四輪轉(zhuǎn)向汽車電子控制技術(shù)
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4.1.3 車身橫擺角速度傳感器
車身橫擺角速度傳感器安裝在汽車質(zhì)心處的車身上，采用壓電射流角速度傳感器，檢測汽車轉(zhuǎn)向行駛時的車身橫擺角速度，以電信號的形式輸入ECU,ECU輸出控制信號，實時控制汽車的轉(zhuǎn)向運動，保證汽車轉(zhuǎn)向行駛時的動態(tài)穩(wěn)定性。
4.2 電控單元（ECU）
ECU是4WS系統(tǒng)的核心，其功用是根據(jù)制定的控制方案，按照編制的程序?qū)Ω鞣N傳感器輸入信號進行分析、計算、處理，輸出一定的控制信號指令，驅(qū)動步進電動機動作。其電控單元的控制框圖如2圖所示，4WS系統(tǒng)ECU主要由輸入信號調(diào)理電路、微處理器、輸出信號處理電路、電源電路等硬件部分和控制程序、軟件平臺等軟件部分組成。為保證控制系統(tǒng)可靠地工作，電控單元還必須采取有效的抗干擾措施和故障自診斷處理措施。
4.3 步進電動機
電動機采用步進電動機，其功用是根據(jù)ECU的指令輸出適宜的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角，驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，控制后輪的轉(zhuǎn)向，是后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的驅(qū)動執(zhí)行元件。步進電動機是一種數(shù)字控制電動機，將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，控制性能好，非常適合于單片機控制。采用步進電動機的主要優(yōu)點是：步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，隨動性好，可與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；動態(tài)響應快，易于實現(xiàn)起停、正反轉(zhuǎn)及變速；具有自鎖和保持轉(zhuǎn)矩能力；結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，抗干擾能力強。
4.4 減速機構(gòu)
減速機構(gòu)的功用是降低步進電動機轉(zhuǎn)速，增大步進電動機傳遞給轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩，常采用蝸輪蝸桿機構(gòu)或行星齒輪機構(gòu)。
4.5 后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)
不同的車型，后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式也不一樣，可采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)形式，也可根據(jù)汽車后懸結(jié)構(gòu)和行駛轉(zhuǎn)向要求，設計特定結(jié)構(gòu)形式的后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)。
5.電控電動式4WS系統(tǒng)的特點分析
5.1 電控電動式4WS與普通2WS系統(tǒng)對比分析
電控電動式4WS汽車與普通的2WS汽車相比，電控電動式4WS汽車具有如下特點：
（1）轉(zhuǎn)向操作的響應加快，準確性高。
（2）轉(zhuǎn)向操作的輕便性和行駛穩(wěn)定性提高。低速時，轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向操作的機動靈活性提高（如圖3所示）。
（3）超車時，變換車道更容易，減小了汽車產(chǎn)生擺尾和側(cè)滑的可能性。抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性效果好。
5.2 電控電動式4WS與電控液壓式4WS系統(tǒng)對比分析
電控電動式4WS系統(tǒng)與電控液壓式4WS系統(tǒng)相比，也具有顯著的優(yōu)勢：
①采用步進電動機作為后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的驅(qū)動執(zhí)行元件，動態(tài)響應快，改善了瞬態(tài)轉(zhuǎn)向靈敏度，有效地降低了電控液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向滯后特性。
②步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，在轉(zhuǎn)動過程中，無累積誤差，隨動性好，轉(zhuǎn)向控制精度高，回正性好。
③系統(tǒng)剛性大，有較高的慣性力矩，抗外界干擾的能力強。結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，裝配布置方便。
④步進電動機由蓄電池供電，發(fā)動機動力消耗。沒有液壓系統(tǒng)裝置，系統(tǒng)的調(diào)整和檢測方便，裝配自動化程度高，能縮短系統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)周期。
6.電控電動式4WS系統(tǒng)的技術(shù)展望目前在成型的4WS汽車中主要采用電控液壓式4WS系統(tǒng)。雖然電控電動式4WS系統(tǒng)發(fā)展較晚，相應的技術(shù)還不夠成熟，存在動力小、ECU復雜、成本高等不足之處，但隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、電機技術(shù)的飛速發(fā)展和應用，電控電動式4WS系統(tǒng)在技術(shù)上將不斷完善，在轉(zhuǎn)向控制性能、系統(tǒng)布置、節(jié)能等方面也將越來越顯示其優(yōu)越性，其應用前景廣闊，必將取代電控液壓式4WS系統(tǒng)，并成為4WS系統(tǒng)發(fā)展的主流。它的發(fā)展趨勢有以下幾點：
（1）針對4WS系統(tǒng)，進一步開發(fā)、設計高性能、高精度、高靈敏度的傳感器，以便于正確地檢測汽車的運動信號。
（2）將先進的控制理論與控制方法應用于4WS控制器的研究中，提高轉(zhuǎn)向控制性能。
（3）改進步進電動機的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，消除步進電動機工作時存在的振蕩、失步、振動、噪聲等不足。
（4）研究、設計結(jié)構(gòu)合理、布置方便的后輪轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，實現(xiàn)后輪的正確轉(zhuǎn)向。
（5）進一步簡化系統(tǒng)，減小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的體積，控制生產(chǎn)成本。
（6）把4WS技術(shù)與其它主動安全技術(shù)（如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等）相結(jié)合，實現(xiàn)汽車主動底盤技術(shù)的綜合控制，這是主動控制4WS系統(tǒng)研究的長期目標。
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