【正文】 謝謝”。在馬老師的影響下，我對車輛設計有了全新的認識，并且實實在在學到了知識，這對即將參加工作的我來說意義非凡。1990年3月，第一版。：9397。武漢：武漢理工大學，2004。電動助力轉向匹配分析及性能評價研究[碩士論文]。農業(yè)機械學報，：46。線控轉向系統(tǒng)的主動轉向控制策略研究。9 李強，施國標，林逸。中國機械工程，：652657。6 蔣勵，余卓平，高曉杰?；陔p自適應Kalman濾波的線控轉向汽車傳感器故障診斷。吉林大學學報（工學版），：12291235。線控轉向穩(wěn)態(tài)增益與動態(tài)反饋校正控制算法。因此，汽車工業(yè)在帶動其它各行各業(yè)的發(fā)展中，已日益顯示出其作為重要支柱產業(yè)的作用。圖44 總裝配結構圖圖45 閥套圖46 閥芯 本章小結本章以寶馬汽車轉向系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機構實現(xiàn)了獨立于駕駛員的轉向疊加功能，我們選擇最優(yōu)的方法進行車輛動力學建模，詳細地給出液壓助力轉向系統(tǒng)各部件間的計算和聯(lián)系，是畢設活動的核心內容，完美詮釋了轉向系統(tǒng)的中心內容。令：則：則方程組式（4120）（422）變形為： (425) (426) (427)根據(jù)方程組式（425）（427），求得 (428) (429) (430)表41 參數(shù)選取表參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值2 圖形說明經過這一個學期的畢設時間，我學會用CATIA繪制三維圖，并轉化為二維圖，除了從立體角度全方位了解轉向系統(tǒng)，同時完成圖紙二維的設計和展示。由于，扭桿在中位時左右兩側各有的余量，如果轉換為閥芯與閥套相對旋轉角度左右各有，即如果駕駛員向方向盤施加轉矩讓閥芯與閥套產生相對角度超過，油路打開。正常情況下，駕駛員施加在轉向轉矩為至，在此范圍內為扭桿變形范圍。其關系如下所示：當方向盤無狀態(tài)輸入時，只有電機起作用， (31)當電機無狀態(tài)輸入，轉向傳動比不發(fā)生改變， (32)當方向盤和電機同時作用時， (33) (34) (35)式中：、為太陽輪和行星齒輪齒數(shù)， 、分別為電機轉速、方向盤轉速、方向盤控制輸出總轉角轉速，電機控制總轉角轉速。這樣與傳統(tǒng)轉向相同，方向柱實現(xiàn)固定傳動比。左側的主動太陽輪與轉向盤相連，將轉向盤上輸入的轉向角經由行星架傳遞給右側的行星齒輪副。圖36為行星齒輪主動前輪轉向機構原理圖，圖37行星齒輪主動前輪轉向機構外觀圖。如圖35所示，車輛發(fā)動機啟動后給油泵提供動力，通過壓力控制閥控制轉向器油缸中的壓力，同時通過節(jié)流閥控制流向轉向器油缸液壓油的流量，減小由于壓力波動對轉向系統(tǒng)的沖擊?？傓D向角傳感器用于采集轉向齒輪的旋轉角信號，由此獲得車輛的車輪轉向角（或轉向角）。通過對主動轉向試驗的研究，來探索到最佳的輔助轉向角控制，使汽車在高速行駛的過程中轉向自如，低速行駛時輕便快捷，不僅僅讓駕駛員享受到了操控的輕松自如，更重要的是在你高速狀況遇到緊急事件的時候可以輕松應付，增強了駕駛過程的安全性。只有通過該轉向系統(tǒng)已無法保證車輛穩(wěn)定時，DSC才開始工作。偏轉率調節(jié)(DSC支持)；主動轉向系統(tǒng)輔助DSC使車輛穩(wěn)定下來。轉動轉向盤時不必換手，停車狀態(tài)下轉動兩圈即可將方向盤從一側限位位置轉到另一側限位位置。讓駕駛者在低速轉向時感覺輕松，而在高速轉向時感覺更加安全。如直接橫擺力矩控制（DYC）和電子穩(wěn)定性控制（ESP），DYC通過采用額外的橫擺力矩來產生，來抵消該力矩；ESP則通過減少制動力達到力矩的平衡，來提高車輛的穩(wěn)定性，即在穩(wěn)定性和制動距離之間折中，為提高汽車的穩(wěn)定性而增加汽車的有效制動距離。