、计算、处理，输出一定的控制信号指令，驱动步进电动机动作。其电控单元的控制框图如2图所示，4WS系统ECU主要由输入信号调理电路、微处理器、输出信号处理电路、电源电路等硬件部分和控制程序、软件平台等软件部分组成。为保证控制系统可靠地工作，电控单元还必须采取有效的抗干扰措施和故障自诊断处理措施。
研究现状：
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。
2.1前、后轮转角传感器
前、后轮转角传感器分别安装在前、后轮转向机构靠近车轮的一侧，采用非接触型霍尔元件传感器，用来检测前、后车轮的瞬时偏转角。
2.2 车速传感器
车速传感器安装在车速里程表的转子附近，采用光电式车速传感器，将汽车前进速度检测出来，以脉冲信号的形式输出，送入四轮转向系统ECU,同时将电信号输入到自动变速器ECU.
意义：
随着汽车技术的发展，汽车行驶速度的提高及道路行驶密度的增大，做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。而在轿车上使用四轮转向系统不仅能改善驾驶员的驾驶体验，充分的利用空间，减小能耗，而且使轿车在行驶的过程中更加稳定、安全。
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
A nonlinear control system that integrates active four wheel steering and four wheel torque control is introduced in this paper. The theory for continuous time nonlinear predictive control is applied to the design of the control system. The advantages of coordination of four wheel steering and individual wheel torque control are demonstrated through computer simulations. Simulations in which the driver dynamics are taken into account are also carried out. The results of the simulation show that the vehicle maneuverability and stability can be remarkably improved even in a near limit cornering condition by the proposed nonlinear control system.
[11]Andrew Taylor,Dean Carson;Four wheel drive tourism and economic DEVELOPMENT opportunities for remote areas;Tourismos : an International Multidisciplinary Journal of Tourism, 2010, Vol.5 (2), pp.69
Tourism is an important economic activity for desert destinations and one sector, four wheel drive tourism, has been gaining increasing attention. This paper examines the spending patterns of four wheel drive visitors to desert regions of the Northern Territory of Australia and compares them to non-four wheel drive leisure visitors for a five year period from 2000 to 2004.
[2]曾宇;陈思忠;杨林;;四轮转向汽车操纵稳定性分析[J];车辆与动力技术;2010年02期
建立了二自由度四轮转向汽车模型的动力学方程,对其进行系统的理论分析得出了四轮转向汽车的质心侧偏角、横摆角速度、侧向加速度与前轮转角的传递函数.基于某四轮转向样车,对以零质心侧偏角为控制目标的前后轮转角比例四轮转向车辆的操纵动力学进行了仿真分析,将仿真结果与前轮转向车辆进行对比,阐明了四轮转向车辆的性能优势.研究结果可为评价四轮转向车辆的设计提供理论依据.
[6]赵又群,王立公,何小明,郭孔辉;四轮转向汽车运动稳定性分析[J];中国机械工程;2003年14期
研究了四轮转向汽车的运动稳定性 ,从系统与控制理论角度定量地揭示了四轮转向汽车运动稳定性的内在规律性 ,与前轮转向汽车进行了比较。
