汽车防滑和转向控制系统.ppt

第 7章 汽车防滑与转向控制系统 概述 汽车操纵稳定性是保证汽车行驶安全的重 要性能，是提高行车速度的重要保证，汽 车防滑与转向控制是提高操纵稳定性的重 要措施，主要包括 制动防抱死系统 （ ABS）、 电子制动力分配系统 （ EBD）、 驱动防滑 转控制系统 （ ARS）和 电控汽车稳定行驶系 统 （ ESP）等 汽车制动性能的评价指标 制动效能 制动性能 最基本 的评价指标 制动效能的恒定性 最主要的就是 抗热衰退性能 制动时汽车方向的稳定性 制动力与附着系数 x u X Z r M F 制动时的车轮受力分析 a）纵向； b）横向 附着系数与滑移率关系 车轮的纵向运动可分为： 纯滚动 ， 纯滑动 和边滚边 滑 车轮与地面之间的附着系数 除了与 车轮状况 、 地面状 况 有关外，还与 车轮的运动状态 有关 %100 v rvs 理想状态 ：滑移率保持在 10%20%,获得较大的纵向、侧 向附着系数 防滑控制系统 汽车防滑控制是提高操纵稳定性的重要措 施，主要包括制动防抱死系统（ ABS）、 电子制动力分配系统（ EBD）、驱动防滑 转控制系统（ ARS）和电控汽车稳定行驶 系统（ ESP）等 防滑控制系统 1.制动防抱死系统在制动过程中，通常将车轮滑移率控制在 10%20%的范围内。 制动防抱死系统 (ABS) 都是在制动过程中，通过 调 节 轮缸（或制动气室）的 制动压力 使作用车轮的制动力矩 受到控制，从而控制车轮的滑移率。 2.驱动防滑系统在驱动过程中，通常将车轮滑移率控制在 5%15%的范围内。 而防滑驱动控制系统 (ASR) 在驱动过程中通常可以通 过 调节 发动机的输出转矩、转动系的传动比、差速器的锁 紧系数等控制作用于驱动车轮的 驱动力矩 ，以及通过调节 驱动车轮制动轮缸（或制动气室）的制动压力控制作用于 驱动车轮的制动力矩。实现对驱动车轮牵引力矩的控制。 制动防抱死系统 ABS的作用 ： 改善了汽车制动时的方向稳定性 缩短了制动距离 增加了汽车制动时的转向操纵能力 减少了轮胎磨损 驱动防滑系统 ASR的作用： 防止汽车在起步、加速和滑溜路面行 驶时驱动轮的滑转 提高汽车的牵引性和操纵稳定性以及 燃料经济性 减少事故发生率 打滑 有 TRAC 无 TRAC 可控 汽车防抱死制动系统 前轮抱死 失去转向能力 后轮抱死 侧滑甚至掉头（ 危险 ） 为了防止制动时车轮被抱死进行纯粹的滑移，提 高制动时的转向操作能力和方向稳定性，缩短制 动距离，这种汽车防滑控制系统叫 防抱死制动系 统 防抱死制动系统的优点 制动 无 ABS 有 ABS 行驶方向 障碍物 汽车防抱死制动系统的形式 基本概念： 控制通道 ：能够进行制动压力调节的制动管路 独立控制 ：车轮的制动压力可以进行单独调节 一同控制 ：两个车轮的制动压力一同进行调节 低选原则 ：按附着力较小的车轮不发生抱死 进行压力调节 高选原则 ：按附着力较大的车轮不发生抱死 进行压力调节 汽车防抱死制动系统的形式 按通道数分 ： 四通道 三通道 双通道 单通道 二、制动防抱死系统的组成与工作原理 1制动防抱死系统的组成 ABS的工作过程 常规制动 制动压力降低 制动压力保持 制动压力升高 这是一个无限循环的调整过程，永远 在调整的过程中。 一、车轮转速传感器 【 别名 】 轮速传感器、转速传感器 【 作用 】 检测车轮的转速，送给 ECU决定是否开始进行防抱死制 动。 【 安装位置 】 车轮上。 【 结构 】 由传感器头和齿圈组成。按传感器头的外形分 凿式极轴 车速传感器头 、 柱式极轴车速传感器头 和 菱形极轴车速传感器头 。 前轮安装位置 后轮安装位置 制动盘 传感器 齿圈 支架 传感器 凿式极轴 柱式极轴 电缆 永磁体 外壳 感应线圈 极轴 齿圈 车速传感器头剖视图 车速传感器工作原理 转子 感应线圈 永久磁铁 车轮转速传感器 二、制动压力调节器 【 作用 】 接受 ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器 制动压力的调节。 