汽车电控四轮转向实验台的设计

摘 要：现代道路交通系统和先进汽车技术日渐发展，人们对汽车操纵性能的要求日益提高，四轮转向技术将会得到广泛应用，而示教装置已经成为汽车专业教学必不可少的实验设备。本课题主要研究的是电控四轮转向系统示教教置的设计与开发，分析其优缺点，设计一款适合教学的示教装置，使其能够在汽车方面的学习中发挥应有的作用。

关键词：电控四轮转向系统；示教装置；设计与开发

中图分类号：U46 文献标识码：A

一.课题背景

随着现代汽车技术和控制理论不断发展，人们对汽车转向操纵性能的要求日益提高，汽车主动底盘技术已日益受到重视，四轮转向技术得到应用以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。而电控四轮转向系统示教装置是结合实物车型的设计并且可以像实车一样进行相关的模拟操作，它不仅简化了实车复杂的线路和一些大机构使教学更直观，节省了经费更加实用，而且可以根据教学要求随意设置故障代码更加方便教学，示教装置将在电控四轮转向系统的学习中给学生提供非常的帮助。

二、电控四轮转向系统示教装置整体设计

本设计以马自达929的四轮转向系统来制作示教装置，主要原因是马自达是最早研究四轮转向技术的公司之一，技术比较先进。马自达929型轿车的四轮转向既有采用转角传感型，也有采用车速传感型，通过学习可以培养我们对电控转向技术的理解。掌握它对我们的学习有很大的帮助。

马自达电控四轮转向系统示教装置选用汽车实物展示马自达电控四轮转向系统的组成结构，工作原理。配以电子控制系统电路图，将系统各个传感器、执行器布置，使电控悬架系统一目了然。设置了电路的检测端子、电控元器件的故障开关，可通过仪器仪表检测传感器，执行器等各种信号参数如电压、电阻、频率等。设置模拟实际故障，故障设置盒装有设置开关，利用开关设置故障以后，学员可用专用仪器仪表通过故障判断排除故障练习，检查出设置故障点的位置和内容，模拟实际运行故障，实现故障自诊断，通过故障代码的分析，查找并排除故障。通过便捷地检测和判断故障现象，完整地掌握电控四轮转向系统的结构和理论知识，了解电子控制系统各电子控制元器件的作用、原理、故障现象，把复杂的结构和难懂的原理形象化、直观化，还能进行排故训练的演示，在教学手段上取得了突破性进展，获得良好的应用效果。

示教装置的组成：四轮转向系统，转向控制单元，转向机总成，前悬架.后悬架.轮胎，移动台架。对示教装置的设计要求主要是：

(1)可模拟汽车在高、中、低车速时动力转向系统部件，电动方向管柱系统部件的工作情况；(2)配有转交盘可显示转向角度的大小，可进行动力转向和非动力转向实验；(3)液压管路中配有压力表，实时显示工作压力；(4)面板配有检测口可检测电压，电阻；(5)配合四轮定位仪可做四轮定位实验；能够展现良好的教学效果、操控方便、外观简洁明了，当然最主要的是安全实用；(6)按实车模型底盘布局设计，配备车轮、方向盘、等装备；(7)台架控制台架装有若干个数字显示表，以显示相关传感器的信号电压，方便于教学。

动力转向系统示教装置的主要参数：

体积：166×178×142cm

重量：

电源：AC220v 蓄电池电压：12v

各转向角度传感器的作用是检测前后车轮的瞬时偏转角，采用非接触型霍尔元件传感器，分别安装在前后轮转向机构靠近车轮的一侧；各轮速传感器的作用为检测各车轮的运动状态，获得车轮的转速信号，并发送给ECU，采用电磁感应式传感器，分别安装在每个后轮上，与四轮转向控制系统相连接。

三、电控四轮转向系统主要部件的结构与功能

电控四轮转向系统主要由一下几部分组成：

(1)后轮转向执行器

后轮转向执行器包含一个通过循环球螺杆机构驱动转向齿条的电动机。转向横拉杆是从转向执行器连接到后轮转向臂和转向节处，执行器内的回味弹簧在点火开关断开，或四轮转向系统失效时将后轮推回直线行驶位置。一个后轮转角主传感器和一个后轮转角副传感器安装在后轮转向执行器的顶端。

(2)传感器

传感器的功用是检测汽车转向时的有关物理量，并转换成电信号，输入到ECU中，供ECU进行分析计算，然后发出控制命令控制各物理量。在电控电动式4WS上装有前、后轮转角传感器，分别安装在前后轮转向机构靠近车轮的一侧，采用非接触型霍尔元件传感器，车速传感器采用光电式车速传感器。

(3)电控单元（ECU）

ECU是4WS系统的核心，其功用是根据制定的控制方案，按照编制的程序对各种传感器输人信号进行分析、计算、处理，输出一定的控制信号指令，驱动步进电动机动作。4WS系统ECU主要由输人信号调理电路、微处理器、输出信号处理电路、电源电路等硬件部分和控制程序、软件平台等软件部分组成。为保证控制系统可靠地工作 ，电控单元还必须采取有效的抗干扰措施和故障 自诊断处理措施。

总结

本文对汽车电控四轮转向系统示教装置的模型设计和开发实现进行了分析和研究，并进一步的分析了故障码检测与方法。归纳起来本论文的主要研究工作内容和成果叙述如下：

(1)通过对汽车电控四轮转向系统示教装置的发展现状调研，弄清了电控四轮转向系统示教装置发展过程，目前的产品特点，现存问题，难点及未来发展趋势，这便于本文研究工作的展开，研讨新的发展方向，提出新的设计策略，综合成新的设计系统。

(2)进行电控四轮转向系统的分析。在理解电控四轮转向系统的典型结构及控制原理的基础上，熟悉电控四轮转向系统的其他控制功能，并考虑系统的相关应用参数。

(3)根据电控四轮转向系统的应用介绍，为进行电控四轮转向系统示教装置的设计和开发的研究工作打下基础，从而拟定电控四轮转向系统示教装置整体布局。

由于各种客观条件以及本人水平的限制，本课题在研究中还存在许多不足之处，有待进一步的分析和研究。

参考文献

[1]屈进勇.电子控制四轮转向系统的工作原理及发展[J].农业装备与车辆工程，2009.6.

[2]殷国栋，陈南.四轮转向控制技术的理论及应用研究[J].山东交通学院学报，2008.6.

[3]汪东明，陈南.电控四轮转向系统的研究与发展[J].汽车电器，2004.8.