因而這也是工程師們面臨的一個比較困難的選擇：如果采用直接轉向，駕駛者在過急彎時就不需要大幅轉動方向盤，但是在高速行駛時，方向盤細微的動作都將會影響到行駛穩(wěn)定性；反過來說，轉向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過彎時的操控性。而傳統(tǒng)的轉向操縱機構由方向盤、轉向軸、轉向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉動轉向盤的操縱力傳給轉向器，由于轉向系統(tǒng)只有固定的傳動比，存在著一定的弊病。液壓助力裝置部分由液壓助力器、儲油箱、轉向油泵及管路等組成。很顯然系統(tǒng)是多輸入系統(tǒng)，利用控制理論協(xié)調各種控制輸入關系，實現(xiàn)變傳動比控制、輪胎回正控制、主動轉向控制是車輛主動轉向應用的前提條件?？刂?，一般首先采用反饋線性化方法將非線性被控對象線性化，比如通過非線性狀態(tài)前饋將非線性部分抵消，得到一個線性的簡化模型(通常是時域內的)，然后按線性控制設計方法(一般先化為標準控制問題)設計反饋控制器，使得閉環(huán)系統(tǒng)對不確定界內的任意攝動具有魯棒穩(wěn)定性。最具代表性的是最優(yōu)控制，就是在一定的具體條件下，在完成所要求的具體控制任務時，系統(tǒng)的某些性能指標最佳。寶馬穩(wěn)定性控制采用了模型跟蹤的控制策略。 控制理論在車輛主動轉向系統(tǒng)中的應用為實現(xiàn)車輛主動轉向控制，性能優(yōu)良的控制器是車輛主動轉向必不可少的部分，所以控制理論在車輛主動轉向系統(tǒng)上的應用十分重要。對于整個系統(tǒng)仿真時，車輛模型應該選用模型階次較高的模型?？v向動力學研究車輛直線運動及其控制問題，主要是車輛沿前進方向的受力與其運動的關系。 汽車主動轉向系統(tǒng)支持技術 車輛動力學汽車系統(tǒng)動力學是研究人車系統(tǒng)中，人和車輛作用的相互匹配問題。在該工況下，由于左右輪上下不等的制動力會產生繞車輛質心的橫擺力矩，使得車輛發(fā)生制動跑偏現(xiàn)象。而且輔助系統(tǒng)可以降低駕駛員疲勞，補償駕駛員的人為誤差和駕駛員的反應時間。例如在車輛受到側向陣風作用時，由于側向風導致車輛受到側向力，而此側向力是通過輪胎變形提供側向力與之平衡，那么即使在前輪轉角未改變時，車輛的航跡角也會發(fā)生改變。 主動轉向控制技術（1）可變轉向傳動比可變轉向傳動比是指車輛在行駛過程中，通過主動轉向使轉向傳動比隨車速變化，從而改善車輛操縱性能的控制技術[18]。在整個泊車過程中，駕駛員只需制動車輛，而不需要對車輛前輪轉角進行控制。近十幾年來，主動轉向開始應用于普通的車輛上。當汽車處于非穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛員發(fā)出錯誤指令時，線控轉向系統(tǒng)將會把駕駛員錯誤的轉向意圖進行屏蔽，通過自動進行穩(wěn)定控制，使汽車盡快地恢復穩(wěn)定狀態(tài)。轉向執(zhí)行總成包括前輪轉角傳感器、轉向執(zhí)行電機、轉向電機控制器和前輪轉向組件等。駕駛員轉向操作僅僅是向車輛輸入駕駛意圖，控制器根據(jù)駕駛員意圖、車輛狀態(tài)和路面狀況確定合理的前輪轉角，實現(xiàn)轉向系統(tǒng)的智能控制，提高車輛的穩(wěn)定性，降低駕駛員的勞動強度。隨著蓄電池技術的發(fā)展和42 V電子設備在汽車上的應用，全電子轉向系統(tǒng)將應用到中型和重型車上。寶馬汽車公司概念車BMWZ22，應用了SBWS和BBW（BrakeByWire）技術，轉向盤的轉動范圍減少到了160176。日本Koyo技術研究所根據(jù)他們自己的研究試驗結果，利用電子轉向系統(tǒng)進行主動控制的汽車，在摩擦系數(shù)很小的堅實雪地上進行蛇行、移線、側向風試驗中基本按照預定的軌跡行駛，比傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)在路線跟蹤性能上有較大的提高。