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1、-范文最新推荐-1 / 16四轮转向汽车的转向机构设计+文献综述摘要本论文主要研究了汽车四轮转向系统的基本结构和工作原理，并对电控四轮转向系统进行了简要分析。以此为理论基础，以某汽车的相关参数设计了四轮转向系统，包括前轮转向器的设计计算和后轮转向执行器的设计计算。四轮转向系统主要是四轮转向控制器收集各传感器输入的信号，通过处理信号，确定后轮所需的转角大小及方向，控制执行器完成转向。此系统可以改善车辆低速时的转向灵活性和高速时的操纵稳定性，使汽车在转向时响应快，转向能力强，直线行驶稳定。前轮转向器是四轮转向的基础部件，是电机助力的齿轮齿条转向器。后轮转向执行器是驱动后轮转向的主要部件。通过对前轮
2、转向器和后轮转向执行器的设计，为四轮转向技术整体设计提供了基础。 关键词 四轮转向电控四轮转向系统齿轮齿条电动助力转向器后轮转向执行器 7603 TitleDesign of Four-Wheel Steering SystemAbstractThis paper studies the basic structure and working principle of the vehiclefour-wheelsteering system, and electronicallycontrolled four-wheelsteering system is briefly analyzed.
3、As a theoretical basis, design a carwith four-wheel steering system, including the design and calculation ofthe front-wheel steeringdeviceand rear-wheel steering actuator.Four-wheel steeringsystemuses afour-wheel steering controller to-范文最新推荐-3 / 16collect the sensor input signal, by processing the
4、signal, and determinesthe corner of the rear-wheel required size and direction of the controlactuator after completing the turn. This system canimprovesteeringflexibility and high-speed handling and stability, make the car fastersteering response, and improve steering capability and the straight-lin
5、edriving stability. The front-wheel steeringdeviceis the basis of 4.1 整车性能参数 . 114.2 齿轮齿条式转向器的设计和计算.124.2.1 齿轮齿条转向器计算载荷的确定.124.2.2 转向器基本部件设计 154.2.3 齿轮轴和齿条的材料选择及强度校核 204.2.4 齿轮齿条转向器转向横拉杆的运动分析 .244.2.5 间隙调整弹簧的设计计算 .254.2.6 齿轮轴轴承的校核 .264.2.7 键的计算 .274.3 电动助力转向系统的关键部分选型 284.3.1 电动机 .284.3.2 电磁离合器 .28-范
6、文最新推荐-5 / 164.4 本章小结 295 后轮转向执行器设计计算.305.1 齿条设计计算 .305.1.1 转向器计算载荷的确定 .305.1.2 齿条传动受力分析 .305.2 回位弹簧的设计计算.335.3 电动机与离合器的选择.345.4 本章小结 35结论 .36致谢 .37 参 考 文 献.381 绪论1.1 论文研究课题的提出随着现代交通系统的越趋复杂以及汽车技术的不断发展，汽车的主动安全也日益受到重视，特别是先进的主动底盘控制技术更是汽车发展的重要方向。而四轮转向技术则是主动底盘控制中的一种类型1。自发明汽车后，前轮转向一直是汽车转向的主要方式。但是前轮转向汽车有其固有
7、的缺陷：低速时转向响应慢、转弯半径大、转向笨重；高速时转向稳定性差、超车变道困难等。特-范文最新推荐-7 / 16别是随着汽车的增加，小区停车空 的模型和控制策略。 Ossama Mokhiamar，Masato Abe 着重研究了四轮转向系统在转向时，轮胎侧向力与纵向力的分布，以此为依据调控车辆的侧向加速度与横摆角速度响应。H.Inoue，F.Sugasawa 研究了一种综合前馈和反馈控制的四轮转向系统，应用最优控制理论找出控制常量，把对转向输入响应的控制和对抗外部干扰的稳定性控制分开，实现了两者的相互独立6。Spentzas K.N，Alkhazali I.引入魔术轮胎模型，并建立了三自由
