汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理和方案

1、汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理及方案崔海波工程技術(shù)學(xué)院 機(jī)制5班摘要: “主動(dòng)轉(zhuǎn)向”技術(shù)為汽車(chē)操縱和穩(wěn)定性控制提供了更好的控制方法和性能，很好的解決了轉(zhuǎn)向中輕便性和靈敏性的矛盾問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述和發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理以及一些先進(jìn)的方案進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 可變傳動(dòng)比 發(fā)展現(xiàn)狀 工作原理 結(jié)構(gòu)方案1.前言轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制汽車(chē)行駛路線(xiàn)和方向的重要裝置，其性能直接影響到汽車(chē)的操縱性能和穩(wěn)定性能。在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,轉(zhuǎn)向輕便性與轉(zhuǎn)向靈敏性是一對(duì)矛盾。轉(zhuǎn)向輕便性要求駕駛員對(duì)方向盤(pán)施加的轉(zhuǎn)向力要小、方向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)要少;而轉(zhuǎn)向靈敏性則要求駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方

2、向盤(pán)達(dá)到目標(biāo)角度所耗費(fèi)的時(shí)間要短。顯然對(duì)機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō),要想轉(zhuǎn)向靈敏性好,就要減小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比,但這必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)向力增大;反之,要想轉(zhuǎn)向力小,就要增大轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比,這又將導(dǎo)致轉(zhuǎn)向靈敏性下降。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有可變傳動(dòng)比的功能,它很好地解決了轉(zhuǎn)向輕便性與轉(zhuǎn)向靈敏性之間的矛盾。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向通過(guò)電機(jī)根據(jù)車(chē)速和駕駛工況改變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比。低、中速時(shí)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，轉(zhuǎn)向直接，以減少轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，提高轉(zhuǎn)向的靈敏性和操縱性；高速時(shí)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較大，提高車(chē)輛的穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)，系統(tǒng)中的機(jī)械連接使得駕駛員直接感受到真實(shí)的路面反饋信息。【1】因此，主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向?yàn)檐?chē)輛行駛的靈敏性、舒適性和安全性設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)，

3、代表著轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。2主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Active Front Steering，AFS）最早由德國(guó) BWM 和 ZF兩家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)完成，并裝備于寶馬 3 系和 5 系轎車(chē)上。圖為主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在最大程度執(zhí)行駕駛員意愿的前提下，對(duì)整車(chē)施加一個(gè)可獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向干預(yù)，可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)的主動(dòng)安全性和操縱穩(wěn)定性的結(jié)合。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比控制，使汽車(chē)在低車(chē)速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，以減少轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性和靈活性；而在高車(chē)速時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較大，以降低轉(zhuǎn)向靈敏性，提高汽車(chē)的穩(wěn)定性和安全性。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向?qū)嶋H上是

4、介于傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向和線(xiàn)控轉(zhuǎn)向之間的一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。【2】它在傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，同時(shí)又具有線(xiàn)傳系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可以主動(dòng)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比和穩(wěn)定性控制。圖.主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)2.1 可變傳動(dòng)比在汽車(chē)工業(yè)中，傳動(dòng)比定義為方向盤(pán)轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角的比值。對(duì)于傳統(tǒng)車(chē)輛，該值為一常數(shù)。觀察普通汽車(chē)低速下的轉(zhuǎn)向行為可以發(fā)現(xiàn)，降低傳動(dòng)比可以減少方向盤(pán)至左右極限位置的圈數(shù)。因此對(duì)于駕駛員而言，在停車(chē)或大角度轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以提高操作上的輕便性。然而對(duì)于處于高速行駛狀態(tài)下的車(chē)輛，較低的傳動(dòng)比使轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏，穩(wěn)定性和安全性就會(huì)下降。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比是影響駕駛感受的關(guān)鍵因素。為了克服傳統(tǒng)車(chē)

