【正文】 ........................................................................................ 31 本章小結 ............................................................................................. 32 結論 .................................................................................................................... 34 參考文獻 ............................................................................................................ 35 致謝 .................................................................................................................... 37 附錄 1 開題報告 ............................................................................................... 38 附錄 2 文獻綜述 ............................................................................................... 42 附錄 3 中文翻譯 ............................................................................................... 45 附錄 4 英文文獻 ............................................................................................... 49 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 從 1886 年第一輛汽車誕生至今已經 100 多年了，汽車這一被稱為 “ 改變世界的機器 ” ，早已從價格昂貴的奢侈品變成了現代社會不可或缺的重要交通工具之一。電機不工作時，由于渦輪蝸桿的自鎖，行星架燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 2 被固定，此時轉向盤與輸出太陽輪間的傳動比由雙行星齒輪機構的傳動比決定。 3． 光洋精工主動轉向系統(tǒng) 日本光洋精工在 2021 年 5 月 18日～ 20 日于日本橫濱 Pacifico 會展中心舉辦的 “ 2021 年人與車科技展 ” 上 ，展出了正在開發(fā)的主動轉向裝置 “ 差動裝置型主動轉向系統(tǒng) ” 。對于具體的應用計劃和對象車型，光洋精工的現場工作人員表示 “ 尚在探討 ” 。針對電動助力轉向系統(tǒng)的車輛低速回正性差，而高速時又容易出現回正超調的現象，提出了一種新型的回正和主動阻尼控制策略 [8]，該控制策略能夠改善車輛低速時的回正性，抑制車輛中高速時的回正超調現象，并且在施加了回正與主動阻尼控制后，駕駛員的操縱手感沒有受到不良的影響。根據控制系統(tǒng)的不同特點，對 EPS 執(zhí)行器進行抵抗傳感器噪聲和外部干擾輸入的標準 ?H 魯棒控制器設計 ；對于 AFS 執(zhí)行器針對車輛行駛中側偏剛度的攝動和外界側向風干擾，進行混合 LQR/ ?H 的魯棒最優(yōu)控制器設計，以提高主動前輪轉向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能、魯棒性能和抗干擾性能。但這并不意味著我國在該領域將會永遠無所作為，一直跟在發(fā)達國家后面邯鄲學步。 4． 運行 catia 軟件，完成寶馬主動轉向器液壓助力轉向機構的三維立體圖。液壓助力轉向系統(tǒng)在回正過程中，不可避免存在閥芯和閥套之間的殘余角，即轉向盤回到中間位置時助力壓差不能立即減少為零，形成阻礙回正的阻力矩，影響車輛轉向的回正特性。根據控制方式不同又可分為流量控制式、壓力控制式 、反力控制式和閥特性控制式等多種形式。直到 1988 年日本鈴木公司首次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動助力轉向系統(tǒng)，才真正擺脫了液壓動力轉向系統(tǒng)的束縛。新一代的 EPS 則不僅在低速和停車時提供助力，而且還能在高速時提高汽車的操縱穩(wěn)定性。世界其他各大汽車廠家、研發(fā)機構（包括 DaimlerChrysler、寶馬、 ZF、 DELPHI、 TRW 等）以及日本的光洋（ Koyo）精工技術研究所、日本國立大學、本田汽車公司等也先后對汽車電子轉向系統(tǒng)做了深入研究。 目前由于汽車供電系統(tǒng)的因素，轉向電動機難以提供較大功率，現階段電子轉向系統(tǒng)的研究以及近期的應用對象主要針對轎車。 轉向盤總成包括：轉向盤、轉向盤轉角傳感器、力矩傳感器、轉向盤回正力矩電機。這些車輛采用地下埋線、激光和機器視覺獲取車輛在道路上的行駛姿態(tài)，通過主動轉向系統(tǒng)進行導航控制。另一種是電控可變傳動比轉向系統(tǒng)，韓國的 MANDO(AFS)、日本的 JTEKT 公司以開發(fā)出相關產品。通過主動轉向系統(tǒng)主動控制車輛的前輪轉角，以前輪轉角 作為系統(tǒng)輸入，影響車輛質心側傾角和橫擺角速度狀態(tài)，提高車輛操縱穩(wěn)定性 [1921]。而主動轉向系統(tǒng)根據制動壓力等信號計算出所需補償的橫擺力矩并通過調整相應的前輪轉向角實現方向調節(jié)。 對于車輛主動轉向而言 ，主要是根據實際需求建立不同自由度的車輛建立車輛動力學模型。因此，研究車輛主動轉向系統(tǒng)具有十分重要的理論和實踐意義。最優(yōu)控制系統(tǒng)設計，在于選擇最優(yōu)控制律，以便使該性能指標達到極值 (極大或極小 )。豐富的發(fā)展史也說明轉向系統(tǒng)對于汽車整體有著非常重要的地位，可以肯定轉向系統(tǒng)還將繼續(xù)得到大力發(fā)展。而相反， 如果傳動比較小，車輛在高速下顯得比較穩(wěn)重，低速下轉向就比較吃力。那么，所謂的主動式轉向并不是需要汽車轉向時它會自動轉向，它只是對駕駛員的轉向動作起一種輔助性作用，以便 駕駛員更安全、準確、輕松地按自己的意圖實現轉向。速度較高時，伺服電機會反向補償方向盤轉角。