四轮转向系统毕业论文

汽车的主动安全与被动安全摘 要随着社会进步，科技发展，生活水平提高，汽车作为人们的代步工具开始走入平常百姓的家庭，尤其是城市化的加快，越来越多的汽车出现在我们身边，交通安全问题越来越凸显，各种安全隐患被无形放大，人们的生命安全也面临着更加严峻的挑战。传统的汽车安全措施并不能有效解决交通事故的发生，目前，汽车安全理念也在逐渐发生变化，随着科技的进步，汽车的安全被细化，目前汽车安全分为主动安全、被动安全两种念。关键词：主动安全； 被动安全； 安全新技术；上世纪60年代，美国要求所有车辆强制安装安全带被写入法律。现在，另一项重要的安全装备也被美国国家公路交通安全管理局列为强制安装配置———车身电子稳定控制系统。有专家预测，到2011年，在美国仅这一项技术每年就可挽救1万人的生命。不仅如此，现在越来越多技术都被集成到汽车中，来提高行驶的安全性。汽车的安全配置已经不再是安全带这样单一的配件，更多的配件和电控系统被集成起来，形成互不相同但又互相交叉的综合系统。汽车安全技术已经开始渗透到汽车的各个部分，请大家看下面的详细介绍。汽车被动安全一、什么是被动安全：被动安全是指汽车在发生事故以后对车内乘员的保护，如今这一保护的概念以及延伸到车内外所有的人甚至物体。由于国际汽车界对于被动安全已经有着非常详细的测试细节的规定，所以在某种程度上，被动安全是可以量化的。被动安全装置，则是在车祸意外发生，车辆已经失控的状况之下，对于乘坐人员进行被动的保护作用，希望透过固定装置，让车室内的乘员，固定在安全的位置，并利用结构上的导引与溃缩，尽量吸收撞击的力量，确保车室内乘员的安全。二、主要被动安全技术：1. 预紧式安全带当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧过程预紧式安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。控制装置分有两种：一种是电子式控制装置，另一种是机械式控制装置。预拉紧装置则有多种形式，常见的预拉紧装置是一种爆燃式的，由气体引发剂、气体发生剂、导管、活塞、绳索和驱动轮组成。当汽车受到碰撞时预拉紧装置受到激发后，密封导管内底部的气体引发剂立即自燃，引爆同一密封导管内的气体发生剂，气体发生剂立即产生大量气体膨胀，迫使活塞向上移动拉动绳索，绳索带动驱动轮旋转号驱动轮使卷收器卷筒转动，织带被卷在卷筒上，使织带被回拉。最后，卷收器会紧急锁止织带，固定乘员身体，防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞2.乘员头颈保护系统（WHIPS）WHIPS一般设置于前排座椅。当轿车受到后部撞击时，头颈保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个靠背都会随乘坐者一起后倾，乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起，靠背则会后倾以最大限度地降低头部向前甩力量，座椅的椅背和头枕会向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部向后甩所带来伤害。3.安全气囊分布在车内前方（正副驾驶位），侧方（车内前排和后排）和车顶三个方向。在装有安全气囊系统的容器外部都印有（Supplemental Inflatable RestraintSystem，简称SRS)的字样，直译成中文，应为“辅助可充气约束系统”。旨在 减轻汽车碰撞后，乘员因惯性发生二次碰撞时的伤害程度。做为车身被动安全性的辅助配置，日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度。安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。安全气囊对于在遭受正面撞击时，的确能有效保护乘客，即使未系上安全带，防撞安全气囊仍足以有效减低伤害。据统计，配备安全气囊的车发生正面碰撞时，可降低乘客受伤的程度高达64%，甚至在其中有80%的乘客未系上安全带！至于来自侧方及后座的碰撞，则仍有赖于安全带的功能。此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78%的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。 4.安全车身设计优良的车身结构是被动安全的主要课题。有研究表明，在道路交通事故中，绝大部分的碰撞能量被车身所吸收。安全车身的表现形式是车室结构坚固，在发身事故时变形量极小，充分保证内部乘员的生存空间；同时，车身前后能在碰撞时变形以吸收能量，减轻乘员受到的冲击。最新的安全带增加了预紧装置和限力保护措施，即当传感元件探测到碰撞发生时，预紧器通过爆破能量（比安全气囊的爆破能量小很多，因此后文中把安全气囊当做惟一先释放能量的装置）把安全带收紧，使安全带的吸能时间和距离得到延长。限力保护是在乘员受到压迫极限的时候适当放松安全带，避免不必要的伤害发生5.智能安全气囊安全气囊的工作原理是：当汽车前部遭受一定力量的撞击后，安全系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应，隐藏在方向盘内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在车内人员的身体由于惯性作用向前冲撞即将撞上车上设备之前起到铺垫作用，以减轻身体所受到的撞击力。由于在事故发生的一瞬间必须完成铺垫功能，因此气囊必须以极快的速度弹出。这样能很好的有效保护驾驶员的生命。 三、被动安全性的新技术：1) 能承受碰撞吸收能量的车身及车门进一步改善能承受正面及侧面碰撞并吸收能量的车身, 改进车门设计, 增加横 梁, 使其能有更好的防侧撞能力, 采用中间有泡沫充填物的夹层钢板等。 2) 侧边安全气囊在头枕及椅背的侧方布置侧边安全气囊, 当发生侧面碰撞时, 气袋即膨胀吸收 侧撞能量,保护乘员的安全。 3) 乘员保护系统当预测到事故不可避免时, 中央微机控制系统, 便指令安全带收紧, 使座椅沿 滑轨向后移动, 使收缩型方向柱收缩到仪表板内, 使气袋投入工作。4) 紧急门锁释放装置当车辆发生碰撞, 传感器已确认发生碰撞, 系统能立即释放门销, 让车门能迅 速打开。5) 灭火系统发动机室内传感器检测出火情后, 即起动灭火装置自动灭火, 如装置失灵, 则 发动机罩自动释放开, 可从外面灭火。 6) 行车记录仪类似飞机上的黑匣子, 可以记录事故发生瞬间前后操作车辆和环境的多种信息, 而且可以再现导致事故的发展过程, 可以分析事故原因, 为以后预防提供可靠资料。 7) 紧急事故自动通报系统通过该系统车辆与负责交通管理的无线电台及时联系, 电台可以获知发生事故 的车辆的位置、事故及乘员受伤害的主要情况, 可以通知有关部门及人员及时前 往事故地点, 进行救援工作。