汽車電控四輪轉向實驗臺的設計

張永新

（北京信息職業技術學院，北京 100070）

一.課題背景

隨著現代汽車技術和控制理論不斷發展，人們對汽車轉向操縱性能的要求日益提高，汽車主動底盤技術已日益受到重視，四輪轉向技術得到應用以改善汽車的轉向機動性、操縱穩定性和行駛安全性。而電控四輪轉向系統示教裝置是結合實物車型的設計并且可以像實車一樣進行相關的模擬操作，它不僅簡化了實車復雜的線路和一些大機構使教學更直觀，節省了經費更加實用，而且可以根據教學要求隨意設置故障代碼更加方便教學，示教裝置將在電控四輪轉向系統的學習中給學生提供非常的幫助。

二、電控四輪轉向系統示教裝置整體設計

本設計以馬自達929的四輪轉向系統來制作示教裝置，主要原因是馬自達是最早研究四輪轉向技術的公司之一，技術比較先進。馬自達929型轎車的四輪轉向既有采用轉角傳感型，也有采用車速傳感型，通過學習可以培養我們對電控轉向技術的理解。掌握它對我們的學習有很大的幫助。

馬自達電控四輪轉向系統示教裝置選用汽車實物展示馬自達電控四輪轉向系統的組成結構，工作原理。配以電子控制系統電路圖，將系統各個傳感器、執行器布置，使電控懸架系統一目了然。設置了電路的檢測端子、電控元器件的故障開關，可通過儀器儀表檢測傳感器，執行器等各種信號參數如電壓、電阻、頻率等。設置模擬實際故障，故障設置盒裝有設置開關，利用開關設置故障以后，學員可用專用儀器儀表通過故障判斷排除故障練習，檢查出設置故障點的位置和內容，模擬實際運行故障，實現故障自診斷，通過故障代碼的分析，查找并排除故障。通過便捷地檢測和判斷故障現象，完整地掌握電控四輪轉向系統的結構和理論知識，了解電子控制系統各電子控制元器件的作用、原理、故障現象，把復雜的結構和難懂的原理形象化、直觀化，還能進行排故訓練的演示，在教學手段上取得了突破性進展，獲得良好的應用效果。

示教裝置的組成：四輪轉向系統，轉向控制單元，轉向機總成，前懸架.后懸架.輪胎，移動臺架。對示教裝置的設計要求主要是：

(1)可模擬汽車在高、中、低車速時動力轉向系統部件，電動方向管柱系統部件的工作情況；(2)配有轉交盤可顯示轉向角度的大小，可進行動力轉向和非動力轉向實驗；(3)液壓管路中配有壓力表，實時顯示工作壓力；(4)面板配有檢測口可檢測電壓，電阻；(5)配合四輪定位儀可做四輪定位實驗；能夠展現良好的教學效果、操控方便、外觀簡潔明了，當然最主要的是安全實用；(6)按實車模型底盤布局設計，配備車輪、方向盤、等裝備；(7)臺架控制臺架裝有若干個數字顯示表，以顯示相關傳感器的信號電壓，方便于教學。

動力轉向系統示教裝置的主要參數：

體積：166×178×142cm

重量：<150kg

電源：AC220v 蓄電池電壓：12v

各轉向角度傳感器的作用是檢測前后車輪的瞬時偏轉角，采用非接觸型霍爾元件傳感器，分別安裝在前后輪轉向機構靠近車輪的一側；各輪速傳感器的作用為檢測各車輪的運動狀態，獲得車輪的轉速信號，并發送給ECU，采用電磁感應式傳感器，分別安裝在每個后輪上，與四輪轉向控制系統相連接。

三、電控四輪轉向系統主要部件的結構與功能

電控四輪轉向系統主要由一下幾部分組成：

(1)后輪轉向執行器

后輪轉向執行器包含一個通過循環球螺桿機構驅動轉向齒條的電動機。轉向橫拉桿是從轉向執行器連接到后輪轉向臂和轉向節處，執行器內的回味彈簧在點火開關斷開，或四輪轉向系統失效時將后輪推回直線行駛位置。一個后輪轉角主傳感器和一個后輪轉角副傳感器安裝在后輪轉向執行器的頂端。

(2)傳感器

傳感器的功用是檢測汽車轉向時的有關物理量，并轉換成電信號，輸入到ECU中，供ECU進行分析計算，然后發出控制命令控制各物理量。在電控電動式4WS上裝有前、后輪轉角傳感器，分別安裝在前后輪轉向機構靠近車輪的一側，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系統的核心，其功用是根據制定的控制方案，按照編制的程序對各種傳感器輸人信號進行分析、計算、處理，輸出一定的控制信號指令，驅動步進電動機動作。4WS系統ECU主要由輸人信號調理電路、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

本文對汽車電控四輪轉向系統示教裝置的模型設計和開發實現進行了分析和研究，并進一步的分析了故障碼檢測與方法。歸納起來本論文的主要研究工作內容和成果敘述如下：

(1)通過對汽車電控四輪轉向系統示教裝置的發展現狀調研，弄清了電控四輪轉向系統示教裝置發展過程，目前的產品特點，現存問題，難點及未來發展趨勢，這便于本文研究工作的展開，研討新的發展方向，提出新的設計策略，綜合成新的設計系統。

(2)進行電控四輪轉向系統的分析。在理解電控四輪轉向系統的典型結構及控制原理的基礎上，熟悉電控四輪轉向系統的其他控制功能，并考慮系統的相關應用參數。

(3)根據電控四輪轉向系統的應用介紹，為進行電控四輪轉向系統示教裝置的設計和開發的研究工作打下基礎，從而擬定電控四輪轉向系統示教裝置整體布局。

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，有待進一步的分析和研究。

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