轎車四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

XXXX學(xué)院本科本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目 轎車四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名xxx 學(xué)號xxxxx 所在學(xué)院 專業(yè)班級XXXXX 扌旨導(dǎo)教師XXXXXXX 2015年4月7日

題目轎車四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題的目的及研究意義目的：本設(shè)計(jì)的目的是為了滿足人們對于駕駛體驗(yàn)的要求，將四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)應(yīng)用到轎車上。用傳感器收集轎車行駛和轉(zhuǎn)向時(shí)的各種數(shù)據(jù)，再通過 ECU對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，最后轉(zhuǎn)化為電信號來控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行器工作，使轎車在轉(zhuǎn)彎或者調(diào)頭時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑減小，改善橫擺角速度的瞬態(tài)性能指標(biāo)。程序控制，實(shí)現(xiàn)汽車的四輪轉(zhuǎn)向。使轎車在低速行駛轉(zhuǎn)向并且轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動角度很大時(shí)，其后輪相對于前輪反向偏轉(zhuǎn)，并且偏轉(zhuǎn)角度隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增大而在一定范圍內(nèi)增大。如轎車急轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭行駛、避障行駛或進(jìn)出車庫時(shí)從而使轎車轉(zhuǎn)向半徑減小，轉(zhuǎn)向機(jī)動性能提咼。轎車在咼速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，后輪應(yīng)相對于前輪冋向偏轉(zhuǎn)，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(shí)的操縱穩(wěn)定性顯著提高。意義：隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車行駛速度的提高及道路行駛密度的增大，做為實(shí)現(xiàn)主動安全性的方法之一的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)日益受到重視。而在轎車上使用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能改善駕駛員的駕駛體驗(yàn)，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(wěn)定、安全。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等研究現(xiàn)狀：2012年桂林、任燕介紹了電控電動式四輪轉(zhuǎn)向(4WS)系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)工作原理，對四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向電機(jī)、整車驅(qū)動電機(jī)，以及傳感器的選取做了較詳細(xì)的介紹分析。在研究現(xiàn)有 4WS電控技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了在助力轉(zhuǎn)向條件下前、后輪分別由電機(jī)驅(qū)動，冋時(shí)由電控單元 (ECU)監(jiān)測控制的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)。對未來四輪轉(zhuǎn)向電控技術(shù)和展趨勢做了進(jìn)一步的分析展望。2013年李辰旸、羅文廣為了充分發(fā)揮四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)在改善汽車操縱穩(wěn)定性方面的 優(yōu)勢，對汽車轉(zhuǎn)向的理想狀態(tài)進(jìn)行分析，構(gòu)建理想轉(zhuǎn)向模型。依據(jù)具有二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制理論，以汽車轉(zhuǎn)向理想模型作為跟蹤目標(biāo)采用基于狀態(tài) 反饋和前輪前饋的控制策略，對四輪轉(zhuǎn)向汽車后輪轉(zhuǎn)向控制規(guī)律進(jìn)行研究。利用 Matlab工具，對所提出的后輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制方法進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的后輪轉(zhuǎn)角最優(yōu)控制器改善汽車轉(zhuǎn)向的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，其瞬態(tài)響應(yīng)的 超調(diào)量減少，穩(wěn)定時(shí)間縮短；側(cè)向滑移的穩(wěn)態(tài)值有所降低，從而提高汽車轉(zhuǎn)向的 操縱穩(wěn)定性。2014年羊玢、陳寧建立了四輪轉(zhuǎn)向車輛(4WS)的動力學(xué)模型，基于單點(diǎn)預(yù)瞄的駕駛員數(shù)學(xué)模型，編寫了四輪轉(zhuǎn)向車輛在S型道路和復(fù)雜賽車跑道行駛的閉環(huán)運(yùn)動仿真程序，對比例控制策略的四輪轉(zhuǎn)向車輛進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行咼速動態(tài)仿真。仿真結(jié)果表明 ：在咼速行駛下的四輪轉(zhuǎn)向車輛操縱穩(wěn)定性優(yōu)于前輪轉(zhuǎn)向車輛， 系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性，更能有效地提咼車輛瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性和安全性。