四輪轉(zhuǎn)向汽車電子控制技術(shù)
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(yīng)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(shè)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(yīng)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??箓?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(yīng)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(yīng)的技術(shù)還不夠成熟,存在動力小、ECU復(fù)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(shè)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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