1汽車前輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)畢業(yè)論文汽車主動前輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：機械工程及自動化摘要2主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機構(gòu)，用于向前輪提供疊加轉(zhuǎn)向角，從而實現(xiàn)變傳動比功能。與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，其技術(shù)核心就是車輛在低速行駛時轉(zhuǎn)向更輕便、靈活；高速時，通過附加一個前輪轉(zhuǎn)角來提高操縱穩(wěn)定性。首先，建立了整車動力學(xué)模型和主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及輪胎模型等。在建立模型的基礎(chǔ)上，分析了主動前輪轉(zhuǎn)向的機械轉(zhuǎn)向主要部件雙行星齒輪機構(gòu)的工作原理和工作模式，設(shè)計了理想變傳動比特性曲線并進行了仿真驗證，其結(jié)果與實際寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變傳動比曲線相吻合。其次，從行車安全角度方面，根據(jù)主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性，提出了附加前輪轉(zhuǎn)交控制、橫擺角速度反饋控制、主動前輪轉(zhuǎn)向與直接橫擺力矩協(xié)調(diào)控制策略，并分別進行仿真，其結(jié)果良好。然后，論文介紹了主動前輪轉(zhuǎn)向與電子穩(wěn)定程序、主動前輪轉(zhuǎn)向與主動懸架集成控制的思想，充分體現(xiàn)了主動安全的設(shè)計理念。另外，從行車的舒適性和安全性等角度，參考主動前輪轉(zhuǎn)向與電子穩(wěn)定程序性能評價指標，對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了性能評價，包括客觀評價和主觀評價。尤其是對主動前輪轉(zhuǎn)向變傳動比功能、轉(zhuǎn)向靈活性等特性方面做出評價。最后，根據(jù)主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性，對比幾種加載方式，確定了用磁粉制動器加載系統(tǒng)，設(shè)計了試驗方案，試驗項目包括：電流特性試驗、低速時輕便性試驗、高速時穩(wěn)定性試驗。另外利用labVIEW編寫了數(shù)據(jù)采集程序，設(shè)計了界面。關(guān)鍵詞：主動前輪轉(zhuǎn)向；雙行星齒輪；變傳動比AbstractActivefrontsteeringsystemisthroughthefrontwheelsteeringangle3adjustment,changetheforceandtorquedistributionfronttoimprovevehiclehandlingandstability,especiallywhentravelingtheroadadhesioncoefficientintheisolated,windorroadbythelargelateralrolleffect,thevehiclebrakinganddrivesystemswithouttheneedtoparticipate,onlythroughtheactivefrontsteeringcanimprovevehiclehandlingandstability,theothermisusecanbethedriverssteeringtocompensate.ActiveSteeringstudyabroadasearlyasthelate6Ointhelastcenturybegan.Inrecentyears,morepartoftheapplicationofthistechnologytotherealvehicle,suchastheGermanBMWIZFjointlydevelopedasetofactivefrontsteeringsystem,thissystemhasbeenequippedwiththepartoftheBMW3Seriesand5Seriescars.Thesystemthroughasystemofdoubleplanetarygearmechanismtoachievetheindependentsuperpositionofthedriverssteeringcapabilities,theperfectsolutiontothecarlightandhigh-speedlow-speedsteeringtheconflictturnedtostableandeffectiveundertheinterferenceoflateralinhibitiontoimprovevehiclestability.Takingalightvehicleforthestudyofactivefrontsteeringtechnologyhasmadeasummaryofthemainalgorithmforthestabilitycontrolsystem,hardwaresystemdesign,structureandroleofthecharacteristicsandconclusionsandprospectstostart,andseveralotherpartsseparately.ThisstudyfortheActiveFrontSteeringstabilitycontrolalgorithmandhardwaresystemdesignanddevelopmentprovidesanimportantreference.Keywords:ActiveFrontSteering；Hardwaresyetem；StabilityControlAlgorithm目錄4第一章緒論.91.1汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述.91.2汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目的和.意義.91.3汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.91.4汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要研究內(nèi)容.12第二章主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和理想可變傳動比.132.1轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)動效率.242.2轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)動比變化特性.242.3轉(zhuǎn)向器的傳動間隙特性.25第三章奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng).263.1汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng).263.1.1機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介.263.1.2動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng).283.2奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能.333.2.1可變的傳動比.333.2.2轉(zhuǎn)向靈活性功能.343.3奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu).343.3.1主動轉(zhuǎn)向控制單元.343.3.2執(zhí)行元件.353.3.3動態(tài)轉(zhuǎn)向鎖.373.3.4基準傳感器.383.3.5ESP傳感器1與ESP傳感器2.3853.4奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程以及控制策略.383.5疊式傳動裝置的構(gòu)造.403.6隨速助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng).413.7奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)的配合優(yōu)勢.413.8奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的對比.45第四章主動前輪轉(zhuǎn)向動力學(xué)控制.484.1橫擺角速度的控制.484.22D*控制.514.3側(cè)傾穩(wěn)定性控制.514.4可變轉(zhuǎn)向傳動比的控制.52第五章主動前輪轉(zhuǎn)向動力學(xué)控制展望.53參考文獻.55致謝.566第一章緒論1.1汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機構(gòu)的總稱。