[7]沈扬凤;四轮转向汽车的建模与仿真分析[D];武汉理工大学;2011年
[12]Shinichiro Horiuchi, Kazuyuki Okada, Shinya Nohtomi;Improvement of vehicle handling by nonlinear integrated control of four wheel steering and four wheel torque;JSAE Review, 1999, Vol.20 (4), pp.459-464
本文通过对车辆底盘系统中的主要组成部分悬架和转向系统,对车辆操稳性和平顺性的影响分析,结合最优控制理论,对悬架和四轮转向系统的综合控制技术进行了研究。
[10]叶敏;四轮转向试验平台的建模仿真与实验研究[D];长安大学;2004年
本文主要研究了四轮转向系统的组成与工作原理，确定了四轮转向试验平台的传动方案和液压原理。对平台的三种转向模式进行了运动学分析。
本课题要解决的问题：
1、四轮转向电控系统的工作原理及控制方法
2、四轮转向电控系统的硬件设计
3、四轮转向电控系统的电控部分组成
解决问题的思路与拟采用的研究方法：
1、建立四轮转向系统的汽车模型，分析其输入输出数据。
2、汽车传感器的功用是检测汽车转向时的有关运动物理量，并转换成电信号，输入到ECU中，供ECU进行分析计算。
四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明
[1]舒进,陈思忠;四轮转向车辆运动计算分析[J];湖北汽车工业学院学报;2002年003期
本文系统地分析了二自由度四轮转向汽车模型的运动方程。得到了质心侧偏角、横摆角速度,侧向加速度与前轮转角的传递函数。在此基础上,基于本实验室的四轮转向样车进行了前后轮转角成比例控制的四轮转向车辆(4WS)的运动学仿真,并针对仿真结果进行了系统的分析。结果阐明了四轮转向车辆与前轮转向车辆(2WS)相比的优势。并提出其发展方向。
本文从汽车动力学及其控制的角度出发,主要研究内容包括:首先,运用拉格朗日方程建立了包括侧向运动、横摆运动和车身侧倾运动的三自由度四轮转向汽车操纵动力学模型。 然后,基于所建立的三自由度四轮转向汽车操纵动力学模型,结合线性轮胎模型,设计了四轮转向系统的控制策略。
[9]符浩翔;汽车悬架与四轮转向系统的综合控制研究[D];重庆大学;2005年
（1）针对4WS系统，进一步开发、设计高性能、高精度、高灵敏度的传感器，以便于正确地检测汽车的运动信号。
（2）将先进的控制理论与控制方法应用于4WS控制器的研究中，提高转向控制性能。
（3）改进步进电动机的结构和控制技术，消除步进电动机工作时存在的振荡、失步、振动、噪声等不足。
（4）研究、设计结构合理、布置方便的后轮转向传动机构，实现后轮的正确转向。
xxxx学院本科
本科毕业设计开题报告
题 目轿车四轮转向电控系统设计
学生姓名xxx学号xxxxx
所在学院机械工程学院
专业班级xxxxx
指导教师xxxxxxx
2015年4月7日
题 目
轿车四轮转向电控系统设计
一、选题的目的及研究意义
目的:
本设计的目的是为了满足人们对于驾驶体验的要求，将四轮转向电控系统应用到轿车上。用传感器收集轿车行驶和转向时的各种数据，再通过ECU对各项数据进行处理和计算，最后转化为电信号来控制转向执行器工作，使轿车在转弯或者调头时的转弯半径减小，改善横摆角速度的瞬态性能指标。程序控制，实现汽车的四轮转向。使轿车在低速行驶转向并且转向盘转动角度很大时，其后轮相对于前轮反向偏转，并且偏转角度随转向盘转角增大而在一定范围内增大。如轿车急转弯、调头行驶、避障行驶或进出车库时从而使轿车转向半径减小，转向机动性能提高。轿车在高速行驶转向时，后轮应相对于前轮同向偏转，从而使轿车车身的横摆角度和横摆角速度大为减小，使轿车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。
（5）进步简化系统，减小系统结构的体积，控制生产成本。
（6）把4WS技术与其它主动安全技术（如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等）相结合，实现汽车主动底盘技术的综合控制，这是主动控制4WS系统研究的长期目标。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明（论文要写出相应的写作提纲）
[3]郭孔辉,轧浩;四轮转向的控制方法的发展[J];中国机械工程;1998年05期
从控制原理出发 ,系统地评述了车辆四轮转向系统控制方法的发展 ,以此为基础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 ,才能真正走向实用阶段
[4]张云娟，汽车四轮转向模式及智能控制技术[J];机械管理开发;2006年06期
本文对非常逼近实车的四轮转向整车多体动力学模型也进行了控制研究,在分数阶PID的基础上,引入模糊控制理论,设计模糊分数阶PID控制器,仿真结果证明用该控制器对四轮转向整车多体动力学模型进行控制,可以使汽车获得良好的操纵稳定性。