5、輛存在的上述缺陷，人們發(fā)明了一系列變傳動(dòng)比主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向裝置?！?】這類(lèi)裝置可以根據(jù)行駛狀況增加或減小汽車(chē)前輪的轉(zhuǎn)向角度，即低速時(shí)提供小傳動(dòng)比以提高車(chē)輛靈活性及操作輕便型，高速狀態(tài)下提供較大傳動(dòng)比增加行車(chē)穩(wěn)定性。其大致分為兩類(lèi)：1.機(jī)械式(又可分為固定式與可調(diào)式)2.線(xiàn)傳式。2.2 穩(wěn)定性控制穩(wěn)定性是指汽車(chē)受到外界擾動(dòng)(路面擾動(dòng)或者陣風(fēng)擾動(dòng))回到原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開(kāi)始就會(huì)判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過(guò)調(diào)節(jié)助轉(zhuǎn)角電機(jī)自動(dòng)修正轉(zhuǎn)向角度，及時(shí)干預(yù)以降低偏離行駛路線(xiàn)的概率。對(duì)于不可預(yù)料的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向可以通過(guò)有效的利用輪胎特性，抵御陣風(fēng)(尤其是離開(kāi)隧道時(shí)的側(cè)向風(fēng))、不對(duì)稱(chēng)

6、制動(dòng)和低摩擦系數(shù)路面所產(chǎn)生的橫擺及側(cè)傾干擾，自動(dòng)產(chǎn)生補(bǔ)償力矩幫助駕駛員，提高車(chē)輛的穩(wěn)定性?！?】3.主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的研究及發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究比較深入，已有大量相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早由德國(guó)寶馬汽車(chē)公司和 ZF 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，并將其應(yīng)用于部分寶馬3系列和5系列轎車(chē)，圖為寶馬主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)物圖。之后，日本豐田汽車(chē)公司也開(kāi)發(fā)了可裝備于實(shí)際車(chē)輛的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。Kim J. W.等人在論文Development of an active front steering (AFS) system with QFT 中，在分析主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)

7、上，建立了基于定量反饋理論的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制模型，并基于 Matlab 和 Adams/Car 建立聯(lián)合仿真模型驗(yàn)證了其有效性。Yasuo S.等人在論文 Improvement in driver-vehicle system performance by varying steering gain with vehicle speed and steering angle :VGS (variable gear-ratio steering system)中，建立了駕駛員模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和傳動(dòng)比調(diào)節(jié)裝置的模型，并根據(jù)駕駛員的操縱經(jīng)驗(yàn)和路上試車(chē)測(cè)試結(jié)果得出理想傳動(dòng)比。Wolfgang

8、R.等人在論文Active front steering (Part 1): mathematical modeling and parameter estimation和論文Active front steering (Part 2): safety and functionality中，建立了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行器的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證了模型的有效性【5】。Maniha N.等人在論文Sliding mode control of active car steering with various boundary laver thickness and disturbance中，將滑模變結(jié)構(gòu)控

9、制應(yīng)用于主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制器，其輸入為橫擺角速度的理想值與實(shí)際值之間的差值，輸出為主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)附加的轉(zhuǎn)向角【6】。在國(guó)內(nèi)方面，同濟(jì)大學(xué)高曉杰等人在論文機(jī)械式前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與應(yīng)用中，以寶馬轎車(chē)上選裝的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作模式，以及該系統(tǒng)可變傳動(dòng)比、穩(wěn)定車(chē)輛等功能的實(shí)現(xiàn)原理和系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)，并指出主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)底盤(pán)一體化集成控制的可能性【7】。武漢理工大學(xué)的黃炳華等人在論文汽車(chē)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性研究中，分析了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要特性，并對(duì)其控制策略進(jìn)行了探討【8】。南京航空航天大學(xué)的趙萬(wàn)忠等人

