汽车主动转向系统设计及控制特性研究.pdf
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1、汽车与设计132023.6汽车主动转向系统设计及控制特性研究徐华磊(河北省汽车球铰链技术创新中心,保定市格瑞机械有限公司 河北 保定 071023)摘要:汽车主动转向系统是一种新型的车辆控制技术,可以通过电子控制单元实现车辆主动转向,减少驾驶员的方向盘转动操作,从而减轻疲劳感,这对于长时间驾驶的人来说尤为重要。汽车主动转向系统还能够实时监测车辆的运行状态,并根据路况和车速自动调整车轮的转向角度,确保车辆在紧急情况下能够快速、准确地响应驾驶员的指令,从而提高行车安全性、稳定性和操控性,因此对汽车主动转向系统设计进行研究至关重要。该文分析汽车主动转向系统的工作原理,并探讨其控制特性和设计优化方向,
2、以更好地提升汽车主动转向系统性能,促进汽车行业的可持续发展。关键词:汽车;主动转向系统;控制特性作者简介:徐华磊,河北省汽车球铰链技术创新中心、保定市格瑞机械有限公司助理工程师,研究方向为车辆工程。汽车主动转向系统(Active Steering System)是一种现代汽车技术,它利用电子控制单元(ECU)和各种传感器监测车辆的运行状态,并通过调整车轮的角度改变车辆的行驶方向。在汽车诞生初期,所有的转向都是由驾驶员通过手动操作转向盘完成的,为了减轻驾驶员的驾驶负担,动力转向系统被研发出来。这种系统利用液压或电动机辅助驾驶员转向,从而使转向更加轻松。然而,其通常只能提供固定的转向助力,无法根据
3、驾驶条件进行方向调整。为了解决固定转向比的问题,一些汽车企业开始使用可变转向比的系统,以根据车速来调整转向比,使车辆在高速行驶时转向更加稳定,在低速行驶时转向更加轻松。在不断的研究中,BMW 推出了主动转向系统。该系统不仅能根据车速调整转向比,还可以根据其他因素(如侧风、道路条件等)来调整转向,从而为驾驶员提供最佳的驾驶体验。此外,主动转向系统还可以在紧急情况下自动进行转向,以增强行驶安全性。因此,相较于传统的机械转向系统,主动转向系统能够更快速、准确地响应驾驶员的指令,提高车辆的稳定性、安全性和驾驶员的舒适度1。本文分析汽车主动转向系统的工作原理和设计方法,并探讨其控制特性和设计优化方向,从
4、而更好地优化汽车主动转向系统设计,提升汽车转向性能。1 汽车主动转向系统工作原理汽车主动转向系统通过使用电子控制单元、传感器和执行器来实现自动调整车轮角度的功能,可以根据车辆的运行状态和驾驶员的操作快速准确地调整车辆方向,提高车辆的稳定性和操控性,从而提高驾驶舒适度和行车安全性2。通常,汽车主动转向系统会使用多个传感器来检测车辆的运行状态,包括车速、转向角度、加速度等。这些传感器将车辆的实时运行数据传输到电子控制单元进行分析和处理,从而检测车辆运行状态。电子控制单元根据传感器传输的数据,结合车辆的动态特性和驾驶员的操作,计算出所应调整车轮角度的大小和方向,之后再由执行器调整车轮角度。执行器由执
5、行机构和自动化调节机构两部分组成,它们接受电子控制单元的指令,通过控制车轮转向机构调整车轮角度,从而实现车辆行驶方向的调整。在工作过程中,汽车主动转向系统会使用反馈机制实时监测车辆的运行方向和状态,以确保调整后的方向正确并且稳定。如果发现任何不正常的情况,汽车主动转向系统会通过警报或者减速等手段通知驾驶员,并且自动停止调整车轮角度。2 汽车主动转向系统设计影响因素对汽车主动转向系统进行深入分析,可以更好地了解汽车主动转向系统内部的构造,从而对汽车主动转向系统设计进行优化。汽车主动转向系统设计影响因素较多,比如传感器选择、控制算法设计、执行器选择、反馈控制等3。因此,设计者需要综合考虑车型特点、
6、成本、驾驶员需求和目标市场等汽车与设计14汽车测试报告因素,以设计出高性能、强安全性的主动转向系统。一是传感器选择。汽车主动转向系统需要使用多个传感器来检测车辆的运行状态,包括车速、转向角度、加速度等。因此,设计者需要根据传感器的精度、响应速度、可靠性和成本等因素选择最合适的传感器。二是控制算法设计。控制算法是汽车主动转向系统的核心部分,它需要根据传感器检测的数据实时计算出所需调整的车轮角度大小和方向。在对汽车主动转向系统进行设计时,设计者需要考虑控制算法的复杂度、实时性、准确度和稳定性等因素,以实现对车辆的高精度控制。三是执行器选择。执行器是汽车主动转向系统的执行部分,它需要根据控制算法的指
7、令快速准确地调整车轮角度。设计者需要选择最合适的执行器类型,例如电机、点火控制器等,并考虑执行器的响应速度、承载能力和可靠性等因素。四是反馈控制。反馈控制是汽车主动转向系统的重要部分,它可以实时监测车辆的行驶方向和状态,以确保调整后的方向正确并且稳定。针对反馈控制,设计者需要选择合适的反馈控制方法,例如车轮转角传感器、惯性传感器等,并考虑反馈控制的精度、响应速度和实时性等因素。3 汽车主动转向系统控制特性分析控制特性是汽车主动转向系统的重要性能指标之一,它直接影响车辆的操控性和稳定性。因此,在开展汽车主动转向系统设计时,要充分考虑到汽车主动转向系统的控制特性,优化主动转向系统的参数和控制策略,
8、从而使汽车主动转向系统设计实现最优化。3.1动态响应特性汽车主动转向系统需要能够快速、准确地调整车轮角度,以实现车辆方向的调整。因此,其动态响应特性非常重要。设计者需要通过控制算法的优化和执行器的选择,实现系统的快速响应和高精度控制。3.2稳定性和可靠性特性汽车主动转向系统的稳定性特性是指系统在不同工况下的稳定性表现。因为车辆在运行中会受到各种外力的影响,所以设计者需要通过控制算法的优化和反馈控制的应用,实现汽车主动转向系统的稳定性控制,从而保证车辆行驶的稳定性和安全性4。此外,设计者需要考虑汽车主动转向系统的抗干扰能力、故障诊断能力和故障容错能力等因素,以确保系统的可靠性和安全性。3.3驾驶
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