现代轿车常用 液压式制动压力调节器 。 循环式制动压力调节器： 电磁阀直接控制制动压力。 可变容积式制动压力调节器： 电磁阀间接控制制动压力。 3位 3通电磁阀基本结构及简化图 在制动主缸和制动轮缸之间串连一个 电磁阀 ，由电磁阀的通断来控制 油路的压力。 电磁阀有 3/3、 2/2等多种类型。 电磁阀由 ECU控制，实现 升压 、 保压 、 减压 三种状态。 固定 铁芯 线圈 2A电 流 5A电 流 通轮缸 通储 能器 通主缸 柱 塞 升压 保压 减压 制动压力调节装置 电磁换向阀 储液罐、液压泵和电动机总成 作用就是执行器的压力降低装置 传感器 ABS电控单 元 制动灯开 关 ABS液压泵电 机和低压储能 器 液压控制单元 车轮转速传感器 ABS警告灯 故障诊断插 座 执行元件 1、循环式制动压力调节器 制动轮缸 电磁阀 回油泵 储液器 制动主缸 回油泵 ：电磁阀在 减压 时，从制动轮缸流出的 制动液经储能器由回油 泵泵回制动主缸。 储液器 ：电磁阀在 减压 时，从轮缸流出的制动 液由储 液 器暂时储存， 然后由回油泵泵回主缸。 循环式制动压力调节器基本结构 循环式制动压力调节器工作原理： 升压（常规制动） 主缸 踏板 液压部件 线圈 储液器 ECU 传感器 轮缸 电磁阀 回油泵 电磁阀不通电 ， ABS不工 作，回油泵也不工作，进 入 常规制动 阶段。 循环式制动压力调节器工作原理： 减压 主缸 踏板 液压部件 线圈 储液器 ECU 传感器 轮缸 电磁阀 回油泵 电磁阀通较大的电流 ，电 磁阀处于 减压 位置， ABS 工作。 循环式制动压力调节器工作原理： 保压 主缸 踏板 液压部件 线圈 储液器 ECU 传感器 轮缸 电磁阀 回油泵 电磁阀通较小的电流 ，电 磁阀处于 保压 位置， ABS 工作。 循环式制动压力调节器工作原理： 升压 主缸 踏板 液压部件 线圈 储液器 ECU 传感器 轮缸 电磁阀 回油泵 电磁阀不通电 ， ABS不工 作，回油泵也不工作，进 入 常规制动 阶段。 低压储 能器 总泵 助力器 常开阀 常闭阀 吸入阀 压力阀 液压泵 车轮制动器 常规制动阶段 ： 常开 阀断电 -ON，常闭阀 断电 -OFF，来自制动 总泵的制动液进入制 动轮缸。此时 ABS不 工作。 电磁阀 2/2 ABS控制过程升压 低压储 能器 总泵 助力器 常开阀 常闭阀 吸入阀 压力阀 液压泵 车轮制动器 减压阶段 ：保压后， 若车轮仍趋于抱死时， 常开阀通电 -OFF，常 闭阀通电 -ON，制动 轮缸内的制动液进入 储能器，并由液压泵 泵回到制动总泵。 减压后，车轮转速上升若太快，再次进入 到升压阶段，进入新的一个循环，重复上 述过程，直至汽车停车为止。 7、电磁阀 2/2 ABS工作原理减压 低压储 能器 总泵 助力器 常开阀 常闭阀 吸入阀 压力阀 液压泵 车轮制动器 保压阶段 ：当车轮趋 于抱死时， 常开阀通 电 -OFF，常闭阀断电 - -OFF，通往制动轮缸 的通道被切断，轮缸 内的油压保持不变。 6、电磁阀 2/2 ABS工作原理保压 3制动防抱死系统的工作范围 防抱死只在汽车速度超过一定值才进行压力调节，当 车速低于一定值，防抱死制动系统自动终止制动压力 调节 只有当在制动过程中有车轮趋于抱死，防抱死制动系 统才会趋于抱死的车轮进行压力调节，防止该车轮抱 死拖滑 防抱死制动系统具有自诊功能，能过对系统的工作情 况进行检测，一旦发现影响系统正常工作的故障，关 闭防抱死制动系统，并点亮防抱死制动报警灯，给驾 驶员报警信号，常规制动不受影响 制动防抱死系统的 ECU 接受传感器信息计算车轮转速、加减速度、车 轮滑移率，并判断车轮是否有抱死趋势，然后 向制动压力调节器发出制动压力控制指令，由 制动压力调节器执行压力调节的任务 。 