【正文】 ........................................................................................ 31 本章小結(jié) ............................................................................................. 32 結(jié)論 .................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................ 35 致謝 .................................................................................................................... 37 附錄 1 開題報(bào)告 ............................................................................................... 38 附錄 2 文獻(xiàn)綜述 ............................................................................................... 42 附錄 3 中文翻譯 ............................................................................................... 45 附錄 4 英文文獻(xiàn) ............................................................................................... 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(jīng) 100 多年了，汽車這一被稱為 “ 改變世界的機(jī)器 ” ，早已從價(jià)格昂貴的奢侈品變成了現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要交通工具之一。電機(jī)不工作時(shí)，由于渦輪蝸桿的自鎖，行星架燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 被固定，此時(shí)轉(zhuǎn)向盤與輸出太陽輪間的傳動(dòng)比由雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比決定。 3． 光洋精工主動(dòng)轉(zhuǎn)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(huì)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(dòng)轉(zhuǎn)向裝置 “ 差動(dòng)裝置型主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ” 。對(duì)于具體的應(yīng)用計(jì)劃和對(duì)象車型，光洋精工的現(xiàn)場(chǎng)工作人員表示 “ 尚在探討 ” 。針對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛低速回正性差，而高速時(shí)又容易出現(xiàn)回正超調(diào)的現(xiàn)象，提出了一種新型的回正和主動(dòng)阻尼控制策略 [8]，該控制策略能夠改善車輛低速時(shí)的回正性，抑制車輛中高速時(shí)的回正超調(diào)現(xiàn)象，并且在施加了回正與主動(dòng)阻尼控制后，駕駛員的操縱手感沒有受到不良的影響。根據(jù)控制系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，對(duì) EPS 執(zhí)行器進(jìn)行抵抗傳感器噪聲和外部干擾輸入的標(biāo)準(zhǔn) ?H 魯棒控制器設(shè)計(jì) ；對(duì)于 AFS 執(zhí)行器針對(duì)車輛行駛中側(cè)偏剛度的攝動(dòng)和外界側(cè)向風(fēng)干擾，進(jìn)行混合 LQR/ ?H 的魯棒最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)，以提高主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)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(guó)在該領(lǐng)域?qū)?huì)永遠(yuǎn)無所作為，一直跟在發(fā)達(dá)國(guó)家后面邯鄲學(xué)步。 4． 運(yùn)行 catia 軟件，完成寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向器液壓助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的三維立體圖。液壓助力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向盤回到中間位置時(shí)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(zhuǎn)向的回正特性。根據(jù)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(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，才真正擺脫了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。新一代的 EPS 則不僅在低速和停車時(shí)提供助力，而且還能在高速時(shí)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(jī)構(gòu)（包括 DaimlerChrysler、寶馬、 ZF、 DELPHI、 TRW 等）以及日本的光洋（ Koyo）精工技術(shù)研究所、日本國(guó)立大學(xué)、本田汽車公司等也先后對(duì)汽車電子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)難以提供較大功率，現(xiàn)階段電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究以及近期的應(yīng)用對(duì)象主要針對(duì)轎車。 轉(zhuǎn)向盤總成包括：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤回正力矩電機(jī)。這些車輛采用地下埋線、激光和機(jī)器視覺獲取車輛在道路上的行駛姿態(tài)，通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航控制。另一種是電控可變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，韓國(guó)的 MANDO(AFS)、日本的 JTEKT 公司以開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品。通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主動(dòng)控制車輛的前輪轉(zhuǎn)角，以前輪轉(zhuǎn)角 作為系統(tǒng)輸入，影響車輛質(zhì)心側(cè)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(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)向角實(shí)現(xiàn)方向調(diào)節(jié)。 對(duì)于車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向而言 ，主要是根據(jù)實(shí)際需求建立不同自由度的車輛建立車輛動(dòng)力學(xué)模型。因此，研究車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在于選擇最優(yōu)控制律，以便使該性能指標(biāo)達(dá)到極值 (極大或極小 )。豐富的發(fā)展史也說明轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于汽車整體有著非常重要的地位，可以肯定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還將繼續(xù)得到大力發(fā)展。而相反， 如果傳動(dòng)比較小，車輛在高速下顯得比較穩(wěn)重，低速下轉(zhuǎn)向就比較吃力。那么，所謂的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向并不是需要汽車轉(zhuǎn)向時(shí)它會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，它只是對(duì)駕駛員的轉(zhuǎn)向動(dòng)作起一種輔助性作用，以便 駕駛員更安全、準(zhǔn)確、輕松地按自己的意圖實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。速度較高時(shí)，伺服電機(jī)會(huì)反向補(bǔ)償方向盤轉(zhuǎn)角。電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)可作為選裝裝備選裝。當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)非期望的自轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)，電磁鎖插入執(zhí)行單元的蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)將執(zhí)行單元鎖死，確保執(zhí)行單元不干涉轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作。 