電子轉向助力系統(tǒng)可作為選裝裝備選裝。當主動轉向系統(tǒng)出現非期望的自轉向動作時，電磁鎖插入執(zhí)行單元的蝸桿傳動機構內將執(zhí)行單元鎖死，確保執(zhí)行單元不干涉轉向系統(tǒng)工作。 4 輸出高壓油 7. 限流器口 1234567燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 24 圖 36 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 如圖 36所示。當轉向盤不動，即主動太陽輪固定時，可由伺服電機驅動渦輪通過行星齒輪機構將動力傳遞給從動太陽輪。 由式 (46)(48)以及式 (410)(413)，得到： 1 1 2 22 ( ) 2 ( )d s d s sC A p p C A p p Q??? ? ? ? (414) 1 1 4 1 0 12 ( ) 2 ( )d s d LC A p p C A p p Q? ? ? ? (415) 3 2 0 2 2 22 ( ) 2 ( )d d s LC A p p C A p p Q??? ? ? ? (416) 轉閥節(jié)流面積變化數學模型 根據實測閥套和閥芯，其結構 如 圖 43 所示 。 令：0 1012 ( )skpp? ?? 則： 112 ( ) /ssp p k p k p?? ? ? 222 ( ) /p p k p k p?? ? ? 2 0 22( ) /p p k p??? 1 0 12( ) /p p kp??? 則方程組 式（ 4120） （ 422） 變形為： 1 1 2 2( ) ( )d s d s sC A k p p C A k p p Q? ? ? ? (425) 1 1 2 1 1 2( ) ( )d s d p a iC A k p p C A k p A x C p p? ? ? ? ? (。 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 。這樣與傳統(tǒng)轉向相同，方向柱實現固定傳動比。 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。 總轉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）。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。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。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。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。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。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。 控制理論在車輛主動轉向系統(tǒng)中的應用 為實現車輛主動轉向控制，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?？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。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)生制動跑偏現象。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。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。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)。駕駛員轉向操作僅僅是向車輛輸入駕駛意圖，控制器根據駕駛員意圖、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。 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。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。 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。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)。 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。 （ 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。 2． 完成電液主動轉向器液壓助 力轉向機構的設計。 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。 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。 如 圖 15 為 吉林大學線控轉向試驗臺 。 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。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。行星齒輪架外側為渦輪，與電機上的蝸桿相聯，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，實現轉向盤與轉向機之間的可變傳動比控制。 關鍵詞 主動轉向；液壓助力轉向系統(tǒng)； 可變轉向傳動比 Abstract II Abstract Steering system is an important for lane changing control of wheeled vehicles. Its performance influences vehicle steer ability and stability directly. Active front steering varies the steering ratio electronically in direct relation to the speed and road conditions. Under normal road conditions at low and medium speeds, the steering bees more direct, requiring less steering effort of the driver, increasing the car?s agility