2制动防抱死系统的 ECU 制动防抱死系统的 ECU的功能 制动时车速的控制 初始检测功能 故障检测功能 传感器检测功能 失效保护功能 防抱死制动系统的特点 1. 改善制动效能 2. 改善制动时的方向操作性 3. 改善制动时的横向稳定性 4. 减小轮胎的局部磨损 5. 减轻驾驶员的劳动强度，提高了乘客 的乘坐的舒适性的安全性 6. 使用方便，工作可靠 电控驱动防滑 /牵引力控制系统 汽车驱动防滑系统 ASR Acceleration Slip Regulation TCS Traction Control System）， ASR系统是继 ABS后采用的一套防滑控制系统，是 ABS功能的进一步发展和重要补充。 ASR系统和 ABS 系统和密切相关，通常配合使用，构成汽车行驶的主 动安全系统 目前，汽车 ABS系统中的电控单元一般都预留 ASR功 能端子，为选装 ASR系统提供了便利条件 ASR的基本组成 ASR的基本组成： ECU： ASR电控单元 执行器：制动压力调节器 节气门驱动装置 传感器：车轮车速传感器 节气门开度传感器 二、 ASR系统的防滑控制原理 即牵引力的最大值为路面附着力，或者说附着 力是路面传递牵引力的极限 汽车在起动、加速过程中，则需要提高路面 的附着系数。附着系数是一个与车轮滑转程度 有关的变量。汽车驱动能力的高低反映在对路 面最大附着系数的利用率上 3 ASR的优点 汽车起步，行驶中驱动轮可提供最佳驱动力 与无 ASR相比，提高了汽车的 动力性 ，特别 是在附着系数较小的路面上，起步、加速性 能和爬坡能力较佳。 能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的 转向控制能力 。路面附着系数越低，行驶稳 定性提高越明显 减少了轮胎的磨损和发动机油耗 。 驱动防滑系统的控制原则 后轮驱动 车速低时 ，两后轮 独立控制 或按 高选原则一同控制 车速高时 两后轮按 低选原则一同控制 前轮驱动 两前轮都按 独立控制 四轮驱动 前轮 独立控制 后轮 车速低时 独立控制或高选原则一同控制 后轮 车速高时 低选原则一同控制 ASR系统防止驱动轮在驱动时打滑的控制 方式 发动机转矩控制 汽油机 ：减少喷油量、推迟点火时间节气门位置调整及采用 辅助空气装置； 驱动轮制动控制 直接对发生空转的驱动轮加以制动，反映时间最短，但从舒适性和 防止制动器过热的因素考虑，制动力不能太大，对制动时间必须限 制 差速器锁止控制 综合控制 一是同时控制发动机输出功率和 车轮的制动力； 控制信号同时起动 ASR制动压力调节器和辅助节气门调 节器 ， 在对驱动车轮施加制动力的同时减小发动机的输出 功率 ， 以达到理想的控制效果 。 总结： ）前三项一般不作为单独控制方式使用。 ）汽车行驶过程中，路面滑溜情况千差万 别，驱动力的状态也是不断变化，综合控制系 统将根据发动机的状况和车轮滑转的实际情况 采取相应的控制。 ASR的基本组成 防滑控制原理 1. 车轮转速传感器把信号送控制器 2. 控制器计算滑转率 3. 滑转率超出控制目标，根据节气门开度，发 动机转速、等确定控制方式，输出控制信号 使相应的执行器动作 防滑控制原理 控制发动机的输出功率 调节主节气门前方的副节气门的开度 调节点火和喷油时间（只用于发动机输出功率的瞬 时调节） 控制车轮的制动力 滑砖率控制较快，但考虑到制动器发热，舒适性， 只适用于车速不高，短时间情况下 发动机输出功率和驱动车轮的制动的综合控制 1 两车轮同时滑转，高转速，高车速，先减小功率， 不行的化，再制动 2两车轮滑转率不一致，发动机输出功率小，车速不 高，先制动，再辅以减小发动机输出功率 ASR的传感器 1 车轮车速传感器：与 ABS系统共享 。 2 节气门开度传感器：与发动机电控系统共 享 。 3 ASR选择开关： ASR专用的信号输入装置 。 ASR选择开关关闭时 ASR不起作用 。 