XXXX學院本科本科畢業設計開題報告題目 轎車四輪轉向電控系統設計 學生姓名xxx 學號xxxxx 所在學院 專業班級XXXXX 扌旨導教師XXXXXXX 2015年4月7日

題目轎車四輪轉向電控系統設計一、選題的目的及研究意義目的：本設計的目的是為了滿足人們對于駕駛體驗的要求，將四輪轉向電控系統應用到轎車上。用傳感器收集轎車行駛和轉向時的各種數據，再通過 ECU對各項數據進行處理和計算，最后轉化為電信號來控制轉向執行器工作，使轎車在轉彎或者調頭時的轉彎半徑減小，改善橫擺角速度的瞬態性能指標。程序控制，實現汽車的四輪轉向。使轎車在低速行駛轉向并且轉向盤轉動角度很大時，其后輪相對于前輪反向偏轉，并且偏轉角度隨轉向盤轉角增大而在一定范圍內增大。如轎車急轉彎、調頭行駛、避障行駛或進出車庫時從而使轎車轉向半徑減小，轉向機動性能提咼。轎車在咼速行駛轉向時，后輪應相對于前輪冋向偏轉，從而使轎車車身的橫擺角度和橫擺角速度大為減小，使轎車高速行駛時的操縱穩定性顯著提高。意義：隨著汽車技術的發展，汽車行駛速度的提高及道路行駛密度的增大，做為實現主動安全性的方法之一的四輪轉向技術日益受到重視。而在轎車上使用四輪轉向系統不僅能改善駕駛員的駕駛體驗，充分的利用空間，減小能耗，而且使轎車在行駛的過程中更加穩定、安全。二、綜述與本課題相關領域的研究現狀、發展趨勢、研究方法及應用領域等研究現狀：2012年桂林、任燕介紹了電控電動式四輪轉向(4WS)系統的基本組成結構工作原理，對四輪轉向系統的轉向電機、整車驅動電機，以及傳感器的選取做了較詳細的介紹分析。在研究現有 4WS電控技術的基礎上，提出了在助力轉向條件下前、后輪分別由電機驅動，冋時由電控單元 (ECU)監測控制的四輪轉向技術。對未來四輪轉向電控技術和展趨勢做了進一步的分析展望。2013年李辰旸、羅文廣為了充分發揮四輪轉向技術在改善汽車操縱穩定性方面的 優勢，對汽車轉向的理想狀態進行分析，構建理想轉向模型。依據具有二次型性能指標的最優控制理論，以汽車轉向理想模型作為跟蹤目標采用基于狀態 反饋和前輪前饋的控制策略，對四輪轉向汽車后輪轉向控制規律進行研究。利用 Matlab工具，對所提出的后輪轉向最優控制方法進行仿真。仿真結果表明：所設計的后輪轉角最優控制器改善汽車轉向的瞬態與穩態響應特性，其瞬態響應的 超調量減少，穩定時間縮短；側向滑移的穩態值有所降低，從而提高汽車轉向的 操縱穩定性。2014年羊玢、陳寧建立了四輪轉向車輛(4WS)的動力學模型，基于單點預瞄的駕駛員數學模型，編寫了四輪轉向車輛在S型道路和復雜賽車跑道行駛的閉環運動仿真程序，對比例控制策略的四輪轉向車輛進行運動學和動力學進行咼速動態仿真。仿真結果表明 ：在咼速行駛下的四輪轉向車輛操縱穩定性優于前輪轉向車輛， 系統具有良好的動態特性，更能有效地提咼車輛瞬態操縱穩定性和安全性。發展前景：電控電動式4WS系統的技術展望目前在成型的 4WS氣車中主要采用電控液壓式4WS系統。雖然電控電動式4WS系統發展較晚，相應的技術還不夠成熟，存在動力小、 ECU復雜、成本高等不足之處，但隨著現代電子技術、電機技術的飛速發展和應用，電控電動式 4WS系統在技術上將不斷完善，在轉向控制性能、系統布置、節能等方面也將越來越顯示其優越性，其應用前景廣闊，必將取代電控液壓式4WS系統，并成為4WS系統發展的主流。它的發展趨勢有以下幾點：（1）針對4WS系統，進一步開發、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，提高轉向控制性能。（3） 改進步進電動機的結構和控制技術，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、設計結構合理、布置方便的后輪轉向傳動機構，實現后輪的正確轉向。（5）進一步簡化系統，減小系統結構的體積，控制生產成本。（6）把4WS技術與其它主動安全技術（如4WDABSASRASCDYC等）相結合，實現汽車主動底盤技術的綜合控制，這是主動控制 4WS系統研究的長期目標。