基于单片机控制的教练车副转向系统研究

时间：2024-09-03

张晓飞，王洪新，曹昌勇，邬志军

(皖西学院机械与车辆工程学院，安徽六安 237012)

随着我国经济快速发展，汽车拥有量越来越多，人们对教练车的需求也越来越高。目前，我国教练车除某些大型客车具有副转向系统以外，小型教练车只具有副制动器、副油门踏板、副离合器踏板以及副后视镜，这些都是为了满足教练对车辆的控制需求，但教练车少有能够满足教练对汽车方向的控制，这是教练车的一大不足之处。当学员遇到紧急状况时，往往因为教练无法控制方向而出现意外事故，这使得教练车的安全性有一定的隐患。鉴于此，教练车用副转向系统的开发成为可能。

1 副转向系统原理

教练车正常在行驶过程中与普通车辆基本上没有区别。学员可以在正常车辆的驾驶员位置通过主转向系统控制车辆行驶方向，这与正常车辆驾驶方式没有区别。众所周知，学员学习驾驶的时候，教练员通常会坐在副驾驶的位置，这样便于教练员及时观察学员的驾驶情况。教练车的副转向机构是在原有转向系统基础上设计传动机构及副转向盘，该系统与汽车主转向系统共用一个转向器，可以避免两套转向器工作时对汽车运动方向的干涉。当行驶遇到紧急情况时，教练可以操控副驾驶前方布置的副方向盘，实现对车辆行驶方向的控制，从而保证教练车以及载员的安全。整个系统设计一套控制器，控制两套转向操纵系统之间的运动关系，控制器开关布置在副驾驶方向盘附件，当开关开启时整套系统工作，避免副驾驶位置人员的误操作，教练车转向系统布置原理图如图1所示。

2 副转向系统的设计

该系统可以分为操纵机构、联动装置、控制器、转向传动机构、电磁离合器、位置传感器六个部分。副方向盘通过万向节连副接转向轴，副转向轴通过联动装置与主转向轴实现联动，该联动装置由两个齿轮组与一根传动轴组成，联动装置如图2所示，其中齿轮4与主转向轴为刚性连接，齿轮1与副转向轴刚性连接，齿轮2、齿轮3与传动轴刚性连接，所以通过旋转方向盘转动齿轮1，能够实现齿轮4的转动，即实现对转向器的控制。在传动轴和主转向轴上安装电磁离合器，均由车载电瓶供电，二者通过连接控制器实现自动控制。从图2可以看出，教练员根据汽车实际行驶情况，对副转向盘施加转向力，通过传动轴、联动装置将力传递到转向器，再经由转向器等转向机构完成对汽车转向轮的控制，即完成了汽车的转向控制。

为避免两套转向系统在紧急情况下的方向控制干涉，在主转向轴和副转向轴分别加装一套电磁离合器，并通过控制器进行自动控制。教练车正常行驶状态下，主转向系统电磁离合器接合，副转向系统离合器处于断开状态，保证学员的正常驾驶学习；当遇到紧急状况时，教练操控副驾驶系统，副驾驶转向轴上的传感器检查到转向轴的位置变化，将信号传递给控制器，此时控制器将主转向轴电磁离合器断开，同时将副转向轴电磁离合器接合，从而实现只有副驾驶转向系统工作，从而避免了紧急状态下因学员误操作而引起的交通事故。

图1 教练车转向系统布置原理图

图2 联动装置

3 控制器的设计

控制器控制单元选用AT89C52单片机进行编程控制，控制器原理图如图3所示。控制器的输入信号为安装在副转向轴位置的传感器。当幅方向盘转向时，控制器将通过继电器控制主转向轴电磁离合器断开，同时副转向轴电磁离合器接合；并且同时启动报警装置，提示载员发生紧急状况。正常工作时，电磁离合器和报警装置继电器的电压信号反馈给单片机，当继电器发生故障时能够及时显示。电磁离合器、报警装置、传感器均与教练车ECU直接相连，当发生故障时会直接通过ECU显示。此外，因转向系统直接关系到车辆行驶安全，设置一套备用传感器，当主传感器发生故障时，备用传感器自动启用。