【正文】 ，德國(guó)寶馬公司也一直走在前列，一直致力于主動(dòng)轉(zhuǎn)向的研究，德國(guó)寶馬公司和 ZF 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一套主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 論文研究的理論價(jià)值在于：通過(guò)一系列的理論研究以及對(duì)比國(guó)外同行的先進(jìn) 7 技術(shù)，通過(guò)對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種機(jī)制進(jìn)行分析，為我國(guó)的相關(guān)領(lǐng)域提供借鑒。在高速行駛狀態(tài)下，間接轉(zhuǎn)向比和高轉(zhuǎn)向扭矩可保證卓越的駕駛舒適性和直線穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向系定傳動(dòng)比設(shè)計(jì)的缺陷主要表現(xiàn)為：低速或停車工況下駕駛員需要大角度地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)，而高速時(shí)又不能滿足低轉(zhuǎn)向靈敏度的要求，否則車輛的穩(wěn)定性和安全性會(huì)隨之下降。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）的動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛。 2D*控制 ...................................................................................................51 167。 隨速助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ..................................................................................41 167。 奧迪動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能 ......................................................................33 可變的傳動(dòng)比 ...............................................................................33 轉(zhuǎn)向靈活性功能 ...........................................................................34 167。 轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)動(dòng)效率 ..................................................................................24 167。 汽車 主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 概述 ....................................................................9 167。另外利用 labVIEW 編寫(xiě)了數(shù)據(jù)采集程序，設(shè)計(jì)了界面。然后，論文介紹了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與電子穩(wěn)定程序、主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與主動(dòng)懸架集成控制的思想，充分體現(xiàn)了主動(dòng)安 全的設(shè)計(jì)理念。與電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，其技術(shù)核心就是車輛在低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向更輕便、靈活；高速時(shí)，通過(guò)附加一個(gè)前輪轉(zhuǎn)角來(lái)提高操縱穩(wěn)定性。 首先，建立了整車動(dòng)力學(xué)模型和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及輪胎模型等。另外，從行車的舒適性和安全性等角度，參考主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向與電子穩(wěn)定程序性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，包括客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞 ： 主動(dòng)前輪 轉(zhuǎn)向 ； 雙行星齒輪 ； 變傳動(dòng)比 Abstract Active front steering system is through the front wheel steering angle 3 adjustment, change the force and torque distribution front to improve vehicle handling and stability, especially when traveling the road adhesion coefficient in the isolated, wind or road by the large lateral roll effect, the vehicle braking and drive systems without the need to participate, only through the active front steering can improve vehicle handling and stability, the other misuse can be the driver39。 汽車 主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目的和 .意義 .......................................................9 167。 轉(zhuǎn)向系的轉(zhuǎn)動(dòng)比變化特性 ......................................................................24 167。 奧迪動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) ..............................................................34 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元 .......................................................................34 執(zhí)行元件 .......................................................................................35 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向鎖 ...................................................................................37 基準(zhǔn)傳感器 ...................................................................................38 ESP 傳感器 1 與 ESP 傳感器 2.....................................................38 5 167。 奧迪動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與 ESP 系統(tǒng)的配合優(yōu)勢(shì) ...........................................41 167。 側(cè)傾穩(wěn)定性控制 ......................................................................................51 167。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好 壞直接影響汽車的操作穩(wěn)定性，對(duì)于保證汽車的安全行駛、減少交通事故、保護(hù)駕駛員的工作條件起著十分重要的作用。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在前輪負(fù)荷過(guò)大時(shí)往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，很難協(xié)調(diào)輕便性和靈敏性二者之間的矛盾，采用變傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)向器只能部分地緩解二者之間的矛盾，并 不能從根本上解決問(wèn)題；動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置（如液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向油罐、油泵、控制閥、動(dòng)力缸）而形成的。因此，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低 速時(shí)的靈活性要求與高速時(shí)的穩(wěn)定性要求是當(dāng)今車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一。相反，在蜿蜒道路及中低速行駛狀態(tài)下（如調(diào)頭或泊車入位），轉(zhuǎn)向比會(huì)更加直接，以便實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)向精度和輕松的轉(zhuǎn)向操作。 論文研究的現(xiàn)實(shí)意義在于：以為駕駛者提供更好的操控性與安全 性并且能夠根據(jù)不同的情況自動(dòng)選擇最佳轉(zhuǎn)向輔助力和轉(zhuǎn)向比，使輪胎一直保持足夠安全的抓地力。 2020 年寶馬公司在部分寶馬 3系、 5系轎車上裝備了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并成 功上市； 2020 年初，寶馬公司憑借其主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問(wèn)鼎德國(guó)工業(yè)創(chuàng)新獎(jiǎng)；近幾年，隨著寶馬 5系新款不斷推出，也標(biāo)志著寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)逐漸成熟。 Yoshiki Kawaguchi 計(jì)算出了一種基于被動(dòng)適應(yīng)非線性控制器的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 Oh 等通過(guò)對(duì)橫擺角速度和前輪轉(zhuǎn)角的反饋控制，使轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)向力和橫擺力矩間的關(guān)系等到了協(xié)調(diào)，獲得了理想橫擺角速度和橫擺力矩。運(yùn)用跟蹤理想非線性車輛模型的控制策略，分別考慮了在制動(dòng)轉(zhuǎn)彎、不同道路輸入以及側(cè)向風(fēng)干擾時(shí)車輛的穩(wěn)定性，但沒(méi)有考慮到車輛行駛狀態(tài)的識(shí)別，沒(méi)辦法利用看、協(xié)調(diào)控制的策略，來(lái)根據(jù)車輛當(dāng)前的行駛狀態(tài)來(lái)分配 AFS 和 DYC 各自 的任務(wù)。相比 EPS 和 SBW，無(wú)論是從轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性還是安全性，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是當(dāng)前和今后 發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。