主動(dòng)轉(zhuǎn)向的形式和工作原理20090302

1、 這套機(jī)構(gòu)包括兩副行星齒輪機(jī)構(gòu)，共用一個(gè)行星架進(jìn)行動(dòng)力傳遞。主動(dòng)太陽輪2與轉(zhuǎn)向盤相連，將轉(zhuǎn)向盤上輸入的轉(zhuǎn)向角經(jīng)由行星架傳遞給行星齒輪副3。而行星齒輪副6具有兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸入自由度，一個(gè)是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個(gè)是由伺服電機(jī)通過一個(gè)自鎖式蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)的齒圈輸入，即所謂的疊加轉(zhuǎn)角輸入。太陽輪11作為輸出軸，其輸出的轉(zhuǎn)向角度是由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向角度疊加得到，也就是汽車的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度。低速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相同，疊加后增加了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，可以減少轉(zhuǎn)向力的需求。高速時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)相反，疊加后減少了實(shí)際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過程會(huì)變得

2、更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。該齒輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)具有如下3種驅(qū)動(dòng)方式：a.伺服電機(jī)即渦輪固定不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角通過主動(dòng)太陽輪將動(dòng)力傳遞給雙行星齒輪機(jī)構(gòu)中間的行星架，再由從動(dòng)太陽輪輸出。與此同時(shí)，前軸上的地面反力也通過相同的途徑為駕駛員提供轉(zhuǎn)向路感，這也是在不裝備主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛上駕駛員對(duì)于前輪轉(zhuǎn)向的操縱過程。b.轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)，即主動(dòng)太陽輪固定時(shí)，可由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪通過行星齒輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞給從動(dòng)太陽輪。c.在通常情況下，主動(dòng)太陽輪和伺服電機(jī)是共同工作的，車輪轉(zhuǎn)角是駕駛員轉(zhuǎn)向角和伺服電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角的疊加。該布置方式的優(yōu)點(diǎn)：（1）保留了原來從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向輪的機(jī)械連接,在電機(jī)發(fā)生故障時(shí)仍能保

3、證轉(zhuǎn)向安全性。（2）與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,僅在轉(zhuǎn)向管柱上加入雙行星齒輪機(jī)構(gòu),而原有齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的摩擦及剛度條件不變,對(duì)駕駛員來說有利于保持原有的操縱感覺，由雙行星齒輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的作用反力矩,可通過改變?cè)械闹刂七M(jìn)行補(bǔ)償。（3）雙行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)行于低速條件,有利于減少噪聲。（4）雙行星齒輪機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向小齒輪集成在一起,使結(jié)構(gòu)更加緊湊。式中，iD為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總傳動(dòng)比；s為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角；iM為蝸輪、蝸桿傳動(dòng)比；M為電機(jī)調(diào)整角。在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角低頻輸入的條件下（如f=0.3Hz），橫擺角速度和側(cè)向加速度對(duì)于前輪轉(zhuǎn)向角的響應(yīng)可以簡(jiǎn)化為一階滯后環(huán)節(jié)，即： 研究表明，Tr+Ty標(biāo)志著車輛系統(tǒng)的響應(yīng)速度，當(dāng)

4、Tr和Ty均上升時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)變慢；Tr和Ty標(biāo)志轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)態(tài)感覺，隨著該時(shí)間常數(shù)差的增加，穩(wěn)態(tài)的感覺下降。這說明駕駛員轉(zhuǎn)向角輸入與橫擺角速度、側(cè)向加速度間的相位滯后能極大地影響人-車閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)特性。通過加入諸如PD比例-微分控制等環(huán)節(jié)來補(bǔ)償相位滯后以改善人-車閉環(huán)響應(yīng)特性，可提高車輛的轉(zhuǎn)向靈活性。除了可變傳動(dòng)比設(shè)計(jì)外，穩(wěn)定性控制功能是寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點(diǎn)。危險(xiǎn)工況下該系統(tǒng)通過獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向干預(yù)來穩(wěn)定車輛，通過主動(dòng)改變駕駛員給定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使得車輛響應(yīng)盡可能與理想的車輛響應(yīng)特性相一致。圖5為采用了模型跟蹤的控制策略。首先通過線性兩自由度參考模型并根據(jù)當(dāng)前駕駛員轉(zhuǎn)向角及車速計(jì)算得到

5、期望的橫擺角速度，但期望橫擺角速度最大值又受到路面附著系數(shù)和車速V的限制，其最大值為： 類似于橫擺角速度控制功能，寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還提供了橫擺力矩補(bǔ)償功能，以提高在分離系數(shù)路面上車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性。在該工況下，由于左、右輪上不等制動(dòng)力會(huì)產(chǎn)生繞車輛質(zhì)心的橫擺力矩，使得車輛發(fā)生制動(dòng)跑偏現(xiàn)象。傳統(tǒng)的ESP電子穩(wěn)定程序通過調(diào)節(jié)4個(gè)車輪上的制動(dòng)力來使得左、右車輪的制動(dòng)力盡量相等，但以減小制動(dòng)減速度、增大制動(dòng)距離為代價(jià)。而主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)制動(dòng)壓力等信號(hào)計(jì)算出所需補(bǔ)償?shù)臋M擺力矩并通過調(diào)整相應(yīng)的前輪轉(zhuǎn)向角來實(shí)現(xiàn)方向調(diào)節(jié)。在這一過程中駕駛員無需對(duì)轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行修正，減輕了駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，保持了制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，減小了制動(dòng)距離。通過這一技術(shù)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)ABS/ESP相比，可使制動(dòng)距離最多減少15%。 寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上