10、在論文力與位移耦合控制的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化中，在對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析和工作原理分析的基礎(chǔ)上，建立了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的模型，并提出了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三個(gè)性能指標(biāo)及量化公式【9】。同濟(jì)大學(xué)的余卓平等人在論文主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向?qū)?chē)輛操縱穩(wěn)定性能的影響中，研究主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向?qū)?chē)輛操縱穩(wěn)定性能的影響，提出了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的目標(biāo)及結(jié)構(gòu)【10】。南京航空航天大學(xué)的魏建偉等人在論文基于人-車(chē)-路閉環(huán)系統(tǒng)的變傳動(dòng)比控制規(guī)律研究了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向性能的影響，提出了改進(jìn)的變傳動(dòng)比控制策略 目前，對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究主要集中在動(dòng)力學(xué)建模和理想傳動(dòng)比控制規(guī)律方面，對(duì)變傳動(dòng)比控制規(guī)律的研究

11、還很少，尚處于定性的認(rèn)識(shí)階段，且變傳動(dòng)比的推理及控制策略還少有提及。此外，對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制的研究文獻(xiàn)還較少，有限的幾篇文獻(xiàn)主要研究橫擺角速度控制，對(duì)附加轉(zhuǎn)角的控制還鮮有報(bào)道。然而，變傳動(dòng)比控制和干預(yù)穩(wěn)定性控制是主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的核心問(wèn)題，是決定主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵因素。因此，有必要在理想傳動(dòng)比控制規(guī)律基礎(chǔ)上，探索變傳動(dòng)比控制和主動(dòng)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制策略，為主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。4.主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)符合汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。AFS根據(jù)附加轉(zhuǎn)角疊加方式的不同,又可分為機(jī)械式AFS和電子式AFS。下面主要介紹汽車(chē)機(jī)械式主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

12、的構(gòu)成及原理。4.1 整體結(jié)構(gòu)以寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向?yàn)槔?主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械構(gòu)件,包括轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等之外,它的最大特點(diǎn)就是在轉(zhuǎn)向盤(pán)和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)和電子伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng),用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角,通過(guò)疊加轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)變傳動(dòng)比功能。駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入包括力矩輸入和角輸入兩部分,將共同傳遞給到扭桿。其中的力矩輸入由電子伺服機(jī)構(gòu)根據(jù)車(chē)速和轉(zhuǎn)向角度進(jìn)行助力控制,而角輸入則通過(guò)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)向角疊加,經(jīng)過(guò)疊加后的總轉(zhuǎn)向角才是傳遞給齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的最終轉(zhuǎn)角。與常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的顯著差別在于,主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

13、不僅能夠?qū)D(zhuǎn)向力矩進(jìn)行調(diào)節(jié),而且還可以對(duì)轉(zhuǎn)向角度進(jìn)行調(diào)整,使其與當(dāng)前的車(chē)速達(dá)到完美匹配。4.2 新型主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所謂的新型主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)向軸截?cái)嗪笤谥虚g增加行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星齒輪外圈與電機(jī)通過(guò)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)相連接。該電機(jī)用來(lái)增加或者減少駕駛員施加在轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)角，同時(shí)原電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力，對(duì)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，該主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，行星齒輪的主動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。4.2.1 轉(zhuǎn)向軸式助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向軸式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)固定在轉(zhuǎn)向管柱上，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)

14、動(dòng)轉(zhuǎn)向軸，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。助力電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車(chē)者進(jìn)行轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、電磁離合器、機(jī)械轉(zhuǎn)向器等組成。4.2.2 行星齒輪的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 助轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)由電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和一套雙排行星齒輪系機(jī)構(gòu)組成。行星架將兩套行星齒輪連接在一起，齒圈通過(guò)自鎖式蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與助轉(zhuǎn)角電機(jī)相連。行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸入軸與轉(zhuǎn)向管柱上端相連，合成的運(yùn)動(dòng)由輸出軸輸出，輸出軸與轉(zhuǎn)向管柱下端相連。 根據(jù)車(chē)速和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角，電機(jī)提供相應(yīng)的輔助轉(zhuǎn)角，并利用行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)合成共同作用到下端的轉(zhuǎn)向管柱上，最終輸出的轉(zhuǎn)向角是由轉(zhuǎn)向盤(pán)角度和電機(jī)角度疊加而成。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角確定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)角改變時(shí)，合