早在20世紀60年代末，德國Kasselmann等試圖將轉向盤與轉向車輪之間通過導線連接（即電子轉向系統(tǒng)），但由于當時電子和控制技術的制約，電子轉向系統(tǒng)一直無法在實車上實現(xiàn)。由Delphi公司為Funte車開發(fā)的EPS為全范圍助力型，并且設置了兩個開關，其中一個用于郊區(qū)，另一個用于市區(qū)和停車。EPS的助力形式也從低速范圍助力型向全速范圍助力型發(fā)展，并且其控制形式與功能也進一步加強。日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司，美國的Delphi公司，英國的Lueas公司，德國的ZF公司，都研制出了各自的EPS。在20世紀80年代后期，又開發(fā)了變減速比、電控液壓動力轉向系統(tǒng)。不過由于其技術較為成熟，可以實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)一體化，以此作為傳統(tǒng)液壓動力轉向系統(tǒng)向先進轉向系統(tǒng)發(fā)展的過度產品，在現(xiàn)階段仍具有相當優(yōu)勢，并且還將繼續(xù)得到改進和發(fā)展。與液壓助力轉向系統(tǒng)相比，系統(tǒng)增加了液壓反應裝置和液流分配閥，而加設的電控系統(tǒng)包括動力轉向ECU、電磁閥和車速傳感器等。不同類型電動助力轉向系統(tǒng)的基本原理是相同的：當駕駛員操縱方向盤時，裝置轉向軸上的傳感器實時測量轉向軸的轉矩值，并將轉矩信號和車輛狀態(tài)信息送入控制單元，根據(jù)不同工況實施不同的轉向控制策略，由控制器輸出轉向控制信息，控制電機輸出適當?shù)碾姶呸D矩和電機旋轉方向，由減速系統(tǒng)進行減速增牛后施加在車輛的轉向軸上，實現(xiàn)車輛助力轉向。（2）助力特性不能隨著車輛速度的變化進行自動調節(jié)，無法兼顧車輛低速轉向的輕便性和高速轉向的轉向路感。并且，明確本次畢設的目的，希望此次研究能夠給之后的研究者提供幫助。2．完成電液主動轉向器液壓助力轉向機構的設計。 主要研究內容查閱電液主動轉向系統(tǒng)的相關資料，運用所學的專業(yè)知識，了解寶馬主動轉向器的結構及其工作原理。車輛系統(tǒng)是一個集電子、計算機、機械等各種高新技術于一體的復雜系統(tǒng)，進行全方位的研究一般情況下存在實際困難。由于人的性格、年齡、性別等方面的差異，使人的因素成為最難控制的因素。上海交通大學針對電動前輪主動轉向控制系統(tǒng)進行了較為深入的研究[1213]，將系統(tǒng)解耦為EPS執(zhí)行器和AFS執(zhí)行器，分別進行控制研究。北京理工大學在線控轉向對操作性能的影響與控制策略方面進行了理論研究[911]。如圖15為吉林大學線控轉向試驗臺。圖14 光洋主動轉向系統(tǒng) 國內研究現(xiàn)狀主動轉向作為一項汽車主動安全技術具有很大的潛在市場需求，國內的相關研究主要集中在高校，尚處于控制技術的理論研究和實驗室原理樣機的開發(fā)階段。另外，ZF公司方式需要3個行星齒輪裝置，而光洋方式則減小到了2個，因此能夠降低20%的成本。配置在豎軸中間，與主動轉向裝置之外的油壓動力方向盤等助力裝置配合使用。通過這兩個部分協(xié)調控制前輪轉角和轉矩適應道路調節(jié)和駕駛員轉向意圖的要求。同時，系統(tǒng)中的電子液力伺服機構根據(jù)車速和轉向角進行助力控制。行星齒輪架外側為渦輪，與電機上的蝸桿相聯(lián)，通過控制電機的轉速和方向控制行星架的轉速和轉動方向，實現(xiàn)轉向盤與轉向機之間的可變傳動比控制。目前，主動轉向器（Active Steering，AS）、四輪轉向系統(tǒng)（Four Wheel Steering，4WS）等新技術正在成為汽車電子零部件企業(yè)、整車企業(yè)、高校和研究機構的研究熱點。