四轮转向系统实验台

四轮转向系统实验台使用手册------------济南恒信教学实验设备有限公司目录一.实验台简介………………………………………………二.实验台操作………………………………………………三.实验台相关知识补充……………………………………四.实验台维护………………………………………………五.联系我们………………………………………………….一实验台简介四轮转向系统实验台用于演示四轮转向的工作过程，能深入理解四轮转向的原理，以及掌握四轮转向的电路。本实验台采用日本高级轿车马自达929原车配件精心设计布置，所有配件按照原车位置布置，便于联系实际，加深理解，增强记忆。示教板上设有多个工作指示灯，模拟信号旋钮，能够真实模拟原车发动机的工作环境，所有的开关都能够正常工作，对应的灯具，信号，继电器都能够正常工作，不脱离原车实际。本实验台设有自锁脚轮，以便于移动教学，在整个实验台上设有漏电保护装置，既保证了安全，有保证了教学演示效果，实验台的整个传感器的参数实时显示，便于观察；并备有刻度盘可指示车轮角度转向角度，便于观察。【注】使用本实验台前请仔细阅读本说明书！二．实验台操作四轮转向系统实验台总体布局：操控面板如下1.实验台放置为方便实验台移动教学，本实验台设有万向自锁脚轮，在使用前请把实验台放置在平稳的地方，然后把自锁轮锁上，以确保实验台稳定操作。2.实验台上电【注】本实验台所用为220AC电压，并采用了漏电保护差头以确保安全将本实验台的漏电保护插头（白色）插在220v电源上，按下漏电保护插头的方形橡胶按键开关，漏电保护插头上的电源指示灯（红色/黄色）亮；操控面板转向机构电机正反转显示电源指示液压电源开关右电机指示左右电机选择左电机指示调整旋钮打开实验台操作台上的电源开关，电源指示灯亮（红色）；打开点火开关至“ON”挡，故障灯亮，几秒种后自动熄4.观察性实验认真观察四轮转向的结构打开四轮转向的液压开关，打开液压，感受助力的效果调整旋钮，选择不同的电机，并左右转动方向盘，观察传感器在不同位置时候的前后轮的转角大小的变化，并做记录三．实验台相关知识补充四轮转向装置的电子控制在通常的汽车中，操纵转向盘，控制前轮轮胎的转向，发挥转弯的功能，4轮转向是前后轮都能转门的装置。四轮转向的目的：低速行驶时，进行逆相转向(即与前轮转向方向相反),提高转弯半径小的转向特性，而中高速时则进行同相转向(即与前轮转弯方向相同);在高速时进行区域变换或提高转弯时的操纵稳定性。(1)4轮转向车的小转弯特性：当汽车低速转弯时，车辆的前进方向与轮胎的方向可看作几乎一致，各轮胎几乎不发生拐弯力，4轮前进方同的垂线交于一点，车辆即以该点(旋转中心)进行转弯。看一下图1低速转弯时的行驶轨迹，则在2轮向车前轮转向时，后轮不转向,所以,转弯中心几乎位于后轴延长线上.在4轮转向时，当后轮进行逆相转向对，转弯中心位于2轮驱动车前方，接近车辆位置.当低速转弯时，如前轮舵角相同，则4轮驱动车的转弯半径缩小，小转弯性能良好．内轮差也减少.在乘用车场合，后轮以逆相转向时，最小转弯半径50cm，内轮差减少约10cm。(2)4轮转向车的中高速时的转弯性:直线行驶的汽车在转弯时，是由车辆的公转与自转合成的，亦即由车辆的重心改变行驶：方向的公转，与围绕该重心车辆作自转的两种运动合成的。(a)2轮转向车(b)4轮转向车图1低速转弯时的行驶轨迹图2示出2轮转向车的高速转弯时的车辆动作。首先，前轮转向时，前轮轮胎产生侧滑角a，产生拐弯力，车身开始自转，其结果,车身发生偏转，后轮也产生侧滑角β，后轮产生拐弯力，4轮的力使车辆自转与公转，并在平衡时进行转门。但是，速度越高离心力越大，与此平衡的拐弯力也必须增加，所以必须对前轮给出更大的侧滑角，产生更大的拐弯力。为了给出与后轮相应的侧滑角，就有必要使车身作更大自转运动。但是，速度越高车身的自转运动不稳定性也增加，容易引起车辆的空转或横向侧滑。理想的离速转弯运动，把车辆前进方向尽量与车身的方向保持一致，必限制过度的自转运动,使前后轮产生足够的拐弯力。