汽車電控四輪轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

張永新

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

一.課題背景

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)和控制理論不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求日益提高，汽車主動(dòng)底盤技術(shù)已日益受到重視，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)得到應(yīng)用以改善汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。而電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置是結(jié)合實(shí)物車型的設(shè)計(jì)并且可以像實(shí)車一樣進(jìn)行相關(guān)的模擬操作，它不僅簡(jiǎn)化了實(shí)車復(fù)雜的線路和一些大機(jī)構(gòu)使教學(xué)更直觀，節(jié)省了經(jīng)費(fèi)更加實(shí)用，而且可以根據(jù)教學(xué)要求隨意設(shè)置故障代碼更加方便教學(xué)，示教裝置將在電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的學(xué)習(xí)中給學(xué)生提供非常的幫助。

二、電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以馬自達(dá)929的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來制作示教裝置，主要原因是馬自達(dá)是最早研究四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的公司之一，技術(shù)比較先進(jìn)。馬自達(dá)929型轎車的四輪轉(zhuǎn)向既有采用轉(zhuǎn)角傳感型，也有采用車速傳感型，通過學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)我們對(duì)電控轉(zhuǎn)向技術(shù)的理解。掌握它對(duì)我們的學(xué)習(xí)有很大的幫助。

馬自達(dá)電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置選用汽車實(shí)物展示馬自達(dá)電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，工作原理。配以電子控制系統(tǒng)電路圖，將系統(tǒng)各個(gè)傳感器、執(zhí)行器布置，使電控懸架系統(tǒng)一目了然。設(shè)置了電路的檢測(cè)端子、電控元器件的故障開關(guān)，可通過儀器儀表檢測(cè)傳感器，執(zhí)行器等各種信號(hào)參數(shù)如電壓、電阻、頻率等。設(shè)置模擬實(shí)際故障，故障設(shè)置盒裝有設(shè)置開關(guān)，利用開關(guān)設(shè)置故障以后，學(xué)員可用專用儀器儀表通過故障判斷排除故障練習(xí)，檢查出設(shè)置故障點(diǎn)的位置和內(nèi)容，模擬實(shí)際運(yùn)行故障，實(shí)現(xiàn)故障自診斷，通過故障代碼的分析，查找并排除故障。通過便捷地檢測(cè)和判斷故障現(xiàn)象，完整地掌握電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和理論知識(shí)，了解電子控制系統(tǒng)各電子控制元器件的作用、原理、故障現(xiàn)象，把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和難懂的原理形象化、直觀化，還能進(jìn)行排故訓(xùn)練的演示，在教學(xué)手段上取得了突破性進(jìn)展，獲得良好的應(yīng)用效果。

示教裝置的組成：四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向控制單元，轉(zhuǎn)向機(jī)總成，前懸架.后懸架.輪胎，移動(dòng)臺(tái)架。對(duì)示教裝置的設(shè)計(jì)要求主要是：

(1)可模擬汽車在高、中、低車速時(shí)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件，電動(dòng)方向管柱系統(tǒng)部件的工作情況；(2)配有轉(zhuǎn)交盤可顯示轉(zhuǎn)向角度的大小，可進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)；(3)液壓管路中配有壓力表，實(shí)時(shí)顯示工作壓力；(4)面板配有檢測(cè)口可檢測(cè)電壓，電阻；(5)配合四輪定位儀可做四輪定位實(shí)驗(yàn)；能夠展現(xiàn)良好的教學(xué)效果、操控方便、外觀簡(jiǎn)潔明了，當(dāng)然最主要的是安全實(shí)用；(6)按實(shí)車模型底盤布局設(shè)計(jì)，配備車輪、方向盤、等裝備；(7)臺(tái)架控制臺(tái)架裝有若干個(gè)數(shù)字顯示表，以顯示相關(guān)傳感器的信號(hào)電壓，方便于教學(xué)。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置的主要參數(shù)：

體積：166×178×142cm

重量：<150kg

電源：AC220v 蓄電池電壓：12v

各轉(zhuǎn)向角度傳感器的作用是檢測(cè)前后車輪的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)角，采用非接觸型霍爾元件傳感器，分別安裝在前后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠近車輪的一側(cè)；各輪速傳感器的作用為檢測(cè)各車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，獲得車輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并發(fā)送給ECU，采用電磁感應(yīng)式傳感器，分別安裝在每個(gè)后輪上，與四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)相連接。

三、電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與功能

電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由一下幾部分組成：

(1)后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器

后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器包含一個(gè)通過循環(huán)球螺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條的電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)向橫拉桿是從轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連接到后輪轉(zhuǎn)向臂和轉(zhuǎn)向節(jié)處，執(zhí)行器內(nèi)的回味彈簧在點(diǎn)火開關(guān)斷開，或四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時(shí)將后輪推回直線行駛位置。一個(gè)后輪轉(zhuǎn)角主傳感器和一個(gè)后輪轉(zhuǎn)角副傳感器安裝在后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的頂端。

(2)傳感器

傳感器的功用是檢測(cè)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的有關(guān)物理量，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到ECU中，供ECU進(jìn)行分析計(jì)算，然后發(fā)出控制命令控制各物理量。在電控電動(dòng)式4WS上裝有前、后輪轉(zhuǎn)角傳感器，分別安裝在前后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠近車輪的一側(cè)，采用非接觸型霍爾元件傳感器，車速傳感器采用光電式車速傳感器。

(3)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傳感器輸人信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、處理，輸出一定的控制信號(hào)指令，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作。4WS系統(tǒng)ECU主要由輸人信號(hào)調(diào)理電路、微處理器、輸出信號(hào)處理電路、電源電路等硬件部分和控制程序、軟件平臺(tái)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。

總結(jié)

本文對(duì)汽車電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置的模型設(shè)計(jì)和開發(fā)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析和研究，并進(jìn)一步的分析了故障碼檢測(cè)與方法。歸納起來本論文的主要研究工作內(nèi)容和成果敘述如下：

(1)通過對(duì)汽車電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置的發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研，弄清了電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置發(fā)展過程，目前的產(chǎn)品特點(diǎn)，現(xiàn)存問題，難點(diǎn)及未來發(fā)展趨勢(shì)，這便于本文研究工作的展開，研討新的發(fā)展方向，提出新的設(shè)計(jì)策略，綜合成新的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

(2)進(jìn)行電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分析。在理解電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)及控制原理的基礎(chǔ)上，熟悉電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他控制功能，并考慮系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用參數(shù)。

(3)根據(jù)電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用介紹，為進(jìn)行電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)的研究工作打下基礎(chǔ)，從而擬定電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示教裝置整體布局。

由于各種客觀條件以及本人水平的限制，本課題在研究中還存在許多不足之處，有待進(jìn)一步的分析和研究。

[1]屈進(jìn)勇.電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理及發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009.6.

[2]殷國棟，陳南.四輪轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的理論及應(yīng)用研究[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.6.

[3]汪東明，陳南.電控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與發(fā)展[J].汽車電器，2004.8.