如福特汽车公司的RescueCar技术可在碰撞事故发 生后立刻向有关部门报告，并在救援人员赶赴现场的途中转发伤员身体方面的重 要信息汽车主动安全一、什么是主动安全： 主动安全是指尽量自如的操纵控制汽车的安全系统措施。无论是直线上的制动与加速还是左右打方向都应该尽量平稳，不至于偏离既定的行进路线，而且不影响司机的视野与舒适性。这样的汽车，当然就有着比较高的避免事故能力，尤其在突发情况的条件下保证汽车安全。主动安全体系大致包括以下几种系统。二、汽车主动安全技术：1. ABS（防抱死制动系统）它通过传感器侦测到的各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率，由此了解车轮是否已抱死，再命令执行机构调整制动压力，使车轮处于理想的制动状态（快抱死但未完全抱死）。 对ABS功能的正确认识：能在紧急刹车状况下，保持车辆不被抱死而失控，维持转向能力，避开障碍物。在一般状况下，它并不能缩短刹车距离。 2. EBD（电子制动力分配系）它必须配合ABS使用，在汽车制动的瞬间，分别对四个轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出摩擦力数值，根据各轮摩擦力数值的不同分配相应的刹车力，避免因各轮刹车力不同而导致的打滑，倾斜和侧翻等危险。3. ESP（电子稳定程序）它实际上也是一种牵引力控制系统，与其它牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且控制从动轮。它通过主动干预危险信号来实现车辆平稳行驶。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会放慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会放慢内后轮，从而校正行驶方向。4. EBA（紧急刹车辅助系统）电脑根据刹车踏板上侦测到的刹车动作，来判断驾驶员对此次刹车的意图，如属于紧急刹车，则指示刹车系统产生更高的油压使ABS发挥作用，从而使刹车力更快速的产生，缩短刹车距离。5. LDWS(车道偏离预警系统）该系统提供智能的车道偏离预警，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道秒之前发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。 6. TRC(牵引力控制系统 )TRC是防止车辆起步或加 速时车轮发生空转的装置。在冰雪等湿滑路面上，车辆急起步或急加速时，车轮容易 发生空转。 TRC能够通过传感器感知车辆在起步或行使过程中驱动 轮发生空转的情况，控制驱动轮制动油压以及发动机的动 力输出，提供最恰当的驱动力，防止驱动轮发生空转，提 高在湿滑路面上的行驶安全性。7. VSC(车身稳定控制系统 )前轮侧滑对各车轮轮胎进行适当制动，使车朝向内侧。 同时控制发动机出力， 使车辆不会冲出车道。后轮侧滑对轮侧轮胎进行制动，使车朝向 同时控制发动机出力，使车身稳定。8．刹车辅助系统作为辅助制动操作系统，刹车辅助系统可以在 紧急情况下提高刹车的制动力。 根据作用于刹车踏板的速度和力量，系统可以 判断出该刹车属于哪一类的制动。当系统判断 为紧急刹车时，即使驾驶员踩刹车的力量很弱， 系统也能通过自动控制发生大的制动力。 9.胎压监控美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 已经做出要求，截止2003产品年车重小于或达到4536公斤的所有美国乘用车辆都必须配备胎压监控系统，事后宝马公司就已经把该系统用在全系轿车中。驾驶者可以通过车内提示警告系统来判断轮胎胎压情况是否正常，首先避免了因轮胎亏气出现的行车跑偏，其次在高速行驶时也对乘坐者安全是一种保障。10.倒车警告/倒车影像/车外摄像头倒车警告这项技术用于在驾驶期间以及驻车时，针对您盲区中的轿车或物体向您发出警告。通常，该系统会在您行车时已经进行响应；它可能会使后视镜内的一个警告标示进行闪烁，同时会发出声音警告，该系统是一个短程检测系统。如：上海通用别克君越车内后视镜就配备此功能，反光镜左边会有一个车体形状的图标，前/后雷达在侦测障碍物时警告标示会给驾驶者以视觉和听觉上的警告。 倒车影像和后视摄像机是一体，不仅保护您的轿车，还能够避免在倒车时意外伤及儿童和动物。倒车已经从向下倾斜后视镜或发出声音警告到实时查看。新一代技术包括一个摄像机，它可以与导航系统协同工作，对您身后的一切进行广角拍摄，然后反映在车内屏幕上，从而帮助您倒车或挂接拖车。 11.芯片防盗系统财产安全也被人日益关注，一部几十万的轿车被偷盗会让车主受到很大的损失。厂家也绞尽脑汁为轿车加入更多的安全防范系统。通用别克君越不仅在点火钥匙上加入Passkey III安全防盗系统，还针对后行李箱结构进行了改进，变为遥控开启无锁芯防盗模式，大大减低了被盗被撬的几率，给车主财产方面的最大保护。自动巡航技术启动巡航系统，汽车就会保持一个固定速度自动前进，不用再踩油门。这样可以减轻驾驶员长途行驶的疲劳，最适合在高速公路上使用。但一遇有情况，必须立即刹车减速以防止事故发生，因此，司机必须随时准备刹车，采取刹车动作以后，巡航系统自动失去功能，必须重新加速后再次设置巡航速度。新型巡航系统则具有高度智能化功能，能够自动调整车速。装上新巡航系统的汽车在街道上行驶时，驾驶员可以将脚远远地搁在一边，车辆可自动减速、加速，仿佛有一位看不见的驾驶员在为你驾驶。人眼看得见的，自动巡航系统能察觉，就是驾驶员看不到的东西，它同样也能发现。它携带的GPS定位系统会时时提醒自动巡航系统近一平方公里范围内可能突然出现的物体。12.一体化底盘控制系统新型一体化底盘控制系统的功能，就是让驾驶员在急速行驶或转弯的汽车中不会撞得头破血流或被甩出车外。通过中央底盘控制器，将制动、悬挂、转向、动力传动等控制系统进行“电子化连接”，通过复杂的控制运算，对各个系统进行协调，使车辆整体性能和稳定性达到最佳水平，减少颠簸和快速转向时离心力造成的冲撞。 13.自动感应大灯和/或夜视辅助系统 自动感应大灯随车辆周边环境光线影响，系统会自动识别判断。雨雾天气光线不够，大灯会自动亮起给驾驶者提供更安全的行车环境。后期厂家又延伸到自适应大灯系统，这更高级的系统会因方向而调节(在车辆转向时会转动灯光)。它们也可以是车速感应式车灯(可以改变光束的长度或高度)，或者对环境光进行补偿。 夜视系统可以有不同的形式，如基本的红外线大灯或热成像摄像机。但是无论采用何种科技，作用都一样：在夜间或者视线不明的情况下，帮助您看清更远处的路面并且辨别接近 1000 英尺外道路上的动物、人或树木。图像在驾驶室中的显示屏上形成，使肉眼难于看清的障碍物体提前被驾驶者掌控，目前博世公司开发的夜视系统则具有以上功能，但价格很是昂贵，即使是超豪华轿车目前也基本为选配系统。相信不久将来这一更高级的系统也会被中高级轿车所选用。