ASR的电子控制单元（ ECU） ASR的 ECU也是以微处理器为核心，配以输 入输出电路及电源等组成。 ASR与 ABS的一些信号输入和处理是相同的， 为减少电子器件的应用数量， ASR控制器与 ABS电控单元常组合在一起。 （ 3） ASR的执行机构 （ ASR制动压力源是蓄压器，通过电磁阀来调节驱 动车轮制动压力大小） 1）制动压力调节器 单独方式 ： ASR制动压力调节器和 ABS制动压力调 节器结构上各自分开 组合方式 ： ASR制动压力调节器和 ABS制动压力调 节器结构上各自共用 2）节气门驱动装置 由步进电动机和传动机构组成， 并根据 ASR控制器输出的控制脉冲转动规定的转角，通 过传动机构带动辅助节气门转动。 组合方式 ： ASR制动压力 调节器 节气门驱动装置 ASR控制系统通过改变发动机辅助节气门的开度来控 制发动机的输出功率 。 节气门驱动装置由步进电机和传动机构组成 。 ASR不起作用时 ， 辅助节气门处于 全开位置 ， 当需要减少发动机驱动力来控制车轮滑转时 ， ASR控制器输出信号使辅助节气门驱动机构工作 ， 改 变辅助节气门开度 。 戴维斯 MK4防滑控制系统 防滑控制开关 制动开关 制动踏板行程传感器 防滑控制系统报警灯 进行防滑控制时会点亮，直至防滑控制过程结束， 灯灭 如果在进行防滑控制时车速达到 40km/h，防滑自 动退出，报警灯灭 驱动防滑控制过程的时间超过设定的时间限值， 退出防滑控制，以防制动器过热，报警灯灭，经 预定的冷却以后，防滑过程继续 丰田车系防抱死制动与驱动防滑（ ABS/TRC） 丰田公司把 ASR称作牵引力或驱动理控制系统，常用 TRC Traction Control System表示。 电子控制器 ECU：与 ABS共用 ASR（ TRC） 车轮车速传感器：与 ABS共用 系统组成 制动压力调节器：控制驱动轮制动管 路 副节气门：设有节气门开度传感器 ASR（ TRC） 系统工作过程： ASR系统与 ABS系统的比较 ASR和 ABS相同点 都是控制车轮和路面的滑移率 ， 以使车轮与地面的附着力不下降 ， 因此两系统采 用的是相同的技术 ， 它们密切相关 ， 常结合在一 起使用 ， 共享许多电子组件和共同的系统部件来 控制车轮的运动 ， 构成行驶安全系统 。 ASR系统与 ABS系统的 不同 主要在于 （ 1） ABS系统是防止制动时车轮抱死滑移 ， 提 高制动效果 ， 确保制动安全 ； ASR系统 （ TRC） 则是防止驱动车轮原地不动而不停的滑转 ， 提高 汽车起步 、 加速及滑溜路面行驶时的牵引力 ， 确 保行驶稳定性 。 （ 2） ABS系统对所有车轮起作用 ， 控制其滑 移率；而 ASR系统只对驱动车轮起制动控制 作用 。 （ 3） ABS是在制动时 ， 车轮出现抱死情况下 起控制作用 ， 在车速很低 （ 小于 8km/h） 时不 起作用；而 ASR系统则是在整个行驶过程中 都工作 ， 在车轮出现滑转时起作用 ， 当车速很 高 （ 80120 km/h） 时不起作用 。 （ 4） ASR处于防滑转控制过程中 ， 如果汽 车制动 ， ASR就立刻终止防滑转 ， 以使制动 过程不受 ASR的影响 电子稳定程序（ ESP） 1995年博世公司推出了电子稳定程序（ ESP系统）。实际 上 ESP系统也是一种牵引力控制系统，但是与其它牵引力 控制系统比较， ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮 。 如后轮驱动汽车出现转向过度时， ESP便会慢刹外侧的前 轮来稳定车子，防止后轮失控而发生甩尾现象；在转向过 小时，为了校正行驶循迹方向， ESP则会慢刹内侧后轮， 从而校正行驶方向。 ESP是一个主动安全系统，通过有选 择性的分缸制动及发动机管理系统干预，防止车辆滑移。 ESP判定为出现转向不足将制动内侧后轮，从而稳定车辆。 