[8]王辉;四轮转向汽车的控制研究和操纵动力学仿真分析[D];上海交通大学;2007年
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。
发展前景：
电控电动式4WS系统的技术展望目前在成型的4WS汽车中主要采用电控液压式4WS系统。虽然电控电动式4WS系统发展较晚，相应的技术还不够成熟，存在动力小、ECU复杂、成本高等不足之处，但随着现代电子技术、电机技术的飞速发展和应用，电控电动式4WS系统在技术上将不断完善，在转向控制性能、系统布置、节能等方面也将越来越显示其优越性，其应用前景广阔，必将取代电控液压式4WS系统，并成为4WS系统发展的主流。它的发展趋势有以下几点：
分析了汽车四轮转向的特点,概述了汽车四轮转向模式的原理,分析了智能控制技术的方向和发展趋势。
[5]张伯俊,王洪礼,张锋,许晖;汽车四轮转向嵌入式控制系统设计研究[J];制造业自动化;2004年07期
针对四轮转向汽车低速灵活性和高速稳定性的特点,基于ARM对四轮转向控制单元进行了SoC硬件设计;同时结合控制算法,基于ucos-II的嵌入式系统进行了软件结构体系的设计研究。从而为进一步实现汽车四轮转向奠定了基础。
2014年羊玢、陈宁建立了四轮转向车辆(4WS)的动力学模型，基于单点预瞄的驾驶员数学模型，编写了四轮转向车辆在S型道路和复杂赛车跑道行驶的闭环运动仿真程序，对比例控制策略的四轮转向车辆进行运动学和动力学进行高速动态仿真。仿真结果表明:在高速行驶下的四轮转向车辆操纵稳定性优于前轮转向车辆， 系统具有良好的动态特性，更能有效地提高车辆瞬态操纵稳定性和安全性。
车身横摆角速度传感器安装在汽车质心处的车身上，采用压电射流角速度传感器，检测汽车转向行驶时的车身横摆角速度，以电信号的形式输入ECU,ECU输出控制信号，实时控制汽车的转向运动，保证汽车转向行驶时的动态稳定性。
2.4 电控单元（ECU）
ECU是4WS系统的核心，其功用是根据制定的控制方案，按照编制的程序对各种传感器输入信号进行分析、计算、处理，输出一定的控制信号指令，驱动步进电动机动作。其电控单元的控制框图如2图所示，4WS系统ECU主要由输入信号调理电路、微处理器、输出信号处理电路、电源电路等硬件部分和控制程序、软件平台等软件部分组成。为保证控制系统可靠地工作，电控单元还必须采取有效的抗干扰措施和故障自诊断处理措施。
研究现状：
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。
2.1前、后轮转角传感器
前、后轮转角传感器分别安装在前、后轮转向机构靠近车轮的一侧，采用非接触型霍尔元件传感器，用来检测前、后车轮的瞬时偏转角。
2.2 车速传感器
车速传感器安装在车速里程表的转子附近，采用光电式车速传感器，将汽车前进速度检测出来，以脉冲信号的形式输出，送入四轮转向系统ECU,同时将电信号输入到自动变速器ECU.
意义：
随着汽车技术的发展，汽车行驶速度的提高及道路行驶密度的增大，做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。而在轿车上使用四轮转向系统不仅能改善驾驶员的驾驶体验，充分的利用空间，减小能耗，而且使轿车在行驶的过程中更加稳定、安全。
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等
A nonlinear control system that integrates active four wheel steering and four wheel torque control is introduced in this paper. The theory for continuous time nonlinear predictive control is applied to the design of the control system. The advantages of coordination of four wheel steering and individual wheel torque control are demonstrated through computer simulations. Simulations in which the driver dynamics are taken into account are also carried out. The results of the simulation show that the vehicle maneuverability and stability can be remarkably improved even in a near limit cornering condition by the proposed nonlinear control system.
