談汽車轉向電子控制系統的動力學原理

摘 要：汽車的電子控制系統的廣泛應用極大地改善了汽車的主動安全性。本文對汽車轉向的電子控制系統的有關動力學原理進行了分析，為底盤控制提供了必要的依據。常見的底盤控制系統可分為主動前輪轉向系統AFS，四輪轉向系統4WS，電動助力轉向系統EPS；同時對汽車主動懸架系統AS，輪胎壓力監測系統TPMS以及線控技術進行了闡述。

關鍵詞：電子控制系統 AFS 4WS EPS AS TPMS 線控技術

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0092-01

1 汽車轉向的電子控制系統

1.1 主動前輪轉向系統AFS（Active Front Steering）

主動前輪動力轉向是德爾福一體化底盤控制系統中的一項新技術，也稱為UCC。它通過集成化控制技術來改善車輛的操控性和行駛平順性，從而提高了車輛的安全性能。主動前輪動力轉向系統能在車輛的轉向、制動和懸掛系統之間實現無縫連接，而且能在不增加液壓系統或部件尺寸的前提下在車輛上加以應用?？刂圃砣鐖D1。

1.2 四輪轉向系統4WS（4 wheels system）

這種系統主要有四個部件—— 前輪定位傳感器、可轉向的整體準雙曲面后軸、電動機驅動的執行器以及一個控制單元。前輪定位傳感器和速度傳感器連續不斷地向控制單元報告數據，控制單元根據報告的數據確定后輪合適的角度。通過計算，系統決定正確的操作方式。該系統有三種主要運行方式：負相、中相、正相。低速行駛時.后輪轉彎方向與前輪相反，這就是負相。中速行駛時，后輪筆直而保持中相。高速行駛時，后輪處于正相，和前輪轉彎方向相同。中速行駛時，后輪筆直而保持中相。高速行駛時，后輪處于正相，和前輪轉彎方向相同。在低速行駛時，負相拖曳操縱，尾部跟隨車輛的真實軌跡，比兩輪轉向更緊密。這使得在城市交通中的駕駛更容易。低速操縱時，比如倒車上船板或野外帶拖車停車時，該系統將使操縱更容易。倒拖車時。負相極大地改進拖車對轉向動作的反應，更容易使車輛就位。系統提高了車輛的高速行駛平穩性。高速行駛時后輪和前輪的轉向相同，有助于減少車輛側滑或扭擺，對平衡車輛在超車、變道、或躲避不平路面時的反應均有幫助。（如圖2）

1.3 電動助力轉向系統EPS（Electric Power Steering）

電動助力轉向系統EPS是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，與傳統的液壓助力轉向系統HPS（Hydraulic Power Steering）相比，EPS系統具有很多優點。尤其是在使駕駛員操縱輕便方面，電動助力轉向系統可根據汽車的行駛速度，靈活地調節助力大小。EPS主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機、減速機構和電子控制單元（ECU）等組成。相比傳統液壓動力轉向系統，電動助力轉向系統具有以下優點：

（1）只在轉向時電機才提供助力，可以顯著降低燃油消耗。

（2）轉向助力大小通過調整能夠兼顧低速時的轉向輕便性和高速時的操縱穩定性，回正性能好。

（3）結構緊湊，質量輕，生產線裝配好，易于維護保養。

（4）通過程序的設置，電動助力轉向系統容易與不同車型匹配，可以縮短生產和開發的周期。

2 結語

近幾年來，制動防抱死系統（ABS），驅動防滑系統（TCS），主動轉向系統（4WS/AFS），電子穩定系統（ESP），主動懸架系統（AS）等底盤電子控制系統的出現，大大提高了現代汽車的操縱穩定性。隨著傳感器技術的進一步發展和完善，這些新的信息同汽車底盤電子控制系統結合，將會出現更多的新功能和新系統，比如自適應車速巡航控ACC（Adaptive Cruise Control）；碰撞警告和自動制動系統CWAB（Collision Warning with Brake Assist）；前向車輛碰撞警告系統FVCWS（Forward Vehicle Collision Warning Systems）；車道偏離警告系統LDWS（Line Departure Warning Systems）等。

參考文獻

[1] Thomas D.Gillespie車輛動力學基礎[M].趙六奇，金達鋒，譯.北京：清華大學出版社，2006.

[2] Robert Bosch GmbH.Sicherheits-und Komfortsysteme[M].Vieveg Verlag， 2004.

[3] 中國汽車工程學會.世界汽車技術發展跟蹤研究[M].北京：北京理工大學出版社，2006.