当 ESP判定为出现转向过度将制动外侧前轮，防止出现甩 尾，并减弱过度转向趋势，从而稳定车辆。如果单独制动 某个车轮不足以稳定车辆， ESP将通过降低发动机扭矩输 出的方式来制动其它车轮来满足需求。 电子稳定程序（ ESP） ESP系统包含 ABS（防抱死刹车系统）及 ASR （驱动防滑转系统），是这两种系统功能上的 延伸。因此， ESP称得上是当前汽车防滑装置 的最高级形式。 ESP系统由 控制单元 及 转向传感器 （监测方向 盘的转向角度）、 车轮传感器 （监测各个车轮 的速度转动）、 侧滑传感器 （监测车体绕垂直 轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测 汽车转弯时的离心力）等组成。 电子稳定程序（ ESP） 电子稳定程序（ ESP） 特点： 实时监控 主动干预 实时警示功能 汽车电控动力转向系统 汽车转向系统概述 用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为 汽车转向系统（ Automobile Steering System，图 6-1）。 汽车电控动力转向系统 为确保行车安全，对转向系统有如下要求： 转向系统应工作可靠，操纵轻便。 对轻微的路面冲击，转向系统应有自动 回正能力。 转向机构应能减小地面传到方向盘上的 冲击，并保持适当的“路感”。 当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻 或避免对驾驶员的伤害。 汽车电控动力转向系统 转向系统的分类 汽车转向系统可按转向的能源不同分为 机 械转向系统 （ Mechanical steering system） 和 动力转向系统 （ Power steering system） 两类。 电控动力转向系统（ EPS） 可以在低速时 减轻转向操作力，以提高转向系统的操纵 轻便性；在高速时则可适当加重转向力， 以提高操纵稳定性。 汽车电控动力转向系统 动力转向系统的组成 为使汽车操纵轻便及 行驶安全，目前轿车、载 重汽车、客车大多采用液 压转向助力器，构成液压 式动力转向系统 （ Hydraulic power steering system，略作 HPS）。 汽车电控动力转向系统 图 6-3 液压式动力转向系统的油路图 1-油箱； 2-溢流阀； 3-齿轮油泵； 4-进油道量孔； 5-单向阀； 6-安 全阀； 7-滑阀； 8-反作用阀； 9-阀体； 10-回位弹簧； 11-转向螺杆； 12-转向螺母； 13-纵拉杆； 14-转向垂臂； 15-动力缸 汽车电控动力转向系统 电控动力转向系统的组成 电子控制动力转向 （ Electronic Control Power Steering， EPS） 系统在低速行驶时可使 转向轻便、灵活；当汽 车在中高速区域转向时， 又能保证提供最优的动 力放大倍率和稳定的转 向手感，从而提高了高 速行驶的操纵稳定性。 汽车电控动力转向系统 电控动力转向系统的分类 根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压式 电子控制动力转向系统（ 液压式 EPS）和电动式电子控制动 力转向系统（ 电动式 EPS）。 液压式 EPS在传统的液压动力转向系统的基础上增设了 控制液体流量的电磁阀、车速传感器和 ECU等， ECU根据检 测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连 续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。 电动式 EPS是利用直流电动机作为动力源， ECU根据转 向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。 