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術路線）或設計（實驗）方案進行說明（論文要寫出相應的寫作提綱）本課題要解決的問題：1、 四輪轉向電控系統的工作原理及控制方法2、 四輪轉向電控系統的硬件設計3、 四輪轉向電控系統的電控部分組成解決問題的思路與擬采用的研究方法：1、 建立四輪轉向系統的汽車模型，分析其輸入輸出數據。2、汽車傳感器的功用是檢測汽車轉向時的有關運動物理量，并轉換成電信號，輸入到 ECU中,供ECU進行分析計算。2.1前、后輪轉角傳感器前、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，用來檢測前、后車輪的瞬時偏轉角。2.2車速傳感器車速傳感器安裝在車速里程表的轉子附近，采用光電式車速傳感器，將汽車前進速度檢測出來，以脈沖信號的形式輸出，送入四輪轉向系統 ECU,同時將電信號輸入到自動變速器 ECU.2.3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心處的車身上，采用壓電射流角速度傳感器，檢測汽車轉向行駛時的車身橫擺角速度，以電信號的形式輸入 ECU,ECU俞出控制信號，實時控制汽車的轉向運動，保證汽車轉向行駛時的動態穩定性。2.4電控單元（ECUECU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入信號進行分析、計算、處理，輸出一定的控制信號指令，驅動步進電動機動作。其電控單元的控制框圖如2圖所示，4WS系統ECU主要由輸入信號調理電路、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。四、檢索與本課題有關參考文獻資料的簡要說明舒進，陳思忠；四輪轉向車輛運動計算分析 [J]；湖北汽車工業學院學報；2002年003期本文系統地分析了二自由度四輪轉向汽車模型的運動方程。得到了質心側偏角、橫擺角速度，側向加速度與前輪轉角的傳遞函數。在此基礎上 ，基于本實驗室的四輪轉向樣車進行了前后輪轉角成比例控制的四輪轉向車輛 (4WS)的運動學仿真，并針對仿真結果進行了系統的分析。結果闡明了四輪轉向車輛與前輪轉向車輛 (2WS)相比的優勢。并提出其發展方向。曾宇；陳思忠；楊林;;四輪轉向汽車操縱穩定性分析 [J]；車輛與動力技術；2010年02期建立了二自由度四輪轉向汽車模型的動力學方程 ，對其進行系統的理論分析得出了四輪轉向汽車的質心側偏角、橫擺角速度、側向加速度與前輪轉角的傳遞函數 ?基于某四輪轉向樣車，對以零質心側偏角為控制目標的前后輪轉角比例四輪轉向車輛的操縱動力學進行了仿真分析，將仿真結果與前輪轉向車輛進行對比 ，闡明了四輪轉向車輛的性能優勢 ?研究結果可為評價四輪轉向車輛的設計提供理論依據 ?郭孔輝，軋浩；四輪轉向的控制方法的發展[J]；中國機械工程；1998年05期從控制原理出發，系統地評述了車輛四輪轉向系統控制方法的發展 ，以此為基礎指出四輪轉向系統的研究必須以閉環綜合評價為出發點 ，并與其它主動安全技術相結合 ，才能真正走向實用階段張云娟，汽車四輪轉向模式及智能控制技術 [J]；機械管理開發；2006年06期分析了汽車四輪轉向的特點 ，概述了汽車四輪轉向模式的原理 ，分析了智能控制技術的方向和發展趨勢。張伯俊，王洪禮，張鋒，許暉；汽車四輪轉向嵌入式控制系統設計研究 [J]；制造業自動化;2004年07期針對四輪轉向汽車低速靈活性和高速穩定性的特點 ，基于ARM寸四輪轉向控制單元進行了SoC硬件設計；同時結合控制算法,基于ucos-ll的嵌入式系統進行了軟件結構體系的設計研究。從而為進一步實現汽車四輪轉向奠定了基礎。趙又群，王立公，何小明，郭孔輝；四輪轉向汽車運動穩定性分析 [J];中國機械工程;2003年14期研究了四輪轉向汽車的運動穩定性 ，從系統與控制理論角度定量地揭示了四輪轉向汽車運動穩定性的內在規律性，與前輪轉向汽車進行了比較。