發(fā)展前景：電控電動式4WS系統(tǒng)的技術(shù)展望目前在成型的 4WS氣車中主要采用電控液壓式4WS系統(tǒng)。雖然電控電動式4WS系統(tǒng)發(fā)展較晚，相應(yīng)的技術(shù)還不夠成熟，存在動力小、 ECU復(fù)雜、成本高等不足之處，但隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，電控電動式 4WS系統(tǒng)在技術(shù)上將不斷完善，在轉(zhuǎn)向控制性能、系統(tǒng)布置、節(jié)能等方面也將越來越顯示其優(yōu)越性，其應(yīng)用前景廣闊，必將取代電控液壓式4WS系統(tǒng)，并成為4WS系統(tǒng)發(fā)展的主流。它的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：（1）針對4WS系統(tǒng)，進(jìn)一步開發(fā)、設(shè)計(jì)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(yùn)動信號。（2）將先進(jìn)的控制理論與控制方法應(yīng)用于 4WS控制器的研究中，提高轉(zhuǎn)向控制性能。（3） 改進(jìn)步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，消除步進(jìn)電動機(jī)工作時(shí)存在的振蕩、失步、振動、噪聲等不足。（4） 研究、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、布置方便的后輪轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)后輪的正確轉(zhuǎn)向。（5）進(jìn)一步簡化系統(tǒng)，減小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的體積，控制生產(chǎn)成本。（6）把4WS技術(shù)與其它主動安全技術(shù)（如4WDABSASRASCDYC等）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)汽車主動底盤技術(shù)的綜合控制，這是主動控制 4WS系統(tǒng)研究的長期目標(biāo)。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(shù)路線）或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說明（論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱）本課題要解決的問題：1、 四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)的工作原理及控制方法2、 四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3、 四輪轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車模型，分析其輸入輸出數(shù)據(jù)。2、汽車傳感器的功用是檢測汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的有關(guān)運(yùn)動物理量，并轉(zhuǎn)換成電信號，輸入到 ECU中,供ECU進(jìn)行分析計(jì)算。2.1前、后輪轉(zhuǎn)角傳感器前、后輪轉(zhuǎn)角傳感器分別安裝在前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠近車輪的一側(cè)，采用非接觸型霍爾元件傳感器，用來檢測前、后車輪的瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)角。2.2車速傳感器車速傳感器安裝在車速里程表的轉(zhuǎn)子附近，采用光電式車速傳感器，將汽車前進(jìn)速度檢測出來，以脈沖信號的形式輸出，送入四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ECU,同時(shí)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(zhì)心處的車身上，采用壓電射流角速度傳感器，檢測汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)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(shí)時(shí)控制汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動，保證汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的動態(tài)穩(wěn)定性。2.4電控單元（ECUECU是4WS系統(tǒng)的核心，其功用是根據(jù)制定的控制方案，按照編制的程序?qū)Ω鞣N傳感器輸入信號進(jìn)行分析、計(jì)算、處理，輸出一定的控制信號指令，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)動作。其電控單元的控制框圖如2圖所示，4WS系統(tǒng)ECU主要由輸入信號調(diào)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(tǒng)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(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明舒進(jìn)，陳思忠；四輪轉(zhuǎn)向車輛運(yùn)動計(jì)算分析 [J]；湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)；2002年003期本文系統(tǒng)地分析了二自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車模型的運(yùn)動方程。得到了質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度，側(cè)向加速度與前輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)。