三、主动安全性的新技术: 1）检测路面及环境状况系统使用传感器或摄像机检测路面状态(干燥、潮湿或冰雪, 有无障碍物等) ; 检测 周围车辆及障碍物的距离, 车辆的相对速度; 检测周围行人及交通状况, 夜间 则用红外线监视系统在显示屏上指示行人状况。这些检测不断地给驾驶员提供信 息或者危险状态警告等。2) 打瞌睡警告及唤醒系统使用安装在驾驶员前仪表板处的小型摄像机及夜间使用红外线扫描装置, 监视 驾驶员的脸部表情变化, 通过微机处理, 判别驾驶员是否打瞌睡。当驾驶员注意 力不集中, 处于危险状态时, 即发出警告响声, 同时还会由空调系统中自动散 发出具有提神效果的香气。3) 高适应性定速巡航系统定速巡航功能启动后, 该系统能根据前方车辆速度及后方车辆的距离, 自动减 速或加速。该系统比传统的增加了路面状态感知系统, 并用性能更高的微机控制 刹车系统及调节发动机的供油量。4) 紧急制动先期警告系统一般驾驶员在紧急制动时, 脚由加速踏板移到制动踏板时约需0 .8s。这一系统 可以监视驾驶员紧急制动的先期动作, 当加速踏板弹回的加速度达到一定值时, 制动灯即亮起, 警告后边车辆驾驶员, 使后车驾驶员多0 .8s 对前边车辆状况 的反应。配备该系统能减少车辆的追尾现象。5) 火灾隐患或轮胎气压过低的警报系统 该系统能在发生火灾的早期及轮胎气压过低时, 给驾驶员发出警告信号, 以便 及早消除隐患。6) 智能前大灯随转系统智能前大灯随转系统(Intelligent AdaptiveFronLighting System) 是在采用防眩玻璃、异型前照灯等措施之外，视觉方面除了根据各种行驶状况， 提供更加便于观察前方道路的灯光。AFS系统可以根据转弯角度和行驶 速度，自动地将近光束和曲光灯的照射轴向左右两侧调节，使驾驶员在夜间行车 转弯时更容易看清前方的路况，提高了行车安全。 7) 主动行驶安全系统该系统也称为行驶动力学调节系统, 不仅能保持和改进ABS 和ASR 的基本作用, 即汽车在纵向动力学临界状态下的稳定作用; 而且在汽车各种工作状态下, 都 能明显地减小侧滑危险, 即在横向动力学临界状态下, 也能起到稳定作用。 以牵引力控制系统(TCS)为例 ，TCS(TractiOn COntrOlSystem)又称驱动防 滑系统。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在 起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而 发生危险。因此需要对其牵引力进行控制。TCS依靠电子传感器探测到从动轮速 度低于驱动轮时(这是打滑的特征)，就会发出一个信号，调节点火时间、喷油器 开闭时间、减小气门开度，从而降低发动机转速以减小输出扭矩。或控制降挡及 制动车轮，从而使车轮不再打滑。TCS可以提高汽车行驶稳定性，提高加速性， 提高爬坡能力。再比如电子稳定装置(ESP)ESPfElectronic StablityProgram)实际上也是一 种牵引力控制系统，与其他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。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加 速度传感器等。该系统具有支援ABS及TCS的功能。它通过各传感器传来的车辆行 驶状态信息的分析，向ABS、TCS发出纠偏指令，帮助车辆维持动态平衡。ESP可 以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果 更加明显。有研究表明，ESC技术使美国每年降低了5000～8000 个交通死亡人数，在紧急情况下，驾驶员控制汽车的能力提高了34％ 。8) 卫星定位导行系统该系统可以向驾驶员提供有关交通信息, 如该车行驶时的所在位置, 前进路线 中交通事故及堵塞情况等。指导驾驶员如何按最佳路线行驶, 以便顺利到达目的 地。该系统可提高交通运输效率, 使驾驶轻松, 有助于交通安全。 9) 主动防撞技术主动防撞技术是汽车主动安全领域的一个重要研究方向。其原理是采用雷达、红 外线等多种方式来监测车辆周围的道路交通状况，一旦发现有两车相撞的危险时，就会给驾驶员发出提醒信号，或者自动采取制动、转向等措施来避免碰撞。近年来在主动安全技术研发方面屡创佳绩的日产公司最近就推出了2项车辆主动防撞技术，它们分别是侧面碰撞预防与追尾碰撞预防，用来强化日产旗下车型对于乘员的保护性能。这2项技术与之前推出的车道偏离警示系统及车距控制辅助系统相配合，可以很好地体现日产公司“安全屏障”的安全理念，为车辆及乘员提供多角度的保护。 侧面碰撞预防技术是在汽车车身的侧面装上传感器，当邻道有车时，如果驾驶员开始变道，就会以图像和声音发出警示的同时，通过分别控制每个车轮的制动器产生车辆的回转力，帮助驾驶员驾驶车辆不接近邻道车辆。至于追尾碰撞预防技术，则是通过车尾的传感器来监 测后方的情况，若是感应器检测到后方来车有可能追尾的话，会自动发出声音警告驾驶者，或是暂时接管制动系统的控制来避免被追尾。 近年来，日产公司在主动安全技术领域成果颇丰，开发了很多世界首创的主动安全技术，对降低道路 交通事故伤害起到了很好的效果。10 )安全的行驶方向控制系统当车辆偏离正确行驶路线时, 该系统摄像机摄取到白色路线标志的信号不正常, 便警告驾驶员或自动地回到原来路线。当车辆要改变路线时, 则会提醒后边车辆 注意, 以免发生相撞事故。11 )转弯减速调节系统当车辆行驶遇到弯道时, 由于驾驶员对道路不熟悉, 或者注意力不集中, 或者车速太高, 经常发生车辆撞上路标或者翻车事故。转弯减速调节系统可检测转弯车辆经由路面的转弯半径及曲率, 并相应地使车辆速度减低。 现代汽车安全技术的发展趋势汽车安全设计要从整体上来考虑，不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶员避免事故的发生。现代汽车的安全技术包括主动安全技术和被动安全技术两方面。而被动安全技术和主动安全技术是保证汽车乘员安全的重要保障。过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。在这种汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施，由计算机进行控制。在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可存储大量有关驾驶员和车辆的各种信息，对驾驶员和车辆进行监测控制。例如，根据日本政府“提高汽车智能和安全性的高级汽车计划”，由日本丰田公司研制成功的“丰田高级安全汽车”即具有驾驶员瞌睡预警系统、轮胎压力监测警告系统、发动机火警预报系统、前照灯自动调整系统、盲区监控系统、汽车间信息传输系统、道路交通信息引导系统、自动制动系统、紧急呼叫(SOS)停车系统、灭火系统以及各向安全气囊系统等，其中有些单项设备已投放市场。 