本发明揭示了一种四轮转向系统，系统包括电控单元和执行单元；所述的电控单元包括控制器ECU，以及安装于转向盘转向轴上并将转向信号输送至控制器ECU的转向盘转角传感器；所述的执行单元包括配备在每个车轮上的转向传动机构、转向电机和双臂横拉杆，所述的转向电机固定在车身或车架上，其输出轴上设有主动齿轮，所述的主动齿轮与转向传动机构的从动齿轮相啮合，所述的从动齿轮轴的顶端通过滚动轴承固定在车身或车架上，所述的轴的底端与双臂横拉杆连接，所述的双臂横拉杆通过转向节与车轮连接；所述的控制器ECU输出转动信号至转向电机。该转向系统是一种布置方便、占用空间小、主要由电动机等构成的电控四轮转向系统。
1.四轮转向系统，其特征在于：系统包括电控单元和执行单元；
所述的电控单元包括控制器ECU（13），以及安装于转向盘（10）转向轴上并将车轮实转角信号输送至控制器ECU（13）的转向盘转角传感器（9）；
所述的执行单元包括配备在每个车轮上的转向传动机构、转向电机和双臂横拉杆（23），所述的转向电机固定在车身或车架上，所述转向电机的输出轴上设有主动齿轮，所述的主动齿轮与转向传动机构的从动齿轮相啮合，所述的从动齿轮的轴的顶端通过滚动轴承固定在车身或车架上，所述从动齿轮的轴的底端与双臂横拉杆（23）连接，所述的双臂横拉杆（23）通过转向节与车轮连接；
所述的控制器ECU（13）输出转动信号至转向电机。
2.根据权利要求1所述的四轮转向系统，其特征在于：所述的每个车轮的转向节上均设有车轮转角传感器，所述车轮转角传感器输出车轮转向信号至控制器ECU（13）。
3.根据权利要求1所述的四轮转向系统，其特征在于：所述的车身质心处安装有横摆角速度传感器（12），所述的横摆角速度传感器（12）输出信号至控制器ECU（13）。
4.根据权利要求1所述的四轮转向系统，其特征在于：所述的控制器ECU（13）与CAN总线连接或者与设置在安装在车速里程表的转子旁的车速传感器（11）连接，接收车速传感器（11）输出的车速信号。
5.根据权利要求1所述的四轮转向系统，其特征在于：所述的车轮与车身或车架之间设有悬架系统。
6.根据权利要求1所述的四轮转向系统，其特征在于：所述的控制器ECU（13）输送信号至车内显示器，并在车内具有控制按钮。
7.基于权利要求1-6任一项所述的四轮转向系统的控制方法，其特征在于：
车辆启动后，系统工作，控制器ECU（13）实时采集转向盘（10）转角信号和车速信号；
所述的控制器ECU（13）根据车速将四轮转向系统定义为低速档、中速档和高速档；车辆处于所述的低速档时，前轮与转向盘（10）转向相同，后轮与转向盘（10）反向转动；车辆处于所述的中速档时，前轮与转向盘转向相同，后轮不随转向盘（10）转动，车辆处于所述的高速档时，前后轮均与转向盘（10）转向相同。
8.根据权利要求7所述的四轮转向系统控制方法，其特征在于：所述的低速档车速低于40km/h，所述的中速档车速在40km/h-60km/ h，所述的高速档车速高于60km/h。
9.根据权利要求7或8所述的四轮转向系统控制方法，其特征在于：车轮转角传感器实时将采集信号输送至控制器ECU（13），所述的控制器ECU（13）根据车轮应转角度和实转角度进行比较，并驱动转向电机修正车轮转向角度。
10.根据权利要求9所述的四轮转向系统控制方法，其特征在于：车辆启动后，系统工作时，车内显示系统会提示驾驶人员选择启动四轮转向系统或者常用的前轮转向系统，系统根据选择执行是否启动四轮转向系统。
四轮转向系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车转向系统，尤其涉及一种电控360度四轮转向系统。
背景技术
[0002] 汽车转向系统是车辆的关键部件，不仅影响着驾驶舒适性，也是驾驶安全性的重要部件，传统的双轮前轴转向系统由于响应速度慢、转向不灵活、高速行驶时方向稳定性差而渐渐无法满足人们对车辆主动安全性越来越高的要求，迫切需要一种高效的转向系统来实现良好的车辆转向安全性。在这种形势下，四轮转向（Four－Wheel Steering，简称4WS）系统应运而生。
[0003] 目前使用的四轮转向系统其结构是在后悬架上安装有一套转向装置，称之为后轮转向机构。当驾驶员转动转向盘时，前轮转向机构和后轮转向机构同时动作。采用4WS方式，后轮与前轮转向相同时称为同相位转向，后轮与前轮转向相反时称为逆相位转向。