15、成后得到的前輪轉(zhuǎn)角也隨之改變，因此可通過(guò)獨(dú)立地調(diào)整電機(jī)來(lái)獲得不同的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比，從而轉(zhuǎn)向靈敏性可調(diào)。整個(gè)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括傳感器，主動(dòng)轉(zhuǎn)向疊加機(jī)構(gòu)(包括電機(jī)及行星齒輪機(jī)構(gòu))，控制器(ECU)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)等。4.3 工作原理以一種機(jī)械式的疊加主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為研究對(duì)象,其原理如圖所示。AFS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和行星齒輪機(jī)構(gòu)等組成,一般串聯(lián)在轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向器之間。具體工作原理是車(chē)輛行駛的狀況由傳感器測(cè)得,控制器根據(jù)傳感器的車(chē)速、質(zhì)心橫擺角速度,方向盤(pán)轉(zhuǎn)角等信號(hào),按照預(yù)先編制的控制邏輯,設(shè)定轉(zhuǎn)角變化量的目標(biāo)值,并通過(guò)執(zhí)行器將變化量疊加到前輪轉(zhuǎn)向角上,實(shí)現(xiàn)總的前輪轉(zhuǎn)角,由

16、此,可使轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)向角的傳動(dòng)比,根據(jù)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀況發(fā)生連續(xù)的變化,從而對(duì)汽車(chē)的舒適性、轉(zhuǎn)向工作強(qiáng)度、操縱穩(wěn)定性和直線(xiàn)行駛性進(jìn)行最佳優(yōu)化。也就是說(shuō)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的意圖,通過(guò)對(duì)前輪轉(zhuǎn)向角進(jìn)行適當(dāng)修正達(dá)到提高車(chē)輛輕便性和行駛穩(wěn)定性的目的。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖5.先進(jìn)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案分析5.1 寶馬雙行星齒輪變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)寶馬公司推出的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓助力轉(zhuǎn)向部分和雙行星變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)組成。其中變傳動(dòng)比機(jī)械裝置如圖所示?；緲?gòu)成包括：助轉(zhuǎn)角電機(jī)，蝸輪蝸桿和由兩個(gè)行星排構(gòu)成的雙自由度行星齒輪組。方向盤(pán)與輸入軸 4 連接構(gòu)成 1 個(gè)自由度控制，助轉(zhuǎn)角電機(jī) 3 驅(qū)

17、動(dòng)蝸桿 1，蝸輪 2，內(nèi)齒圈 11 構(gòu)成另一個(gè)自由度控制。當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，可以操縱方向盤(pán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作，由輸入軸 4 到輸出軸 12 按傳動(dòng)比等于 1 輸出。當(dāng)方向盤(pán)不動(dòng)時(shí)，也可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向操縱。當(dāng)方向盤(pán)和電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的復(fù)合操縱，實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比操縱和穩(wěn)定性控制。【11】寶馬公司AFS系統(tǒng)的基本方法是通過(guò)一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置將電機(jī)動(dòng)力控制和人對(duì)方向盤(pán)的控制復(fù)合在一起，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制的疊加。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，仍可以正常進(jìn)行人工操縱，解決了主動(dòng)轉(zhuǎn)向的安全性問(wèn)題。主動(dòng)轉(zhuǎn)向的機(jī)械傳動(dòng)裝置安裝在前車(chē)廂內(nèi)，由于前車(chē)廂內(nèi)布置十分擁擠，轉(zhuǎn)向裝置容易與其它零部件發(fā)生干涉，因此要求該裝置設(shè)計(jì)