汽车100多年的发展史中，有关汽车的安全性能的研究和新技术的应用也发生了日新月异的变化，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，汽车的安全性能正日趋完善。特别是近几年，随着科学技术的迅速发展，越来越多的先进技术被应用到汽车上。目前，世界各国都在运用现代高新科，加紧研制汽车安全技术，一批批有关汽车安全的前沿技术、新产品陆续装车使用，使未来的汽车更加安全。 未来汽车电子控制的重要发展方向之一是汽车安全领域，并向几个方向发展：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测驾驶员行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动巡航控制系统；驾驶员身份识别系统；安全气囊和ABS/ASR。随着更加先进的智能型传感器、快速响应的执行器、高性能电控单元、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通信技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化方向发展。 结 论电子控制技术、微电脑处理技术、传感技术的应用，使车辆控制精度提高的 同时，也使安全技术得到了长足的发展。主动安全技术、被动安全技术的协调集成发展是势不可挡的发展趋势。减轻驾驶员的劳动强度、发生事故时能有效的保 护乘员及行人在安全方面也起到重要作用。相信未来的安全技术能够进一步增强 车辆的安全性，为更多的驾驶者、乘坐者、第三者保驾护航。参 考 文 献[ 1] 崔心存 主编.现代汽车新技术 . 人民交通出版社出版发行， [ 2] 成洁,崔同杰.汽车主动安全控制新技术林林总总[ J].汽车应用 ,2005 [ 3] 余志生.汽车理论(第三版)[ M].北京清华大学出版,2004[ 4] 黄世霖,张金焕等.汽车碰撞安全性研究的新进展.清华大学, 汽车研所.1996 [ 5] 彭汉锐. 汽车主要安全装备与新技术[ 期刊论文]，城市车辆 [ 6] 中国汽车安全技术新进展分析报告[ 期刊论文]致 谢从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。那种感觉就宛如在一场盛大的颁奖晚会上，我在晚会现场看着其他人一个接着一个上台领奖，自己却始终未能被念到名字，经过了很长很长的时间后，终于有位嘉宾高喊我的大名，这时我忘记了先前漫长的无聊的等待时间，欣喜万分地走向舞台，然后迫不及待地开始抒发自己的心情，发表自己的感想。这篇毕业论文的就是我的舞台，以下的言语便是有点成就感后在舞台上发表的发自肺腑的诚挚谢意与感想： 我要感谢，非常感谢我的老师。他们为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中她总是能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面她也总会以“专业标准”严格要求你，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，老师们始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是老师们的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢您老师。好吧，这够完善的了，望采纳！！！望加分！！！

2006年第1期 (总第174期) 农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING No．1 2006 (Totally 174) 汽车线控转向系统综述 于蕾艳林逸李玉芳 (北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081) 摘要：线控转向(Steer—By—W ire)~．-种先进的转向技术。由于取消了方向盘和车轮的机械连接，可以任意设计传 动比，对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的参数进行补偿，实现理想的转向特性，提高操纵稳定性。综述了国 内外线控转向的研究发展，介绍了线控转向的结构、关键技术、研究方法，并提出了线控转向的发展趋势。 关键词：线控转向；操纵稳定性 中圈分类号：U463．4 文献标识码：A 文章编号：1673—3142(2006)01—0032—06 Summarization of Automobile Steer——by．．W ire System Yu Leiyan Lin Yi Li Yufang (School of Mechanism and Vehicle Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China) Abstract：Steer-By-Wire is an advanced steering technology．As the mechanical connections between steering wheel and turning wheels are eliminated，the drive ratio can be designed according to needs，the turning wheels can be controlled actively compensating the parameters with vehicle speed variation，thus ideal steering characteristics is realized and handling stability is improved．Research development of home and abroad of Steer-by-Wire technology is summarized，structure，key technologies and study methods of Steer-by-Wire is introduced and developing trend of Steer-by-Wire is presented． Key Words：Steer-by-Wire(sBw)system；handling stability 1 前言 汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统 是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对 汽车性能影响很大。