[11]Andrew Taylor,Dean Carson;Four wheel drive tourism and economic DEVELOPMENT opportunities for remote areas;Tourismos : an International Multidisciplinary Journal of Tourism, 2010, Vol.5 (2), pp.69
Tourism is an important economic activity for desert destinations and one sector, four wheel drive tourism, has been gaining increasing attention. This paper examines the spending patterns of four wheel drive visitors to desert regions of the Northern Territory of Australia and compares them to non-four wheel drive leisure visitors for a five year period from 2000 to 2004.
[2]曾宇;陈思忠;杨林;;四轮转向汽车操纵稳定性分析[J];车辆与动力技术;2010年02期
建立了二自由度四轮转向汽车模型的动力学方程,对其进行系统的理论分析得出了四轮转向汽车的质心侧偏角、横摆角速度、侧向加速度与前轮转角的传递函数.基于某四轮转向样车,对以零质心侧偏角为控制目标的前后轮转角比例四轮转向车辆的操纵动力学进行了仿真分析,将仿真结果与前轮转向车辆进行对比,阐明了四轮转向车辆的性能优势.研究结果可为评价四轮转向车辆的设计提供理论依据.
[6]赵又群,王立公,何小明,郭孔辉;四轮转向汽车运动稳定性分析[J];中国机械工程;2003年14期
研究了四轮转向汽车的运动稳定性 ,从系统与控制理论角度定量地揭示了四轮转向汽车运动稳定性的内在规律性 ,与前轮转向汽车进行了比较。
[7]沈扬凤;四轮转向汽车的建模与仿真分析[D];武汉理工大学;2011年
[12]Shinichiro Horiuchi, Kazuyuki Okada, Shinya Nohtomi;Improvement of vehicle handling by nonlinear integrated control of four wheel steering and four wheel torque;JSAE Review, 1999, Vol.20 (4), pp.459-464
本文通过对车辆底盘系统中的主要组成部分悬架和转向系统,对车辆操稳性和平顺性的影响分析,结合最优控制理论,对悬架和四轮转向系统的综合控制技术进行了研究。
[10]叶敏;四轮转向试验平台的建模仿真与实验研究[D];长安大学;2004年
本文主要研究了四轮转向系统的组成与工作原理，确定了四轮转向试验平台的传动方案和液压原理。对平台的三种转向模式进行了运动学分析。
本课题要解决的问题：
1、四轮转向电控系统的工作原理及控制方法
2、四轮转向电控系统的硬件设计
3、四轮转向电控系统的电控部分组成
解决问题的思路与拟采用的研究方法：
1、建立四轮转向系统的汽车模型，分析其输入输出数据。
2、汽车传感器的功用是检测汽车转向时的有关运动物理量，并转换成电信号，输入到ECU中，供ECU进行分析计算。
四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明
[1]舒进,陈思忠;四轮转向车辆运动计算分析[J];湖北汽车工业学院学报;2002年003期
本文系统地分析了二自由度四轮转向汽车模型的运动方程。得到了质心侧偏角、横摆角速度,侧向加速度与前轮转角的传递函数。在此基础上,基于本实验室的四轮转向样车进行了前后轮转角成比例控制的四轮转向车辆(4WS)的运动学仿真,并针对仿真结果进行了系统的分析。结果阐明了四轮转向车辆与前轮转向车辆(2WS)相比的优势。并提出其发展方向。
本文从汽车动力学及其控制的角度出发,主要研究内容包括:首先,运用拉格朗日方程建立了包括侧向运动、横摆运动和车身侧倾运动的三自由度四轮转向汽车操纵动力学模型。 然后,基于所建立的三自由度四轮转向汽车操纵动力学模型,结合线性轮胎模型,设计了四轮转向系统的控制策略。