該發(fā)明將 AFS 模塊和 ESP實(shí)現(xiàn)集成控制，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，有效地提高車輛的操縱穩(wěn)定性。 汽車的 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定著汽車的主動(dòng)安全性和并且是體現(xiàn)操控性的最直接的方面，如何設(shè)計(jì)汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有更好的安全性和操控性始終是各個(gè)汽車生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)的重要研究課題。 80 年代后期，又出現(xiàn)了變減速比的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使駕駛室變得寬敞，布置更方便，降低了轉(zhuǎn)向操縱力，也使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為靈敏。到了 1988 年，日本鈴木公司首先在小型轎車 Cervo 上配備了 Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 1990 年，日本本田公司也在運(yùn)動(dòng) 型轎車 NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于上述安全性和可靠性的原因，目前法律上還不允許將線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接裝備車輛。 該系統(tǒng)除傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)械構(gòu)件外，主要包括兩大核心部件：一是一套雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)疊加轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)變傳動(dòng)比功能；二是 Sewtronic 液力伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力功能。 圖 1 寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖 （ 2）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 一般來(lái)說(shuō)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤(pán)總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成和主控制器 10 (ECU)3 個(gè)主要部分以及自動(dòng)防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2所示。轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成的功能是接受主控制器的命令，通過(guò)轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器控制轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。 167。在高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)方向相反，這就減少了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。同時(shí)， ECU 還根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)回正力矩的要求控制轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩反 11 饋到電機(jī)實(shí)現(xiàn)期望的回正力矩。 寶馬和 ZF公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 AFS系統(tǒng)為代表的機(jī)械式主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,通過(guò)行星齒輪機(jī)械結(jié)構(gòu)增加一個(gè)輸入自由度從而實(shí)現(xiàn)附加轉(zhuǎn)向 ,目前已裝配于寶馬 5 系的轎車上 ,韓國(guó)的 MANDO、美國(guó)的 TRW、日本的 JTEKT 公司也有類似產(chǎn)品。 本論文主要研究?jī)?nèi)容是雙行星齒輪機(jī)構(gòu)在汽車主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的應(yīng)用。逆效率很高的轉(zhuǎn)向器很容易將經(jīng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳來(lái)的路面反力傳到轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤(pán)上，故稱為可逆式轉(zhuǎn)向器。路面作用于轉(zhuǎn)向輪上的回正力矩同樣也不能傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)。轉(zhuǎn)向操縱及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率用于評(píng)價(jià)在這些機(jī)構(gòu)中的摩擦損失，其中轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向主銷等的摩擦損 失約為轉(zhuǎn)向系總損失的 40%～ 50%，而拉桿球銷的摩擦損失約為轉(zhuǎn)向系總損失的 10%～ 15%。轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量 ?? 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量 ??之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比 `iw 。 `pi 與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置型式及其桿件所處的轉(zhuǎn)向位置有關(guān)?？紤]到 `iw ≈ 1，可以看出：轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比 wi 成反比。而轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的變化規(guī)律又因轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)的不同而異。該間隙 ? 隨轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角 ?的改變而改變 。為防止這種情況發(fā)生，要求當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間位置時(shí)轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為無(wú)隙嚙合。為此應(yīng)使傳動(dòng)間隙從中間部位到兩端逐漸增大，并在端部達(dá)到其最大值（曠量轉(zhuǎn)角約為 。 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。 目前較常用的有齒輪齒條式、循環(huán)球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環(huán)球 齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過(guò)球頭座 3與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。另一種是中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6 與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7相連。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。在轉(zhuǎn) 向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 使用機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置可以實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷 較大時(shí)，僅靠駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源則難以順利轉(zhuǎn)向。正常情況下，駕駛員能輕松地控制轉(zhuǎn)向。電子控制技術(shù)在汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用，使汽車的駕駛性能達(dá)到令人滿意的程度。電動(dòng)式 EPS 是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小和方向。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動(dòng)轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸產(chǎn)生液壓作用力，幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操作。常壓式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系如圖 14所示。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向器 6即通過(guò)轉(zhuǎn)向搖臂等桿件使轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)入開(kāi)啟位置。于是，轉(zhuǎn)向加力作用終止。轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸 8的活塞兩邊的工作腔，由于都與低壓回油管路相通而不起作用。地面轉(zhuǎn)向阻力經(jīng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳到轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的推桿和活塞上，形成比轉(zhuǎn)向控制閥節(jié)流阻力高得多的油泵輸出管路阻力。常流式的優(yōu)點(diǎn)則是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，油泵壽命長(zhǎng)，漏泄較少，消耗功率也較少。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部位的不同，將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為三類：轉(zhuǎn)向軸助力式（圖15）、轉(zhuǎn)向器小齒輪助力式（圖 16）和齒條助 力式（圖 17）。 2）小齒輪助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的扭矩傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)仍為一體，只是整體安裝在轉(zhuǎn)向小齒輪處，直接給小齒輪助力，可獲得較大的轉(zhuǎn)向力。這種結(jié)構(gòu)是第一代電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于電動(dòng)機(jī)位于齒條殼體內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維修也很困難。電控單元根據(jù)這些輸入信號(hào)，確定助力轉(zhuǎn)矩的