目前汽車的發(fā)展方向是安全、節(jié)能和環(huán)保，作為汽車主動安全的轉向系統(tǒng)隨著科學技術的進步從簡單的純機械式轉向系統(tǒng)[1]（Manual Steering，MS）、液壓助力轉向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，HPS）、電動助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering，EPS）的發(fā)展過程。該結構中，轉向軸一端通過與輸入太陽輪相聯(lián)，輸入太陽輪一側與雙行星齒輪的一側相聯(lián)，雙行星齒輪的另一側與輸出太陽輪相聯(lián)，實現(xiàn)駕駛員施加的轉矩向轉向器提供轉矩。通常一般轎車傳動比為16:1和18:1之間，而寶馬的主動前輪轉向系統(tǒng)的傳動比可以在10:1至18:1間連續(xù)變化，其傳動比與車輛速度的關系曲線如圖4所示。轉向助力的大小則通過單獨控制的模塊控制。其結構類似于寶馬采用的德國ZF Lenksysteme公司開發(fā)的裝置，使用多個行星齒輪裝置，改變輪胎的后傾角。為了消除這種現(xiàn)象，通過追加“反作用力馬達”，可避免將扭矩傳給司機。光洋主動轉向系統(tǒng)如圖14。在分析裝載機路感特性的基礎上，提出控制策略，設計了一種基于BP神經網絡整定的自適應PID控制器[3]，實現(xiàn)了PID參數(shù)的在線調整；利用Riccati方程對汽車線控轉向傳感器故障進行了重構研究，同時利用雙自適應Kalman濾波對線控轉向傳感器進行故障診斷[45]，并進行了容錯控制。同時同濟大學2004年開發(fā)了線控轉向系統(tǒng)用于4 WD電動車“春暉三號”。江蘇大學提出了基于穩(wěn)態(tài)增益的主動轉向系統(tǒng)可變傳動比模型，通過分析轉動前輪轉向系統(tǒng)雙行星齒輪機構的原理，根據(jù)前輪轉角和合成機理，分別建立了方向盤轉角和疊加轉角的運動學模型，通過比較單、雙行星齒輪機構輸出軸與輸入軸的轉速差，推導出基于雙行星齒輪機構的電機轉角隨方向盤轉角及傳動比的變化關系；為了改善汽車的動態(tài)轉向特性及其在高速直線行駛時的抗干擾能力，以車速為輸入變量，參考車輛系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益的變化范圍，構建了可變傳動比計算模型。圖16 上海交通大學主動轉向試驗臺 本文研究意義安全、節(jié)能與環(huán)保是21世紀汽車發(fā)展的三大主題，而整個交通系統(tǒng)包括車路人三個部分，根據(jù)相關研究表明，其中人的因素是最主要的。但是由于技術和成本等諸方面的原因，目前主動轉向系統(tǒng)只在少數(shù)世界著名品牌高端車上應用，國內自主品牌至今尚未應用，因此開發(fā)性能可靠，價格較低的車輛主動轉向系統(tǒng)不但可以打破國外公司的技術壟斷，還可以降低整個系統(tǒng)的成本，使該系統(tǒng)安裝于我國自主品牌的高端車上，加速該系統(tǒng)的普及。結合我國國情（經濟條件、工業(yè)條件、科研條件等），在某一方面或某些方面，進行深入、細致的研究，將為我國車輛主動轉向方面的研究提供有價值的理論和技術支持，為今后的發(fā)展及實際應用打下堅實的基礎。擬解決的主要問題：1．深入了解寶馬電液主動轉向器液壓助力轉向機構的結構及其工作原理。 本章小結了解了汽車轉向系統(tǒng)的主要性，其中電液助力轉向系統(tǒng)為先進的電動助力轉向系統(tǒng)發(fā)展的過渡產品，在現(xiàn)階段仍相當具有優(yōu)勢，并且還將繼續(xù)得到改進和發(fā)展。液壓助力轉向存在以下缺點[14]：（1）液壓助力轉向系統(tǒng)在汽車行駛時需要消耗一定的能量，增加了液壓油泵、液壓缸、油管和一些輔助裝置，增加的汽車行駛時的油耗，其燃油經濟性較差。 電動助力轉向系