如图3所示，在4轮转向车中由于对后轮进行同相转向,后轮也发生侧滑角a，与前轮的拐弯力相严衡，限制自转运动。所以，能在车身方向与车辆的前进方向保持一致的情况下作稳定转向。图2二轮高速转向时车辆动作图3高速时同相操作的土较一、舵角比例控制所谓鸵角比例控制是指与转向盘舵角成比例，在低速区域以逆相、在中高速区域以同相操纵后轮转向的控制。在中高速区域进行转向时，前后轮的平衡稳定处于正常转弯状态，车辆的前进方向与车身的方向一致，获得稳定的转向性能。在转向初期，从开始起在前后轮同时发生拐弯力，所以，车身先进行公转运动，车身向外侧倾，但与2轮转向相比，转向偏差能够充分减小。(1)系统构成图4是4轮转向的舵角比例控制系统图。图4舵角比例控制四轮转向系统图前后轮的转向机构进行机械连接。转向盘的转动传到前转向齿轮箱(齿条与齿轮)，齿条使前转向横拉杆作左右运动以控制前轮转向，同时，输出小齿轮旋转，通过连接轴传递到转向齿轮箱。转向节后转向齿轮箱的转向节是大轴承，见图5(a)。外座圈与扇形齿轮形成一体，绕转向节轴形成左右倾斜的结构；内座圈与从继电器杆突出的偏心轴连接，继电器杆和用4轮驱动域转换电机的作用把继电器杆的旋转中心绕轴作正向或逆向旋转，使偏心轴在转向节内作上下约55o旋转。自连接轴作用，输入小齿轮向右或向左旋转，旋转力传到扇形齿轮，从转向节经过偏心轴，使继电器杆作左右方向移动。继电器杆驱动转向横拉杆和后转向节臂并控制后轮转向。图5(b)所示由于转向节和偏心轴运动，后轮转向的同相与逆相之间的关系。当偏心轴的前端位置和转向节左右旋转中心一致时，转向节即使向左右倾斜，继电器杆仍处于停止状态，后轮保持中立状态。偏心轴的前端位置由于在上下方向上偏离转向节旋转中心，转向节向左倾斜时，继电器杆移动量增大。偏心轴与后轮转向之间的关系，当偏心轴前端位置位于转向节上侧时，作逆相运动；位于下侧时，则作同相运动。由5(c)表示转向节旋转角与继电器杆的旋转角和左右移动量的关系。4轮转向变换器图6示出4轮转向变换器结构。该装置是由主马达和伺服马达的驱动部,行星齿轮减速部以及驱动继电器杆的螺杆构成。通常情况下主马达驱动，伺服马达则停止工作。伺服马达的输出轴与行星齿轮机构的恒星齿轮联接，主马达的输出轴与小齿轮联接，环齿轮成为4轮驱动变换器的输出轴。通常时恒星齿轮被固定，与主马达相联接的小齿轮轴旋转。为此，小齿轮围绕恒星齿轮作公转、自转，并使作为4轮转向变换器的输出轴的环齿轮旋转。当主马达不能工作时，小齿轮成为惰齿轮，并把伺服马达的旋转传递到环齿轮,使继电器杆作同相旋转。(a)构造(b)偏心轴与转向节的运动(c)转向节旋转角和断电器杆移动量的关系图5转向节图6轮转向变换器的构成(2)控制逻辑图7示出ECU控制框图，利用舵角传感器、车速传感器的输入进行。图7舵角比例控制图8舵角比例控制舵用控制按照如图8所示舵角控制图(MAP)依据车速控制主马达。驾驶者利用4WS工况切换开关，可以选择“NORMAL”工况与“SPORT”工况。作为车速可选信号，主要使用由车速表传感器输出的信号，向紧急,ABS用的一个车轮速度传感器输入信号。舵角比例控制传感器检测后转向器内的继电器杆的旋转角度，利用滑动电阻把对应于旋转角的模拟电压输入ECU中。2轮驱动的选择功能2轮驱动开关接通，使变速器处于倒档时，把后轮舵角调置为零，使与速无关。习惯于2轮驱动车起步者，如不习惯4轮驱动方式，可选择本功能。故障诊断控制当系统发生异常时，“4轮驱动报警灯”亮，通知驾驶者，异常情况被存储在ECU中，并进行以下处理。（1）主马达异常时：驱动伺服马达，只有在同相方向时利用NORMAL”工况特性进行对应于车速的舵向角比例控制。（2）车速传感器异常时：SP1、SP2中任一个输出时使用车速较高的值，由主马达只进行同相的舵角比例控制。（3）舵角比例传感器异常时：由伺服马达驱动，到达同相方向最大值时才停止控制，这时如伺服马达异常与主马达一样进行控制。