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员 意图行驶；稳定性是要求危险工况(高速行驶，侧向 加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧 滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧 偏力不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定行 驶。为提高操纵稳定性，出现了ESP(电子稳定程 序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断产生不 足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力， 产生横摆力矩即纠偏力矩。四轮转向的后轮也参与 转向。低速时，后轮与前轮反向转向，减小转弯半径， 提高机动灵活性。高速时，后轮与前轮同向转向，提 高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。 然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段，由于 其转向传动比固定，汽车的转向响应特性随车速而 收稿日期：2oo5—10—24 作者简介：于蕾艳(1980-)。女，北京理工大学车辆工程系博士，主要 从事汽车电子、线控转向方面的研究。 ·32· 变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的 幅值和相位变化进行一定的操作补偿，从而控制汽 车按其意愿行驶。 如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间 通过信号及控制器连接起来，驾驶员的转向操作仅 仅是向车辆输入自己的驾驶指令，由控制器根据驾 驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前 轮转角，从而实现转向系统的智能控制，必将对车辆 操纵稳定性带来很大的提高，降低驾驶员的操纵负 担，改善人一车闭环系统性能。因而线控转向系统 (Steering-By-Wire System，简称SBW)应运而生。 SBW 是X-By-Wire的一种。X—By—W 的全称是 “没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系 统”。“x”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制 动等等。“By—Wire”表示X—By—wire是一个电子系 统。在X—By—Wire系统中，所有元件的控制和通讯 都通过电子来实现。x—By—Wire系统是没有机械和 液力后备系统的，传统的机械和液力系统由于结构 的原因(间隙、运动惯量等)，从控制指令发出到指令 执行会有一定的延迟，这在极限情况下是不能允许 维普资讯 2006年1月于蕾艳等： 汽车线控转向系统综述 的。X—By—Wire系统用电来控制会大大地减小延迟， 为危险情况下的紧急处理赢得了宝贵的时间。 2 线控转向系统的发展概况 2O世纪5O年代，TRW 等转向系统开发商就做 了大胆的假设，将方向盘与转向车轮之间用控制信 号代替原有的机械连接。在2001年的第71届日内 瓦国际汽车展览会上，意大利的Bertone汽车设计 及开发公司展示了新型概念车“FILO”。“FILO”采用 了“drive—by—wire”系统，所有的驾驶动作都通过信 号传递的。它使用操纵杆进行转向操作，并采用了 最新的42V供电系统。 美国的德尔福公司继成功推出了EPS系统后， 又开发出了自己的前轮和四轮线控转向系统，并应 用于加州的自动高速公路系统(automated highway system，AHS)中。1997年德尔福公司与意大利菲亚 特公司签订了应用于小型车的线控转向系统研制 合同。到2000年上半年德尔福公司已经与欧美等 地的汽车生产厂家签订了关于开发线控转向系统 的合同。 在欧洲，以Daimler—Chrysler、Fiat、Ford Europe 和Volvo等汽车公司、Bosch等电子公司和 Chalmers、Vienna等大学联合发起了“Brite—EuRam ‘X_by—wire’计划”进行线控转向系统的实现以及安 全性和可靠性方面的研究。Daimler—Chrysler已经开 发出电子驱动概念车“R 129”。它取消了方向盘、加 速踏板和制动踏板，完全采用操纵杆控制，实现了 Drive—by—wire技术。此项技术被列为2000年汽车 十大新技术之一。 第59届法兰克福汽车展的雪铁龙越野概念车 “C—CROSSER”，也采用了线控转向系统。 目前由于蓄电池电压和功率等因素的影响，线 控转向系统只能使用24V或36V电源，难以提供较 大的转向功率，现阶段线控转向系统的研究以及近 期的应用对象主要是针对轿车。要在重型卡车上应 用，还必须采用液压执行机构。随着蓄电池技术发 展和42V电子设备在汽车上的应用，全线控转向系 统将应用到中型和重型汽车上。目前42V电源已经 在一些概念车上得到应用，其中通用的“自主魔力” 概念车和Bertone公司的“FILO”概念车就采用了 42V电源。 预估在两三年之后，传统的如煞车、操控等机械 系统将会由线缆与电子信号取代，其中有部分车厂 投下巨资与电子业共同合作，研发一套名为 FlexRay的新一代应用于汽车上的网络通讯系统。 FlexRay网络通讯系统是用以整合包括Brake—by— Wire(电子制动)、Steer—by—Wire(电子转向)等“线传 控制”系统(目前最快数据传送速度为10Mbit／s)，让 汽车发展成百分之百的由单一电子系统控制车辆， 完全不需要机械系统的支持。 3 线控转向系统的结构及性能特点 3．1 线控转向系统的结构 线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和 主控制器(ECU)-个主要部分以及自动防故障系统、 电源等辅助系统组成，如图1。 图1 线控转向系统结构示意图 方向盘总成包括：方向盘、方向盘转角传感器、 力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主 要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量方向盘转 角)转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受 主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以 提供给驾驶员相应的路感信息。 转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行 电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向 执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向 电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向 意图。 