汽车电控动力转向系统 良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确 的 对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转 向角位置。 有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏 的响应。 良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转 向自动回正能力。 助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的 调整：低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转 向阻力；中、高速时，要有适当的路感，以避免因转 向过轻（方向盘“发飘”）而发生事故。 电控动力转向系统的特点 汽车电控动力转向系统 液压式电控动力转向系统 图 6-6 流量控制式动力转向系统 1-动力转向油泵； 2-电磁阀； 3-动力转向控制阀； 4-ECU； 5- 车速传感器； p-压力油管； T-回油管 电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之 间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀接通 了一个旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小； 相反则助力增大。 流量控制式动力转向系统的工作过程 图 6-7 电磁阀结构 图 6-8 电磁阀驱动信号 流量控制式动力转向系统的工作电路 动力转向 ECU是 EPS的核心控制部件。它根据车速传感器 提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的 方式调节转向力。 丰田流量控制式动力转向系统电路图 电动式电控动力转向系统 1.电动式 EPS的组成 图 6-10 电动式 EPS的组成 1-方向盘； 2-输入轴（转向轴）； 3-ECU； 4-电动机； 5-电磁离合器； 6-转 向齿条； 7-横拉杆； 8-转向车轮； 9-输出轴； 10-扭力杆； 11-转矩传感器； 12-转向齿轮 三菱轿车电动式电控动力转向系统 三菱米尼卡（ Minica）轿车所用电子控制电动式动力转向系统主要由 ECU、直流电动机和离合器、车速传感器、转矩传感器和转向机总成等 组成。 三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成 1.三菱电动式 EPS的组成 1）电动机和离合器 图 6-12 电动机的行星齿轮机构 1-转矩传感器； 2-卷轴； 3-转矩杆； 4-输入轴； 5-直流电动机和 离合器； 6-行星小齿轮； 7-恒星齿轮； 8-行星小齿轮； 9-齿轮齿 条转向机的小齿轮； 10-从动齿轮； A-主动齿轮； B-内齿圈 系统的 ECU根据 车速的快慢来控制 电动机的电流，车 辆在停驶和极低速 状态下电动机电流 最大，助力作用大。 电动机产生的助力 经离合器传动齿轮 减速后，起到助力 作用。 2）转矩传感器 转矩传感器的功能是将转动方向盘时转矩和转角变为转 向信号，输送给 ECU。一般转矩杆的扭转角度设定为 4 左 右，这是由于采用行星齿轮机构，使转矩传感器的检测精度 提高所致。 3）车速传感器 车速传感器安装在变 速器上，是一种电磁感应 式传感器。该传感器的作 用是根据车速的变化，把 主、副系统的脉冲信号输 送给 ECU，车速传感器每 转动一周产生 8个脉冲信号， 由于是主、副两个系统， 故信号的可靠性更高。 车速传感器的结构 1-壳体； 2-定子线圈； 3-磁极； 4-下侧定子； 5-定子 4）汽车交流发电机的 L端子 利用交流发电机的 L端子电压，可以判断出发电机是否 运转，所以把交流发电机的 L端子看成是向 ECU输送信号的 一个传感器。 