[9]符浩翔;汽车悬架与四轮转向系统的综合控制研究[D];重庆大学;2005年
（1）针对4WS系统，进一步开发、设计高性能、高精度、高灵敏度的传感器，以便于正确地检测汽车的运动信号。
（2）将先进的控制理论与控制方法应用于4WS控制器的研究中，提高转向控制性能。
（3）改进步进电动机的结构和控制技术，消除步进电动机工作时存在的振荡、失步、振动、噪声等不足。
（4）研究、设计结构合理、布置方便的后轮转向传动机构，实现后轮的正确转向。
xxxx学院本科
本科毕业设计开题报告
题 目轿车四轮转向电控系统设计
学生姓名xxx学号xxxxx
所在学院机械工程学院
专业班级xxxxx
指导教师xxxxxxx
2015年4月7日
题 目
轿车四轮转向电控系统设计
一、选题的目的及研究意义
目的:
本设计的目的是为了满足人们对于驾驶体验的要求，将四轮转向电控系统应用到轿车上。用传感器收集轿车行驶和转向时的各种数据，再通过ECU对各项数据进行处理和计算，最后转化为电信号来控制转向执行器工作，使轿车在转弯或者调头时的转弯半径减小，改善横摆角速度的瞬态性能指标。程序控制，实现汽车的四轮转向。使轿车在低速行驶转向并且转向盘转动角度很大时，其后轮相对于前轮反向偏转，并且偏转角度随转向盘转角增大而在一定范围内增大。如轿车急转弯、调头行驶、避障行驶或进出车库时从而使轿车转向半径减小，转向机动性能提高。轿车在高速行驶转向时，后轮应相对于前轮同向偏转，从而使轿车车身的横摆角度和横摆角速度大为减小，使轿车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。
（5）进步简化系统，减小系统结构的体积，控制生产成本。
（6）把4WS技术与其它主动安全技术（如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等）相结合，实现汽车主动底盘技术的综合控制，这是主动控制4WS系统研究的长期目标。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明（论文要写出相应的写作提纲）
[3]郭孔辉,轧浩;四轮转向的控制方法的发展[J];中国机械工程;1998年05期
从控制原理出发 ,系统地评述了车辆四轮转向系统控制方法的发展 ,以此为基础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 ,才能真正走向实用阶段
[4]张云娟，汽车四轮转向模式及智能控制技术[J];机械管理开发;2006年06期
本文对非常逼近实车的四轮转向整车多体动力学模型也进行了控制研究,在分数阶PID的基础上,引入模糊控制理论,设计模糊分数阶PID控制器,仿真结果证明用该控制器对四轮转向整车多体动力学模型进行控制,可以使汽车获得良好的操纵稳定性。
[8]王辉;四轮转向汽车的控制研究和操纵动力学仿真分析[D];上海交通大学;2007年
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。
发展前景：
电控电动式4WS系统的技术展望目前在成型的4WS汽车中主要采用电控液压式4WS系统。虽然电控电动式4WS系统发展较晚，相应的技术还不够成熟，存在动力小、ECU复杂、成本高等不足之处，但随着现代电子技术、电机技术的飞速发展和应用，电控电动式4WS系统在技术上将不断完善，在转向控制性能、系统布置、节能等方面也将越来越显示其优越性，其应用前景广阔，必将取代电控液压式4WS系统，并成为4WS系统发展的主流。它的发展趋势有以下几点：
分析了汽车四轮转向的特点,概述了汽车四轮转向模式的原理,分析了智能控制技术的方向和发展趋势。
[5]张伯俊,王洪礼,张锋,许晖;汽车四轮转向嵌入式控制系统设计研究[J];制造业自动化;2004年07期
针对四轮转向汽车低速灵活性和高速稳定性的特点,基于ARM对四轮转向控制单元进行了SoC硬件设计;同时结合控制算法,基于ucos-II的嵌入式系统进行了软件结构体系的设计研究。从而为进一步实现汽车四轮转向奠定了基础。
2014年羊玢、陈宁建立了四轮转向车辆(4WS)的动力学模型，基于单点预瞄的驾驶员数学模型，编写了四轮转向车辆在S型道路和复杂赛车跑道行驶的闭环运动仿真程序，对比例控制策略的四轮转向车辆进行运动学和动力学进行高速动态仿真。仿真结果表明:在高速行驶下的四轮转向车辆操纵稳定性优于前轮转向车辆， 系统具有良好的动态特性，更能有效地提高车辆瞬态操纵稳定性和安全性。