主控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽 车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发 送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具 有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性 随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。 同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识 别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。 · 33· 维普资讯 农业装备与车辆工程2006年第1期 当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时， 线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而 自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。 自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它 包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形 式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保 持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之 一 ，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研 究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控 转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故 障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。 电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其 它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达 的最大功率就有500—8ooW，加上汽车上的其它电 子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电 网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重 要。在42V供电系统中这个问题将得到圆满的解 决。 3．2 线控转向系统的性能特点 1)取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接， 通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它 们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动， 因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和 驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传 动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行 驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使 方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的 体力脑力负荷，提高“人一车闭环系统”对道路的跟 踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了 从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯 性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低， 从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。 2)线控转向系统采用了软件控制，因而可以把 转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学 控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等 功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体 稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。 3)线控转向系统在实现上述操作性能上的突破 的同时也带来了可观的经济性和环境效益。 4)线控转向系统是通过一个通用的执行器来调 整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须 使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的 快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的， - 34- 它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因 此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方 向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。 5)与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了 把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统 一到一个系统中。 6)对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱 安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而线 控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由 度，表明了机械式的转向柱没有很好地利用发动机 的空间。 7)对将来的好处 · 提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有 有用的信息才提供给驾驶员。 - 方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件 不断地调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环 境进行调整，而不需要对系统进行重新设计。 · 没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危 险。 · 转向行为(减速、加速、自动转向)都被软件记 录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。 4 线控转向系统的关键技术 虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等新思 想、新技术的提出，为研究者站在一个新的高度研究 汽车操纵稳定性提供了可能，汽车操纵稳定性的研 究从单一的汽车本身的特性研究到汽车一驾驶员一 环境闭环系统的研究，人工神经网络、模糊控制理论 和模糊神经等新思想、新理论也应用到汽车操纵稳 定性的研究中，在研究方法上采用虚拟试验技术。线 控转向可以利用这些成果研究。 2自由度的整车动力学模型称为经典模型。这2 个自由度为质心侧偏角和横摆角速度。其中质心侧 偏角表示汽车方向特性。横摆角速度与侧向加速度 在描述侧向动力学特性有同等作用，可选其一作系 统变量。加入线控转向系统的仿真模型见图2。也可 借助advisor、vedyna的整车模型进行仿真研究。 4．1前轮转角算法 前轮转向执行电机根据传感器测得的车轮行驶 状态与驾驶员意图，实时修正前轮转角，使得汽车的 转向特性如横摆角速度增益不随车速变化，减轻驾 驶员负担。 方案1：在驾车过程中，不论车速怎么变化，驾 驶员的预瞄时间基本不变(或变化很小)。如果能够 维普资讯 2006年1月于蕾艳等：汽车线控转向系统综述 图2 线控转向系统的仿真模型 合理设计车辆的转向特性，使在一定预瞄时间下，车 辆达到前方某侧向位置的方向盘转角不随车速变 化，将在很大程度上减少驾驶员对车辆特性变化的 补偿，减轻驾驶员的负担，见图3。 目标点 ，Y ) I x {I 11． ， 。，Y。) 图3 理想传动比示意图 方案2：转向系传动比随方向盘转角变化：低速 小方向盘转角时传动比小，驾驶员可以少打方向盘 就实现大的转向任务；高速大方向盘转角时，传动比 大，减少汽车对转向盘输入的敏感程度。图4中，Is 一4o0 —2o0 O 2o0 400 方向盘转角(。) 图4 随方向盘转角变化的传动比方案 2比较理想。 4．2方向盘回正力矩模拟 由于方向盘和转向车轮间没有机械连接，路面 的不平冲击不会传到方向盘，但同时驾驶员缺少对 车辆行驶状态和路况的把握，所以模拟恰当的方向 盘回正力矩很重要。可以通过以下公式模拟： T~=-[Fo( ，8~)sign(Sh)+ (V， )+ ) + ( ，q)】 (1) ( ， )是系统的干摩擦， ( ， )体现了转向 系刚度，其设置要保证当方向盘偏离中间位置时，方 向盘回正力矩能够在一定程度上迅速增大，也就是 在方向盘中间位置应该有足够的或合理的力矩梯 度，让驾驶员感知方向盘偏离了中间位置。随着方向 盘转角增大，力矩梯度应该减小到一个合理值，保证 方向盘回正力矩不会超过合理范围。)体现了转 向系统的阻尼，车辆高速行驶时，方向盘回正力矩主 要受函数( ， )的影响严重。 4．3 汽车稳定性控制算法 由于车辆系统本身存在滞后和非线性，同时车 辆的行驶环境十分复杂，在驾驶员的合理操作范围 内我们希望车辆能够准确执行驾驶员指令。一旦车 辆处于危险状态，我们则希望车辆能够自动恢复到 正常状态。 4．3．1 横摆角速度反馈控制 如图5的横摆角速度反馈控制在一定程度上改 善了车辆的动态特性，这种作用在高速时尤为明显。 当车速较高时，横摆角速度反馈不但使横摆角速度 响应的带宽增大，而且同时使横摆角速度阻尼增大。 使车辆重心侧偏角的超调量较无横摆角速度反馈控 制的车辆有所减小，且车辆重心侧偏角响应的过渡 时间减小，可以使其更快速地到达稳态值。横摆角速 度反馈控制还可以减小车辆重心侧偏角的稳态增 ·35· ／ 一 ／ ～ ，／ 一 ．／ ／ 一 ／ p - ， ／ ／ 一 ／ ／ 一 维普资讯 农业装备与车辆工程2006年第l期 图5 横摆角速度反馈框图 ^ I 壬：自自l～ l I Lr l， ] --，、l r ]l 『：：= l 上J 一-1转I司盘一．1～L ’。I- 一一兰车辆 ， ) + 一 ◆ 一。D yV ． 回正力矩电机l· 6T． K }．．— ) 一口 图6 横摆角速度、侧向加速度综合控制 益，使车辆具有良好的方向特性。这种形式的横摆角 速度反馈控制，使得侧向加速度超调量减小，转向运 动更加平稳。但同时这种反馈控制也使得侧向加速 度增益减小，这意味着有横摆角速度反馈控制的车 辆驾驶员要多打方向盘，这在低速和中等车速工况 下加重了驾驶员的负担。 4．3．2 横摆角速度、侧向加速度综合控制 按D = ． + Vy (2) 进行横摆角速度、侧向加速度综合控制，如图6。 4．4 安全与可靠性设计 线控转向系统若真正走向消费市场，首先要解 决其安全可靠性问题， 因而必须采用容错控制技 术。容错控制设计方法有硬件冗余和解析冗余。硬 件冗余对重要部件及易发生故障部件提供备份；解 析冗余是通过设计控制器的软件提高整个系统的 冗余度。SBW 中，相对于CU，传感器和执行机构更 容易发生故障，一些传感器和执行机构存在冗余。 现阶段采用机械、液压的备份转向系统，一旦线控 转向出现故障，备份转向仍然可以工作，完成基本 转向任务。 ·36- 5 线控转向系统的前景展望 未来汽车的主体是低排放汽车(LEV)、混合动力 汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、电动汽车(EV)四 大EV汽车，这给线控转向系统带来了更加广阔的 应用前景。除了安全性和可靠性外，还有模拟路感的 电机振动、电源、传感器的精度和成本问题等。模拟 路感的电机振动控制在EPS的研发过程中，已经有 成熟的技术和经验可以借鉴。车用42V电源预计在 未来的几年内将会快速发展并普及，届时汽车电子 附件的供电问题将会得到圆满解决。车用各种传感 器如非接触扭矩、转角传感器、横摆角速度传感器等 的精度在不断提高，成本下降，在未来的几年内将会 在精度和价格方面满足各种电控系统的要求。预计， 到2010年40％的欧洲生产的汽牟将全部采用X— By—Wire技术。随着X—By—Wire的发展，Brake—By— W ire，Thrust—By—Wire，Steer—By—Wire，Shift-By— Wire等By-Wire系统将成为x—By—Wire系统的各 个子系统，它们之问会有一些数据要共享，将有一个 更大的通讯系统来实现它们之间的通讯，从而使整 个汽车成为一个完全的x—By—Wire系统。