8、度四轮转向汽车力学模型，比较了该模型与二自由度模型的开环评价指标。MASAONAGAL 提出了一种考虑汽车轮胎和悬架的非线性特性的四轮转向系统。经过研究表明考虑到了两者的非线性能有效提高汽车的操纵性和稳定性7。RayLauraR.把随机鲁棒分析与设计方法应用到四轮转向汽车的侧向动力学容错控制和鲁棒分析中，此分析方法一般是通过不确定性的统计学描述来决定不合适的控制系统设计目标的出现概率。-范文最新推荐-9 / 16日本东京工学院的 T.Shiotsuka 与 Mazda 汽车公司提出了基于神经网络的四轮转向控制系统。此系统考虑到了车辆的动态特性和轮胎摩擦力的非线性。他们利用在车辆上实测所得的数据
9、，用神经网络方法对车和轮胎的非线性动态特性进行辨识。系统控制器的设计是基于神经网络的自学习能力，脱离了所有的理论模型。此系统有效地改善了车辆的动态响应特性和抗干扰（如侧向风力等）的能力8。1.2.2 国内研究现状国内对四轮转向技术的研究起步较晚，主要涉及到一些汽车动力学模型和控制算法研究。如：清华大学的李铂和北京交通大学的耿聪等在传统前馈四轮主动转向控制的基础上，提出一种两自由度四轮主动转向鲁棒控制方法。该方法通过独立参数化两 第 5 章： 完成了后轮转向执行机构的设计计算。2 四轮转向系统的介绍和设计方案选择2.1 四轮转向系统的基本组成四轮转向系统是在前轮转向系统的基础上，在汽车的后悬架上
10、安装一套后轮转向系统，两者之间通过一定的方式联系，使得汽车在前轮转向的同时，后轮也参与转向，-范文最新推荐-11 / 16从而达到提高汽车低速行驶的机动性和高速行驶的稳定性11。按照车辆后轮转向机构的控制方式，四轮转向系统可分为全机械式、电液式、电液机械式和全电子式等四种类型。其中全机械式四轮转向系统是应用最早的，属于前轮转向响应型系统，后轮转向角根据前轮转向角确定；电液式四轮转向系统又可分为车速/侧向加速度响应型和车速/前轮转向角/转向盘速度响应型两种。电液机械式四轮转向系统包括车速/前轮转向角响应型、车速/前轮转向角/摇摆速度响应型、机械液压型和电子液压型转向机构四种类型12。全电子式四轮
11、转向系统是车速/前轮转向角/转向速度响应型系统，该系统后轮的转动决定于车速、前轮转向角和转向盘转动速率，由带球螺旋杆齿条机构的直流电机执行器控制，该系统可同时改善汽车高速稳定性、提高转向盘快速转动下的转向响应并减小低速时的转弯半径13。典型的电控四轮转向系统主要包括前轮转向系统、传感器（如转向角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器等） 、 ECU、后轮转向执行机构和后轮转向传动机构等。目前，以电控液压式四轮转向系统应用最多。转向时，传感器将前轮转向的信号和汽-范文最新推荐-13 / 16车运动的信号送入 ECU，ECU 进行分析计算，向后轮转向执行机构输出驱动信号，后 时汽车只采用前轮转向，
12、只在汽车行驶速度达到一定数值后（如 50Km/h） ，后轮才参与转向，进行同相位四轮转向16。2.3 四轮转向系统的控制四轮转向系统既要实现汽车转向时所需的运动，又要保证汽车转向时的行驶稳定性。目前，在四轮转向汽车的研究和开发方面，主要是以改善汽车的瞬态操纵稳定性 为出发点，探索由于后轮参与转向而带来的汽车响应变化，以及采用各种后轮控制策略而产生的不同效果17。汽车四轮转向的控制依赖于轮胎所受的侧向力，四轮转向能使汽车在转向时，后轮直接参与对汽车横摆运动和侧向运动的控制。通过适时、精确地控制后轮的转向角度，不仅可缩短转向过程的瞬态响应，而且能主动地控制汽车的运动轨迹和姿态。在转向过程中，使汽车
13、的前进方向与其纵向中心线的方向一致，即使得汽车的方向角与姿态角重合，减小转向时车体的侧偏，提高了汽车的侧向稳定性18-范文最新推荐-15 / 16。2.3.1 控制目标使汽车在转向时能够基本保持汽车重心侧偏角为零。这样能够大幅度提高汽车对方向盘输入的动态响应特性，很大程度上改善了横摆角速度和侧向加速度的瞬态性能指标，降低车身姿态的变化。2.3.2 控制方法不同的汽车对转向行驶性能的要求不同，不同车型的四轮转向汽车的车轮偏转规律也不一样。因此，不同的四轮转向汽车所采用的控制方法不尽相同，各种控制方法分别有其侧重点。目前，用在一些成型的四轮转向汽车上的控制方法主要有 ：1.定前、后轮转向比的四轮转向系统；2.前、后轮转向比是前轮转角函数的四轮转向系统；3.前、后轮转向比是车速函数的四轮转向系统；