18、具有最小的體積。由于傳動(dòng)裝置有多個(gè)齒輪傳動(dòng)，存在輪齒側(cè)隙，會(huì)影響輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定位精度。5.2新型雙行星齒輪變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)基于上述問(wèn)題，現(xiàn)今出現(xiàn)了一種新型主動(dòng)轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置。該主動(dòng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置包括了一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置和一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，采用機(jī)械連接，安全性高，且主動(dòng)轉(zhuǎn)向輸出是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒圈經(jīng)行星架輸出，是減速傳動(dòng)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力矩小，從而可以減小機(jī)構(gòu)的尺寸。通過(guò)對(duì)比分析，本新型傳動(dòng)裝置體積明顯縮小，傳動(dòng)效率提高，轉(zhuǎn)動(dòng)定位精度改善，制造成本下降。該變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)是一套集成在轉(zhuǎn)向柱上的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，位于方向盤(pán)和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器之間，包括了一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置和一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置(如圖 2-

19、4 所示)。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置由助轉(zhuǎn)角電機(jī)、蝸桿和蝸輪組成，蝸桿 1 與蝸輪 2 嚙合并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。蝸桿 1 與蝸輪 2 位于殼體內(nèi)。機(jī)械傳動(dòng)裝置的一端通過(guò)輸入軸 4 與方向盤(pán)連接，另一端通過(guò)輸出軸 13 與轉(zhuǎn)向器連接。蝸輪 2 與內(nèi)齒圈 11 固接在一起。機(jī)械傳動(dòng)裝置由兩組并列的 NGW型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成；由太陽(yáng)輪 6、行星齒輪 7、內(nèi)齒圈 8 組成行星排；由太陽(yáng)輪 9、行星齒輪 10、內(nèi)齒圈 11 組成行星排；兩個(gè)行星排的傳動(dòng)比是相同的，太陽(yáng)輪 6、9 是固定在一起的，為兩個(gè)行星排共用。這里的行星排是指行星傳動(dòng)齒輪組，行星排通過(guò)行星架 5 與輸入軸 4 連接；行星排通過(guò)行星架 12 與輸出軸

20、 13 連接。輸入軸 4 的一端與方向盤(pán)連接，另一端與行星架 5 固接在一起；輸出軸 13 的一端與行星架 12 固接在一起，另一端連接轉(zhuǎn)向器。內(nèi)齒圈 8 與行星齒輪 7 嚙合，行星齒輪 7 與太陽(yáng)輪 6 嚙合；太陽(yáng)輪 9 還與行星齒輪 10 嚙合，行星齒輪 10 與內(nèi)齒圈 11 嚙合。內(nèi)齒圈 8 是固定的，內(nèi)齒圈 11 與蝸輪 2 固接在一起，電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒圈 11 旋轉(zhuǎn)。為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，實(shí)際實(shí)施中可將主動(dòng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置與轉(zhuǎn)向器集成在一起；太陽(yáng)輪、行星齒輪之一、內(nèi)齒圈之一、行星齒輪之二、內(nèi)齒圈之二的齒輪可以采用斜齒輪以便減小噪聲；太陽(yáng)輪可以是浮動(dòng)的，也可以支撐在行星架之一和行星架之二兩個(gè)行星架上；主動(dòng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置的兩組 NGW 行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以是不同的，以便與轉(zhuǎn)向器匹配符合最佳轉(zhuǎn)向性能的要求。6.總結(jié)本文簡(jiǎn)單的介紹了汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概念，發(fā)展現(xiàn)狀，分析了其結(jié)構(gòu)和工作原理，并且對(duì)先進(jìn)的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行探究。雖然汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)還不是太成熟，還存在許多地方有待改進(jìn)，但我相信在科學(xué)技術(shù)不斷日益發(fā)展的時(shí)代大背景下，汽車(chē)技術(shù)會(huì)更加成熟，汽車(chē)的舒適性和安全性會(huì)不斷提高，汽車(chē)工業(yè)也會(huì)更加繁榮昌盛。參考文獻(xiàn)：【1】 張紅黨.汽車(chē)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性研究D.江蘇: 江蘇大學(xué), 2009【2】 原健鐘.汽車(chē)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究D廣州華南