Based on the virtual prototype of the vehicle dynamic control mechanical simulation Abstract Motor vehicle four-wheel steering is the research and application of new technologies. And two compared to cars, four-wheel steering cars have the following advantages: low-speed turn, the steering radius of small, high flexibility of motor vehicles; high-speed driving, rapid lane changes, and body and will not have a big swing, a decrease of The possibility of facing the end. But at the same time four-wheel steering in the process of shift, it is difficult to guarantee Ackerman theorem, and the low-speed steering, vehicle tail easily encountered obstacles. For this reason, vehicle dynamic stability control (VDC) there, it is not only successfully solved the braking and driving in the car when the direction of stability, but also to solve the car moving in the direction stability. So that all kinds of vehicles in the road condition and have all kinds of good directional stability and control and greatly reduce the occurrence of traffic accidents and injuries. In this paper, the first system to introduce 4 WS system components, and 4 WS to the process of the study were analyzed 4 WS in high-speed and low speed of the shift, and that its ordinary 2 WS advantage of the differences and, of Some common control programme, designed two non-linear model of freedom, the freedom to respond to the steady-state model and stability and transient response factors were analyzed, and Matlab in response to the opposite angle, yaw rate Response and lateral acceleration response to the simulation, verification of the results of control, come to a large extent, 4 WS system can improve the response to various conclusions. VDC system is a very complex system, this theory on the vehicle stability control and stability of the basic principles of control strategies, including tire cornering stability of the manipulation of the impact and the steering angle, speed of the vehicle handling and stability Of the impact. Based on these studies, the paper in the field of automotive simulation of the widely used mechanical system dynamics simulation of common software development platform for , the establishment of a multi-DOF cars multi-body dynamics simulation model. Using MATLAB / Simulink ideal vehicle to establish the linear model and PID control methods such as the yaw angular velocity feedback control model, ADAMS / Control Module, will ADAMS / Car multi-body dynamic model and Simulink control of a joint simulation model. The simulation results, vehicle dynamic control and four-wheel steering integrated control not only to guarantee the stability of high-speed, high-speed flexibility to have been improving, the reduction of high-speed motion to prevent the occurrence of road traffic accidents is of great significance.