沈揚鳳；四輪轉向汽車的建模與仿真分析 [D];武漢理工大學;2011年本文對非常逼近實車的四輪轉向整車多體動力學模型也進行了控制研究 ，在分數階PID的基礎上，引入模糊控制理論，設計模糊分數階 PID控制器，仿真結果證明用該控制器對四輪轉向整車多體動力學模型進行控制，可以使汽車獲得良好的操縱穩定性。王輝；四輪轉向汽車的控制研究和操縱動力學仿真分析 [D]；上海交通大學；2007年本文從汽車動力學及其控制的角度出發 ，主要研究內容包括：首先，運用拉格朗日方程建立了包括側向運動、 橫擺運動和車身側傾運動的三自由度四輪轉向汽車操縱動力學模型。 然后,基于所建立的三自由度四輪轉向汽車操縱動力學模型 ，結合線性輪胎模型，設計了四輪轉向系統的控制策略。符浩翔；汽車懸架與四輪轉向系統的綜合控制研究 [D]；重慶大學；2005年本文通過對車輛底盤系統中的主要組成部分懸架和轉向系統 ，對車輛操穩性和平順性的影響分析，結合最優控制理論，對懸架和四輪轉向系統的綜合控制技術進行了研究。葉敏；四輪轉向試驗平臺的建模仿真與實驗研究 [D]；長安大學；2004年本文主要研究了四輪轉向系統的組成與工作原理，確定了四輪轉向試驗平臺的傳動方案和液壓原理。對平臺的三種轉向模式進行了運動學分析。AndrewTaylor,DeanCarson;FourwheeldrivetourismandeconomicDEVELOPMENTopportunities forremoteareas;Tourismos:anInternationalMultidisciplinaryJournalofTourism,2010,Vol.5(2),pp.69Tourismisanimportanteconomicactivityfordesertdestinationsandonesector,fourwheeldrivetourism,hasbeengaining increasing attention. ThispaperexaminesthespendingpatternsoffourwheeldrivevisitorstodesertregionsoftheNorthernTerritoryofAustraliaandcomparesthemtonon-fourwheeldriveleisurevisitorsforafiveyearperiodfrom2000to2004.Shinichiro Horiuchi,KazuyukiOkada,ShinyaNohtomi;Improvementofvehiclehandlingbynonlinearintegratedcontroloffourwheelsteeringandfourwheeltorque;JSAEReview,1999,Vol.20(4),pp.459-464Anonlinearcontrolsystemthatintegratesactivefourwheelsteeringandfourwheeltorquecontrolisintroducedinthispaper.Thetheoryforcontinuoustimenonlinearpredictivecontrolisappliedtothedesignofthecontrolsystem.Theadvantagesofcoordinationoffourwheelsteeringandindividualwheeltorquecontrolaredemonstratedthroughcomputersimulations.Simulationsinwhichthedriverdynamicsaretakenintoaccountarealsocarriedout.Theresultsofthesimulationshowthatthevehiclemaneuverabilityandstabilitycanberemarkablyimprovedeveninanearlimitcorneringconditionbytheproposednonlinearcontrolsys