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證能按駕駛員的意愿進行直線或轉(zhuǎn)向行駛。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞直接影響汽車的操作穩(wěn)定性，對于保證汽車的安全行駛、減少交通事故、保護駕駛員的工作條件起著十分重要的作用。按轉(zhuǎn)向能源的不同，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件是機械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動機（或電動機）的動力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在前輪負荷過大時往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，很難協(xié)調(diào)輕便性和靈敏性二者之間的矛盾，采用變傳動比的轉(zhuǎn)向器只能部分地緩解二者之間的矛盾，并不能從根本上解決問題；動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動力轉(zhuǎn)向裝置（如液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向油罐、油泵、控制閥、動力缸）而形成的。由于液壓作用較大，駕駛員施加于轉(zhuǎn)向盤上很小的力矩，便可克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力距，這樣便可很大程度上減輕駕駛員的操縱力。在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向盤到前輪的轉(zhuǎn)向傳動比是嚴格固定的。轉(zhuǎn)向系定傳動比設(shè)計的缺陷主要表現(xiàn)為：低速或停車工況下駕駛員需要大角度地轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，而高速時又不能滿足低轉(zhuǎn)向靈敏度的要求，否則車輛的穩(wěn)定性和安全性會隨之下降。因此，同時滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低速時的靈活性要求與高速時的穩(wěn)定性要求是當(dāng)今車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的核心問題之一。1.2汽車主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的和意義主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向力大小，同時還可根據(jù)駕駛情況對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向比進行無級調(diào)節(jié)。在高速行駛狀態(tài)下，間接轉(zhuǎn)向比和高轉(zhuǎn)向扭矩可保證卓越的駕駛舒適性和直線穩(wěn)定性。相反，在蜿蜒道路及中低速行駛狀態(tài)下（如調(diào)頭或泊車入位），轉(zhuǎn)向比會更加直接，以便實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)向精度和輕松的轉(zhuǎn)向操作。此外，寶馬主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可與ESP電子穩(wěn)定程序相配合，提供雙重主動安全保護：寶馬主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主動轉(zhuǎn)向修正和ESP電子穩(wěn)定程序的主動制動介入。當(dāng)車輛高速緊急變道時，主動轉(zhuǎn)向修正會立刻產(chǎn)生作用，根據(jù)不同的情況自動選擇最佳轉(zhuǎn)向角度、輔助力、糾正力和轉(zhuǎn)向比，使輪胎一直保持足夠安全的抓地力，主動轉(zhuǎn)向修正反應(yīng)時間僅為主動制動介入的三分之一，速度甚至要比富有經(jīng)驗的職業(yè)車手更為迅速，車輛通常無需制動便能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)危為安。論文研究的理論價值在于：通過一系列的理論研究以及對比國外同行的先進7技術(shù)，通過對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種機制進行分析，為我國的相關(guān)領(lǐng)域提供借鑒。論文研究的現(xiàn)實意義在于：以為駕駛者提供更好的操控性與安全性并且能夠根據(jù)不同的情況自動選擇最佳轉(zhuǎn)向輔助力和轉(zhuǎn)向比，使輪胎一直保持足夠安全的抓地力。操控更為輕便，使轉(zhuǎn)向更為直接的駕駛體驗的主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論和結(jié)構(gòu)研究，為國內(nèi)的相關(guān)行業(yè)提供借鑒，具有重大的意義。1.3主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1國外研究及發(fā)展現(xiàn)狀國外對主動轉(zhuǎn)向的研究早在上世紀60年代末就開始了，德國寶馬公司也一直走在前列，一直致力于主動轉(zhuǎn)向的研究，德國寶馬公司和ZF公司聯(lián)合開發(fā)了一套主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。2003年寶馬公司在部分寶馬3系、5系轎車上裝備了主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并成功上市；2004年初，寶馬公司憑借其主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問鼎德國工業(yè)創(chuàng)新獎；近幾年，隨著寶馬5系新款不斷推出，也標志著寶馬主動轉(zhuǎn)向技術(shù)逐漸成熟。緊隨寶馬公司推出5系之后，保時捷公司也在997系列旗艦上裝配了一款可變傳動比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必然會逐漸出現(xiàn)在新一代豪華轎車和運動車中。近些年來，國外一些學(xué)者對主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和主動轉(zhuǎn)向控制做了一些深入的研究。YoshikiKawaguchi計算出了一種基于被動適應(yīng)非線性控制器的主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。改善了轉(zhuǎn)向輪橫向力的不穩(wěn)定性和非線性。FuKao.T.等考慮了輪胎滑移率和側(cè)向力的非線性關(guān)系以及路面摩擦力的不確定性。研究分析了基于模型參考自適應(yīng)非線性控制的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實時仿真結(jié)果表明了該方法的有效性。BingZheng.PahngrocOh等通過對橫擺角速度和前輪轉(zhuǎn)角的反饋控制，使轉(zhuǎn)向時側(cè)向力和橫擺力矩間的關(guān)系等到了協(xié)調(diào)，獲得了理想橫擺角速度和橫擺力矩。改善了主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性，但并沒有考慮車輛行駛狀態(tài)，因此，車輛狀態(tài)識別正確與否會極大影響協(xié)調(diào)控制算法的能力。KunsooHuh主要研究了在低附著路面上車輛轉(zhuǎn)向時，根據(jù)輪胎側(cè)向力參考值，提出一種對預(yù)測輪胎側(cè)向力進行補償?shù)闹鲃愚D(zhuǎn)向控制方法，通過設(shè)計模糊邏輯控制器進行硬件在環(huán)仿真，證明了該方法對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行控制，通過模型預(yù)測控制器計算前輪轉(zhuǎn)角來跟蹤車輪在低附著路面上的運動軌跡，試驗仿真證明了此方法的可行性。Nagai等人考慮了主動前輪轉(zhuǎn)向和直接橫擺力矩聯(lián)合控制對改善開環(huán)汽車的操縱穩(wěn)定性的作用。運用跟蹤理想非線性車輛模型的控制