[0004] 四轮转向汽车的主要优点是在高速时采用同相位转向能够改善汽车操纵稳定性，低速时采用逆相位转向能够减小汽车的转弯半径，使汽车行驶更加灵活。
[0005] 目前在用的4WS系统中，多数为机械式4WS系统，这种系统由于前、后轮转向系机械相联，工作力大、传动可靠，但由于在结构设计及整车布置方面存在的缺点，以及在汽车运动过程中存在振动并引起噪声等缺陷，使得机械式4WS系统很难适应现代汽车轻量化和乘坐舒适性方面的要求。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是实现一种能够确保驾驶舒适性高的四轮转向系统,且可以实现汽车的平移和原地360°转向。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：四轮转向系统，系统包括电控单元和执行单元；
[0008] 所述的电控单元包括控制器ECU，以及安装于转向盘转向轴上并将转向信号输送至控制器ECU的转向盘转角传感器；
[0009] 所述的执行单元包括配备在每个车轮上的转向传动机构、转向电机和双臂横拉杆，所述的转向电机固定在车身或车架上，其输出轴上设有主动齿轮，所述的主动齿轮与转向传动机构的从动齿轮相啮合，所述的从动齿轮轴的顶端通过滚动轴承固定在车身或车架上，所述的轴的底端与双臂横拉杆连接，所述的双臂横拉杆通过转向节与车轮连接；
[0010] 所述的控制器ECU输出转动信号至转向电机。
[0011] 所述的每个车轮的转向节上均设有车轮转角传感器，其输出车轮的转角信号至控制器ECU。
[0012] 所述的车身质心处安装有横摆角速度传感器，其输出信号至控制器ECU。
[0013] 所述的控制器ECU与CAN总线连接或者与设置在安装在车速里程表的转子旁的车速传感器连接，接收其输出的车速信号。
[0014] 所述的车轮与车身或车架之间设有悬架系统。
[0015] 所述的控制器ECU输送信号至车内显示器，并在车内具有控制按钮。
[0016] 四轮转向系统控制方法：
[0017] 车辆启动后，系统工作，控制器ECU实时采集转向盘转角信号和车速信号；
[0018] 所述的控制器ECU根据车速将四轮转向系统定义为低速档、中速档和高速档；车辆处于所述的低速档时，前轮与转向盘转向相同，后轮与转向盘反向转动；车辆处于所述的中速档时，前轮与转向盘转向相同，后轮不随转向盘转动，车辆处于所述的高速档时，前后轮均与转向盘（10）转向相同。
[0019] 所述的低速档车速低于40km/h，所述的中速档车速在40km/h-60km/h，所述的高速档车速高于60km/h。
[0020] 车轮转角传感器实时将采集信号输送至控制器ECU，所述的控制器ECU根据车轮应转角度和实转角度进行比较，并驱动转向电机修正车轮转向角度。
[0021] 车辆启动后，系统工作时，车内显示系统会提示驾驶人员选择启动四轮转向系统或者常用的前轮转向系统，系统根据选择执行是否启动四轮转向系统。
[0022] 本发明四轮转向系统是一种布置方便、占用空间小、主要由电动机等构成的电控四轮转向系统，与传统机械式四轮转向系统相比，具有以下优点：
[0023] （1）有利于整车的总布置设计。由于本发明较多地使用了液压元器件，减少了机械连接，零部件少、重量轻，设计紧凑，所占的空间相对较小，可以更有利于整车的总布置设计。
[0024] （2）不影响整车的乘坐舒适性。由于本发明的不采用机械传动，不会有传动轴的振动以及引起整车的振动、噪声问题，因此不会影响整车的乘坐舒适性。
[0025] (3)灵活机动性。由于本发明四个车轮均配有电动转向机构因此四个车轮都可以旋转，可以实现汽车的平移和原地转向减小了转弯半径。提高了汽车的机动性能。
附图说明
[0026] 下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0027] 图1为四轮转向系统总体布置图；
[0028] 图2为四轮转向系统电路原理图；
[0029] 图3为四轮转向系统右前轮机构的结构示意图；
[0030] 图4为四轮转向系统右前轮机构的结构示意图；