直流电动机的最大电流约为 30A，在发动机不工作时，转 向系统的工作由蓄电池供电；发动机工作时，由发电机供电。 5）电子控制系统 电子控制系统由 一个 8位单片机 MC6805及外围 电路组成。电子 控制电动式动力 转向的工作过程 如图 6-14所示。 电子控制电动式动力转向的工作过程 2.三菱电动式 EPS的工作原理 6种车速下电动机的电流状态 电控四轮转向系统 电控四轮转向系统概述： 目前，绝大多数汽车都是以两个前轮作为转向车轮，这 样的转向系统称为两轮转向系统（ Two-wheel steering，略作 2WS）。 为了使汽车具有更好的弯道通过性和操纵稳定性，一些 汽车在后桥上也安装了转向系统，前后左右四个车轮均为转 向车轮，这样的转向系统称为四轮转向系统（ Four-wheel steering 或 all-wheel steering，略作 4WS）。 汽车采用四轮转向（ 4WS）系统的目的是：在汽车低速 行驶时，依靠逆向转向（前、后车轮的转角方向相反）获得 较小的转向半径，改善汽车的操纵性；在汽车以中、高速行 驶时，依靠同向转向（前、后车轮的转角方向相同）减小汽 车的横摆运动，使汽车可以高速变换行进路线，提高转向时 的操纵稳定性。 4WS转向系统的一般布置形式 1-车速传感器； 2-方向盘转角传感器； 3-车轮转速传感器； 4-后轮转向执行机 构； 5-后轮转角传感器 （ a） 2WS车 （ b） 4WS 车 低速转向时的行驶轨 迹 （ a） 2WS车 （ b） 4WS 车 中、高速转向时的操纵性比 较 4WS系统在不同车速下的前后轮转向比率及车 轮偏转状态 转向角比例控制式 4WS系统 所谓转向角比例控制，是指使后轮的偏转方向在低速区与前轮的偏 转方向相反，在高速区与前轮的偏转方向相同，并同时根据方向盘转向角 度和车速情况控制后轮与前轮偏转角度比例。 转向角比例控制式四轮转向系统的构成 1.系统组成部件 1）转向枢轴 偏置轴与转向枢轴的构造 偏置轴与转向枢轴的工作原理 2） 4WS转换器 4WS转换器的作用是驱动从动杆转动，实现 2WS向 4WS方 式的转换和后轮转向方向与转向角比例控制。 4WS转换器与 后轮转向传感器的工作原理及电压特性如图 6-23所示。 （ a）后轮执行结构（ 4WS转换器） （ b）后轮转向传感器的 工作原理与电压特性 图 6-23 4WS转换器与后轮转向传感器的工作原理及电压特性 3）转向角比例控制系统 转向角比例控制系统主要由转向 ECU、车速传感器、 4WS转换开关、转向角比例传感器和 4WS转换器等组成，转 向 ECU是控制中心。 转向角比例控制式四轮转向系统的工作原理 2.系统的主要控制功能 1）转向控制方式的选择 当通过 2WS选择开关选择 2WS方式时， ECU控制 4WS转 换器使后轮在任何车速下的转向角为零，这是为习惯于前轮 转向的驾驶人设置的；在 4WS方式下，驾驶员还可根据驾驶 习惯和行驶情况通过 4WS转换开关进行 NORM 工况与 SPORT工况的变换，对后轮转向角比例控制特性进行选择。 2）转向角比例控制 当选定 4WS方式时， ECU根据车速信号和转向角比例传 感器信号，计算车速与转向角的实际数值，控制 4WS转换器 电动机调节后轮转向角控制比例。 3）安全保障功能 当转向控制系统发生故障时， 4WS故障警告灯将点亮， 并在 ECU中记忆故障部位，同时，后备系统实施以下控制。 当 4WS转换器主电动机发生故障时， ECU驱动辅助电动机 工作，使后轮以 NORM模式与前轮作同向转向运动，并根据 车速进行转向角比例控制。 当车速传感器发生故障时， ECU取 SP1和 SP2两个车速传感 器中输出车速信号高的为依据，控制 4WS转换器主电动机仅 进行同向转向的转向角比例控制。 