4 輸出高壓油 7. 限流器口 1234567燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 36 行星齒輪主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理圖 圖 37 行星齒輪主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)外觀 如圖 36所示。當(dāng)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。 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(zhuǎn)閥節(jié)流面積變化數(shù)學(xué)模型 根據(jù)實(shí)測(cè)閥套和閥芯，其結(jié)構(gòu) 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(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩為 至 ，在此范圍內(nèi)為扭桿變形范圍 。這樣與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向相同，方向柱實(shí)現(xiàn)固定傳動(dòng)比。 圖 36 為行星齒輪主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理圖， 圖 37 行星齒輪主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)外觀圖。 總轉(zhuǎn)向角傳感器用于采集轉(zhuǎn)向齒輪的旋轉(zhuǎn)角信號(hào)，由此獲得車輛的車輪轉(zhuǎn)向角（或轉(zhuǎn)向角）。只有通過該 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已無法保證車輛穩(wěn)定時(shí)， DSC 才開始工作。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)不必?fù)Q手，停車狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈即可將方向盤從一側(cè)限 位位置轉(zhuǎn)到另一側(cè)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(chǎn)生，來抵消該力矩； ESP 則通過減少制動(dòng)力達(dá)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(dòng)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(dòng)距離。而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)由方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器，由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只有固定的傳動(dòng)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(diào)各種控制輸入關(guān)系，實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比控制、輪胎回正控制、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制是車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向應(yīng)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(wù)時(shí)，系統(tǒng)的 某些性能指標(biāo)最佳。 控制理論在車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用 為實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制，性能優(yōu)良的控制器是車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向必不可少的部分，所以控制理論在車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的應(yīng)用十分重要?？v向動(dòng)力學(xué)研究車輛直線運(yùn)動(dòng)及其控制問題，主要是車輛沿前進(jìn)方向的受力與其運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。在該工況下，由于左右輪上下不等的制動(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。例如在車輛受到側(cè)向陣風(fēng)作用時(shí)，由于側(cè)向風(fēng)導(dǎo)致車輛受到側(cè)向力，而此側(cè)向力是通過輪胎變形提供側(cè)向力與之平衡，那么即使在前輪轉(zhuǎn)角未改變時(shí)，車輛的航跡角也會(huì)發(fā)生改變。在整個(gè)泊車過程中，駕駛員只需制動(dòng)車輛 ，而不需要對(duì)車輛前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制。當(dāng)汽車處于非穩(wěn)定狀態(tài)或駕駛員發(fā)出錯(cuò)誤指令時(shí)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會(huì)把駕駛員錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)向意圖進(jìn)行屏蔽，通過自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定控 制，使汽車盡快地恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。駕駛員轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(dòng)強(qiáng)度。 寶馬汽車公司概念車 BMWZ22，應(yīng)用了 SBWS 和 BBW（ BrakeByWire）技術(shù)，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍減少到了 160176。早在 20 世紀(jì) 60 年代末，德國(guó) Kasselmann等試圖將轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間通過導(dǎo)線連接（即電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），但由于當(dāng)時(shí) 電子和控制技術(shù)的制約，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一直無法在實(shí)車上實(shí)現(xiàn)。 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(jìn)一步加強(qiáng)。在 20 世紀(jì) 80 年代后期，又開發(fā)了變減速比、電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，系統(tǒng)增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥，而加設(shè)的電控系統(tǒng)包括動(dòng)力轉(zhuǎn)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，無法兼顧車輛低速 轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向路感。 2． 完成電液主動(dòng)轉(zhuǎn)向器液壓助 力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 車輛系統(tǒng)是一個(gè)集電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等各種高新技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，進(jìn)行全方位的研究一般情況下存在實(shí)際困難。 上海交通大學(xué)針對(duì)電動(dòng)前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行控制研究。 如 圖 15 為 吉林大學(xué)線控轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái) 。 另外， ZF 公司方式需要 3 個(gè)行星齒輪裝置，而光洋方式則減小到了 2個(gè)，因此能夠降低 20%的成本。通過這兩個(gè)部分協(xié)調(diào)控制前輪轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩適應(yīng)道路調(diào)節(jié)和駕駛員轉(zhuǎn)向意圖的要求。行星齒輪架外側(cè)為渦輪，與電機(jī)上的蝸桿相聯(lián)，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向控制行星架的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)之間的可變傳動(dòng)比控制。 關(guān)鍵詞 主動(dòng)轉(zhuǎn)向；液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)； 可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)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