在此基礎(chǔ)上 ，基于本實(shí)驗(yàn)室的四輪轉(zhuǎn)向樣車進(jìn)行了前后輪轉(zhuǎn)角成比例控制的四輪轉(zhuǎn)向車輛 (4WS)的運(yùn)動學(xué)仿真，并針對仿真結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)果闡明了四輪轉(zhuǎn)向車輛與前輪轉(zhuǎn)向車輛 (2WS)相比的優(yōu)勢。并提出其發(fā)展方向。曾宇；陳思忠；楊林;;四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性分析 [J]；車輛與動力技術(shù)；2010年02期建立了二自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車模型的動力學(xué)方程 ，對其進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析得出了四輪轉(zhuǎn)向汽車的質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度、側(cè)向加速度與前輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù) ?基于某四輪轉(zhuǎn)向樣車，對以零質(zhì)心側(cè)偏角為控制目標(biāo)的前后輪轉(zhuǎn)角比例四輪轉(zhuǎn)向車輛的操縱動力學(xué)進(jìn)行了仿真分析，將仿真結(jié)果與前輪轉(zhuǎn)向車輛進(jìn)行對比 ，闡明了四輪轉(zhuǎn)向車輛的性能優(yōu)勢 ?研究結(jié)果可為評價(jià)四輪轉(zhuǎn)向車輛的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù) ?郭孔輝，軋浩；四輪轉(zhuǎn)向的控制方法的發(fā)展[J]；中國機(jī)械工程；1998年05期從控制原理出發(fā)，系統(tǒng)地評述了車輛四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法的發(fā)展 ，以此為基礎(chǔ)指出四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究必須以閉環(huán)綜合評價(jià)為出發(fā)點(diǎn) ，并與其它主動安全技術(shù)相結(jié)合 ，才能真正走向?qū)嵱秒A段張?jiān)凭?，汽車四輪轉(zhuǎn)向模式及智能控制技術(shù) [J]；機(jī)械管理開發(fā)；2006年06期分析了汽車四輪轉(zhuǎn)向的特點(diǎn) ，概述了汽車四輪轉(zhuǎn)向模式的原理 ，分析了智能控制技術(shù)的方向和發(fā)展趨勢。張伯俊，王洪禮，張鋒，許暉；汽車四輪轉(zhuǎn)向嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 [J]；制造業(yè)自動化;2004年07期針對四輪轉(zhuǎn)向汽車低速靈活性和高速穩(wěn)定性的特點(diǎn) ，基于ARM寸四輪轉(zhuǎn)向控制單元進(jìn)行了SoC硬件設(shè)計(jì)；同時(shí)結(jié)合控制算法,基于ucos-ll的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了軟件結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)研究。從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)汽車四輪轉(zhuǎn)向奠定了基礎(chǔ)。趙又群，王立公，何小明，郭孔輝；四輪轉(zhuǎn)向汽車運(yùn)動穩(wěn)定性分析 [J];中國機(jī)械工程;2003年14期研究了四輪轉(zhuǎn)向汽車的運(yùn)動穩(wěn)定性 ，從系統(tǒng)與控制理論角度定量地揭示了四輪轉(zhuǎn)向汽車運(yùn)動穩(wěn)定性的內(nèi)在規(guī)律性，與前輪轉(zhuǎn)向汽車進(jìn)行了比較。沈揚(yáng)鳳；四輪轉(zhuǎn)向汽車的建模與仿真分析 [D];武漢理工大學(xué);2011年本文對非常逼近實(shí)車的四輪轉(zhuǎn)向整車多體動力學(xué)模型也進(jìn)行了控制研究 ，在分?jǐn)?shù)階PID的基礎(chǔ)上，引入模糊控制理論，設(shè)計(jì)模糊分?jǐn)?shù)階 PID控制器，仿真結(jié)果證明用該控制器對四輪轉(zhuǎn)向整車多體動力學(xué)模型進(jìn)行控制，可以使汽車獲得良好的操縱穩(wěn)定性。王輝；四輪轉(zhuǎn)向汽車的控制研究和操縱動力學(xué)仿真分析 [D]；上海交通大學(xué)；2007年本文從汽車動力學(xué)及其控制的角度出發(fā) ，主要研究內(nèi)容包括：首先，運(yùn)用拉格朗日方程建立了包括側(cè)向運(yùn)動、 橫擺運(yùn)動和車身側(cè)傾運(yùn)動的三自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱動力學(xué)模型。 然后,基于所建立的三自由度四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱動力學(xué)模型 ，結(jié)合線性輪胎模型，設(shè)計(jì)了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略。符浩翔；汽車懸架與四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜合控制研究 [D]；重慶大學(xué)；2005年本文通過對車輛底盤系統(tǒng)中的主要組成部分懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ，對車輛操穩(wěn)性和平順性的影響分析，結(jié)合最優(yōu)控制理論，對懸架和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜合控制技術(shù)進(jìn)行了研究。葉敏；四輪轉(zhuǎn)向試驗(yàn)平臺的建模仿真與實(shí)驗(yàn)研究 [D]；長安大學(xué)；2004年本文主要研究了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成與工作原理，確定了四輪轉(zhuǎn)向試驗(yàn)平臺的傳動方案和液壓原理。對平臺的三種轉(zhuǎn)向模式進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)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