（4）ECU异常时：由伺服马达驱动，达到同相方向最大值时才停止此后的控制，这时要避免逆相状态。二、横向偏转角比例控制在中高速区域稳定旋转时有效使用4WS的控制功能，从转向初期到稳定旋转为止的过渡状态；为了改进身向旋转内侧滞后现象，有过种种不同的控制法。一种方法是，当前轮旋转向时稍许使后轮转向的动作延迟，以增加车身的自转(一次延迟控制)，另一种方法是，当转向盘不转向时，根据转向盘角的角速度、角加速度，预测转动时的车身方向和车辆前进方向的偏差，在转向初期瞬时进行逆相后轮转向，使之回复到同相的方法(反转控制法)。横向摆动率的比例控制通过检测横向摆动率控制后轮转向角，根据横向摆动率直接检测车辆自转运动的增减量。与此对应，如增减后轮转向角，则求得自转与公转较适合的定时，从旋转初期，车身方向与车辆前进方向的偏离被显著减少，此外，如果直接看一下车辆的自转运动，当操舵以外的外力引起自转运动，譬如即使在横风场合，能立刻使后轮转向限制在自转方向上。(1)系统构成图9是4轮转向横向摆动率比例控制系统的构成图。提供后轮转向角的机构，切换后转向单元控制阀的油路，使油压活塞同左右运动。图9横向摆动率比例控制的四轮转向系统构成控制阀有两种方式：第一种是与向前轮转向的连动，控制后轮的最大舵角在5之内(大舵角控制)：第二种是与前轮转向无关情况下控制在1o之内(小舵角控制)。前者是应用传递电缆的机械式转向；后者是由脉冲马达控制的电子式转向，后轮的舵角则由二者共同控制。前轮转向机构图10示出前轮转向机构的详细机构。方向盘旋转，传到转向器的齿轮齿条，由于齿条末端的动作，使控制齿杆作左右方向运动，小齿轮旋转，与小齿轮组成一体的前皮带轮作正向或反向旋转，前皮带轮的旋转又通过转向角传递电缆，传递到时后轮转向机构的后皮带轮上。控制齿杆具有静区行程1，转向盘舵角处于左右约250o以内，不使与前轮转向连动的后轮进行转向。由于高速行驶时不能进大舵角转向，所以，高速行驶时后轮舵角只能由脉冲马达进行电子控制。后轮转向机构图1l示出后轮转向机构的详细机构。在机械式转向时，缆索的行程传递到后皮带轮时，控制凸轮旋转，凸轮推杆沿凸轮型线进行运动，使阀套筒作左右移动。当方向盘转到最左端，后皮带轮向右旋转，凸轮型线随着转动半径变化向减小方向，凸轮挺杆被推出，阀套筒向左方移动。当达到最右端时，凸轮型线向半径增大方向，凸轮挺杆被推出，阀套筒向右移动，从油压泵来的作动压油路，由于阀套筒和滑阀的相对位移而变换。当方向盘左转时，阀套筒向左方移动，使油泵液压作用在油缸右室，把动力活塞推向左侧。图10前轮转向机构图11后轮转向机构在电子式转向装置中，阀套简被固定不能移动，由脉冲马达驱动的阀控制杆作左右方向运动，从而引起滑阀向左右移动。动力活塞工作原理与机械式转向原理相同。脉冲马达按照ECU来的指令进行正向反向旋转，后轮转向与前轮转向无关。(2)控制形态在后轮的舵角控制形态中，按照前轮舵角分为火舵角控制与小舵角控制的两种形态。大舵角控制(机械式转向)当前轮舵角处在不敏感区域时，滑阀和阀套能相对位置关系处于中立状态，所以，工作油压从泵中排出，回流到储油箱去，动力缸的左右室只处于低的中立油压，油缸主轴由于中立回簧作用处于中立位置。前轮向左转向时，阀套向左方移动，与滑阀产生相对位移，图12所示a部及b部处于节流状态，高压作用于动力缸右室，动力活塞被推向左方，后轮向右转向。油缸主轴向左方移动，脉冲马达不工作，所以阀控制杆以支点A为中心，进行旋转，滑阀从B点向左B`点移动。图12大舵角控制（逆相位）如图所示，当被节流的a部及b部开启，则动力缸的右室压力下降。当油缸主轴的位移达到目标位置，a部及b部的压力与来自车轮的外力相平衡的位置，后轮不再作转向运动。当外力变化时，油缸主轴作微小变动，阀控制杆把这一作动反馈到滑阀，控制节流量，使之保持平衡，直至外力与动力活塞压力相平衡。小舵角控制(电子控制式)为了把脉冲马达的旋转运动变换为滑阀的直线运动，使用了由齿轮和曲轴组合而成的机构。