[0031] 上述图中的标记均为：1、左前轮；2、左前轮转角传感器；3、左前转向电机；4、左前轮转向传动机构；5、右前轮转向电机；5-1、螺栓；6、右前轮转向传动机构；6-1、滚动轴承；6-2、从动齿轮；6-3、主动齿轮；7、右前轮转角传感器；8、右前轮；9、转向盘转角传感器；10、转向盘；11、车速传感器；12、车辆横摆角速度传感器；13、控制器ECU；14、左后轮；15、左后轮转角传感器；16、左后转向电机；17、左后轮转向传动机构；18、右后轮转向电机；19、右后轮转向传动机构；20、右后轮转角传感器；21、右后轮；22、右前悬架；23、双臂横拉杆。
具体实施方式
[0032] 本发明四轮转向系统由电控单元和执行单元两部分组成。
[0033] 如图1、3、4所示，执行单元包括配备在每个车轮上的转向传动机构、转向电机和双臂横拉杆23，其组成结构相同，其中图3、4是以右前轮机构为例的结构图，转向电机为步进电机，通过固定螺栓固定在车身或车架上，转向电机的主动齿轮与转向传动机构的从动齿轮相啮合，主动齿轮的齿数要小于从动齿轮的齿数，从动齿轮水平设置，其轴顶端通过滚动轴承固定在车身或车架上，轴底端与双臂横拉杆23连接，双臂横拉杆23通过转向节与车轮连接，车轮与车身或车架之间设有悬架系统。
[0034] 如图1、2所示，电控单元包括:控制器ECU13，安装于转向盘10转向轴上的转向盘转角传感器9，其可采用电感式角位移传感器，安装在每个车轮转向节上的车轮转角传感器，安装于车身质心处的横摆角速度传感器12，其可采用压电射流角速度传感器，所有传感器通过导线传输采集信号至控制器ECU13，同时控制器ECU13与CAN总线连接或者与设置在安装在车速里程表的转子旁的车速传感器11连接，接收其输出的车速信号，车速传感器11可采用光电式车速传感器。控 制器ECU13输出转动信号至转向电机，从而驱动相应的双横臂拉杆23运动，使四个车轮产生一定角度的偏转。控制器ECU13是一个具有256字节RAM的16位单片机，采用Intel公司MCS-96系列的80C196KB单片机，外扩27128EPROM程序存储器。整个系统由外部电源供电，即车载蓄电池。
[0035] 控制器ECU13是整个系统的核心，由80C196KB单片机、EPROM、信号调理电路、内部电源电路、电动机驱动电路、显示输出电路等部分组成。控制器ECU13还内置有系统故障的自诊断功能，并可将诊断结果通过故障显示屏显示出来，以此告知驾驶员。
[0036] 控制器ECU13输送信号至车内显示器，并在车内具有控制按钮，可以控制系统选择性的进入两种转向模式，并有转向模式选择开关及转向模式开关指示灯，驾驶员可以选择传统的2WS转向模式，也可以选择4WS转向模式，单片机内置程序可以根据故障信号自动对转向模式开关进行选择，即当四轮转向系统出现故障时，自动将转向系统由4WS模式转换为2WS模式。
[0037] 基于四轮转向系统的控制方法如下：
[0038] 车辆启动后，系统工作，车内显示系统会提示驾驶人员选择启动四轮转向系统或者常用的前轮转向系统，系统根据选择执行是否启动四轮转向系统；
[0039] 控制器ECU13实时采集转向盘10转角信号和车速信号；
[0040] 控制器ECU13根据车速将四轮转向系统定义为低速档、中速档和高速档；车辆处于所述的低速档时，前轮与转向盘10转向相同，后轮与转向盘10反向转动；车辆处于所述的中速档时，前轮与转向盘转向相同，后轮不随转向盘10转动，车辆处于所述的高速档时，前后轮均与转向盘10转向相同。这是由于在实际行驶中汽车转弯时车速变化较快（通常转弯都伴随有减速过程），所以采用的控制策略是前后轮反向转动，而中速状态，后轮转向机构几乎不动，在高速 状态，前后轮同向转动，动作的大小和方向则根据设定的转角理想值来确定。
[0041] 上述各个档位速度范围可以根据情况预设，例如，低速档车速低于40km/h，中速档车速在40km/h-60km/h，高速档车速高于60km/h。
[0042] 此外，车轮转角传感器实时将采集信号输送至控制器ECU13，控制器ECU13根据车轮应转角度和实转角度进行比较，并驱动转向电机修正车轮转向角度。
[0043] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