当转向角比例传感器发生故障时， ECU驱动 4WS转换器辅 助电动机使后轮处于与前轮同向转向最大值，并终止转向角 比例控制。如果辅助电动机发生故障，则通过驱动主电动机 完成这一控制。 当 ECU出现异常时， 4WS辅助电动机驱动后轮至与前轮同 向转向最大值位置，以避免后轮处于反向运动状态，并终止 转向角比例控制。当后轮处于与前轮同向转向状态时，后轮 的最大转向角很小，且有利于确保高速转向时的方向稳定性。 6.5.3横摆角速度比例控制式 4WS系统 横摆角速度比例控制是一种能根据检测出的车身横摆角 速度来控制后轮转向量的控制方法。 它与转向角比例控制相比，具有两方面优点：一是它可 以使汽车的车身方向从转向初期开始就与其行进方向保持高 度一致；二是它可以通过检测车身横摆角速度感知车身的自 转运动。 因此，即使有外力（如横向风等）引起车身自转，也能 马上感知到，并可迅速通过对后轮的转向控制来抑制自转运 动。 1.系统组成 横摆角速度比例控制式 4WS系统的组成如 6-25所示。 a-液压泵； b-分流器； c-前动力转向器； d-后转向助力器； e-带轮传动组件； f-转角传动拉索； g-前带轮； h-后带轮； l、 2-轮速传感器； 3-车速传感器； 4-挡位开关； 5-油面高度传感器； 6-转 角传感器； 7-横摆角速度传感器； 8-电动机转角传感器； 9-转向电动机； 10-ABS ECU； 11-4WS ECU 横摆角速度比例控制式 4WS系统 1）前轮转向机构 图 6-26 前轮转向机构 1-方向盘； 2-齿轮齿条副； 3-液压油缸； 4-齿条端部； 5-控制齿条； 6-前带轮； 7-转角传动拉索； 8-弹簧； 9-带轮传 动组件 2）后轮转向机构 图 6-27 后轮转向机构 1-后带轮； 2-凸轮推杆； 3-衬套； 4-滑阀； 5-主动齿轮； 6-脉 动电动机； 7-从动齿轮； 8-阀控制杆； 9-液压缸右室； l0、 12-功率活塞； 11-液压缸轴； 13-液压缸左室； 14-弹簧； 15- 阀套筒； 16-控制凸轮 2.控制原理 1）后轮转角控制 方向盘转角与后轮转角的关系如图 6-28所示。图 6-28中 的后轮转角特性是由机械转向与电动转向特性合成后得到的。 图 6-28 方向盘转角与后轮转角之 间的关系 大转角控制（机械式转向）。 图 6-29 大转角控制原理 1-前带轮； 2-滑阀； 3-支点 A； 4-阀控制杆； 5-液压缸轴； 6-功率活塞； 7-阀套筒； 8-控制凸轮 小转角控制（电控转向）。 （ a）阀控制杆的运动 （ b）整体的运动 图 6-30 小转角控制原理 1-阀套筒； 2-滑阀； 3-支点 A； 4-从动齿轮； 5-阀控 制杆 2）使汽车滑移角为零的控制 3）受到横向风作用时的控制 4） ABS作用的控制 6.5.4本田序曲汽车的 4WS系统 1.系统组成 本田序曲（ Honda Prelude）汽车上采用的电动式电控四 轮转向系统如图 6-31所示。四轮转向控制单元对输入的传感 器信息进行分析处理，计算出所需的后轮转向角，并操纵后 轮转向执行器电动机使后轮实现正确的转向。 在此转向系统中，前轮转向器和后轮转向执行器之间没 有任何机械连接装置，四轮转向控制 ECU利用方向盘转角、 车速和前轮转向角传感信息控制后轮转向角。 图 6-31 本田序曲汽车电动式电控四轮转向系统 1）后轮转向执行器 图 6-32 本田序曲汽车后轮转向执行器的构造 2）后轮转角传感器 3）前轮转角传感器 4）车速传感器 2.系统的失效保护功能 如果 4WS ECU检测到系统出现故障，将使系统转换到 失效保护状态。在这种状态下， ECU存入故障码，并接通 四轮转向指示灯发出警告。 同时，控制 ECU切断后轮转向执行器电源，使后轮保持 在直行位置，系统回归为 2WS特性。 为防止后轮转向执行器断电时回正过快而造成方向不稳， ECU在使系统进入保护状态的同时，会施加阻尼力矩，使回 正弹簧缓慢地将后转向横拉杆推回到中央位置。