新型主动转向装置研究

新型主动转向装置研究

0引言

自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的。不论是在市区窄小的街道缓行或是高速公路上奔驰，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变。转向系统定传动比设计的缺陷主要表现为：低速或停车工况下驾驶员需要大角度地转动转向盘，而高速时反而会使得车辆的转向反应相对于方向盘转角更为灵敏，又不能满足方向稳定性要求。故同时满足转向系统在低速时的灵活性与高速时的稳定性，对提升车辆的操纵性和安全性有很现实的意义。

在现有量产车辆上，德国宝马公司和ZF公司联合开发的前轮主动转向系统(AFS)完美地解决了上述问题,并已装备于部分宝马3系列和5系列轿车上[1] 。“主动转向”是指：除了驾驶员的转向操作外，汽车自身也具有转向功能，即通过主动对车轮转向角的调节，提高车辆的稳定性、主动安全性和操纵舒适性。主动转向系统主要有两种型式：①机械式叠加转向；②线控转向。

目前主动转向技术的研究大多数集中在线控转向技术上。图1为目前采用较多的线控转向系统(Steer by Wire system，简称SBW系统)。工作原理是：控制器3根据所有传感器的信号作出判断，算出需要的车轮转向角和方向盘1需要的回正旋转力矩或转动阻力矩，控制电机2和4予以实现。SBW系统的优点是:取消了方向盘和转向器之间的机械连接，占据空间小，便于布置，路面的冲击也不会直接传到驾驶员手上。

1方向盘 2电机 3控制器 4转向驱动电机 5转向器

图1 线传系统示意图

另一类转向系统以宝马公司产品为代表，它是一种机械式叠加转向系统（图2所示），方法是将方向盘到转向器之间的转向轴断开，中间增加一个传动机构。通过两组NGW型行星齿轮组和附加转角电机巧妙地实现了变传动比的功能。当车辆低速行驶时,由伺服电机通过蜗轮蜗杆机构带动内齿圈17转动，使输出端太阳轮19转动方向与方向盘转向相同,增加了实际的转向角度;高速时,伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转向相反,叠加后减少了实际的转向角度,转向过程传动比加大,提高了汽车的稳定性和安全性。机械式主动转向系统和线控转向最大的区别体现在当系统发生故障时,机械式主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向性能,而线控转向必须通过系统主要零件的冗余设计来保证车辆的安全性。