【導讀】設計圖紙要求三張A0以上；設計篇[M].北京:人民交通出版社.朱海.電動助力轉向匹配分析及性能評價研究[碩士論文].吉林:吉林大學,2021.車的操縱性能和穩(wěn)定性能。主動前輪轉向通過電機根據車速和行駛工況改變。裝布置方便等優(yōu)點。在國內外部分汽車上開始使用。本文回顧了車輛轉向系統(tǒng)的發(fā)展歷程。指出，相比線性控制轉向，主動。轉向技術會成為今后發(fā)展的趨勢。我們以寶馬轎車上選裝的主動轉向系統(tǒng)為。作模式，以及該系統(tǒng)可傳動穩(wěn)定功能實現(xiàn)的原理和系統(tǒng)安全設計性設計。

　　

【正文】 調節(jié)程度取決于發(fā)動機轉速、行駛速度和方向盤1 2 3 4 5 ECO 閥 1 2 3 4 5 6 7 8 燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 22 轉角。 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）。電機位置傳感器負責探測電機轉子的位置。當主動轉向系統(tǒng)出現(xiàn)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。 從轉向盤轉角傳感器到輸出太陽輪的傳動機構如圖 33： 圖 33 傳動機構 轉化成工程二維圖如圖 34 示： 圖 34 二維結構圖 液壓助力系統(tǒng)原理 在車輛轉向和車輪回正時主要通過控制液壓助力系統(tǒng)操作功能， 圖 33第 3章 主動前輪轉向結構的設計方案 23 為液壓助力系統(tǒng)原理圖。 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。節(jié)流閥流量控制為 7 /minL 至15 /minL ，當不對節(jié)流閥控制時，節(jié)流閥 的流量為 7 /minL 。當轉向器油缸中壓力大于控制所需的壓力時，高壓油通過限流器將液壓油引向壓力控制閥實現(xiàn)壓力控制功能。 圖 35 液壓助力系統(tǒng)原理圖 行星齒輪的主動前輪轉向機構 行星齒輪主動轉向機構是以寶馬和 ZF 公司聯(lián)合開發(fā)的機械式主動前輪轉向系統(tǒng)為基礎，由一個伺服馬達和一個疊加傳動裝置組成，蝸桿傳動裝置和一個渦輪嚙合在一起，此渦輪在轉向器中用作行星齒輪組，它的旋轉運行于轉向軸直接傳動的轉向速比疊加 。 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 3 所示，行星齒輪箱主要由以下組件組成：帶渦輪的行星齒輪架 6，其上各有兩個行星齒輪 3的三個行星齒輪架軸 4 輸入端太陽輪 1 和輸出端太陽輪 5， 7 為與渦輪 6 相配合的蝸桿。 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。行星齒輪主動前輪轉向機構包括左右兩副行星齒輪機構，共用一個行星架進行動力傳遞。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。而右側的行星齒輪副具有兩個轉向輸入自由度，一個是行星架傳遞的轉向盤轉角，另一個是由伺 z1 z2 z3 z4 3 2 1 5 4 6 7 第 3章 主動前輪轉向結構的設計方案 25 服電機通過一個自鎖式蝸輪蝸桿驅動的齒圈輸入，即所謂的疊加轉角輸入。右側的太陽輪作為輸出軸，其輸出的轉向角度是由轉向盤轉向角度與伺服電機驅動的轉向角度疊加得到，也就是汽車的實際轉向角度。 伺服電機即渦輪固定不動時，轉向盤轉角通過主動太陽輪將動力傳遞給雙行星齒輪機構中間的行星架，再由從動太陽輪輸出。這樣與傳統(tǒng)轉向相同，方向柱實現(xiàn)固定傳動比。與此同時，前軸上的地面反力也 通過相同的途徑為駕駛員提供轉向路感。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。當主動太陽輪和伺服電機是共同工作的，車輪轉角是駕駛員轉向角和伺服電機的調節(jié)轉向角的疊加。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， 1422311mtm d m m ms umni G i G zzn zz? ? ? ? (31) 當電機無狀態(tài)輸入，轉向傳動比不發(fā)生改變， 231 1 4swzsumn z zi n z z?? (32) 當方向盤和電機同時作用時， 12swsum sumni nn? ? (33) 11s z mz m mi i G? ? ??? (34) .pspr?? (35) 式中： 1 17z? 、 2 12z ? 、 3 15z ? 、 4 14z ? 為太陽輪和行星齒輪齒數， mtn 、 swn 、 1sumn 、 2sumn 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。 zi 為兩行星輪系太陽輪 之間的傳動比， mi 為行星齒輪到輸出太陽輪的傳動比， s? 是輸出太陽輪轉角， z? 為轉向盤轉角，pr 為輸出太陽輪半徑， ? 為渦輪蝸桿減速比， p 為動力缸和齒輪齒條位移， i 方向盤和電機同時作用時的傳動比。 燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 26 本章小結 本章介紹主動前輪轉向結構的組成，并 利用不同的手段工具進行各部件的原理介紹，深入了設計原理和方案，便于理解和掌握。 第 4章 轉向系統(tǒng)動力學計算 27 第 4 章 轉向系統(tǒng)動力學計算 轉向盤與扭桿動力學模型 簡化后的從轉向盤轉角傳感器到輸出太陽輪的傳動機構 如 圖 41： 圖 41 轉向盤到輸出太陽輪傳動示意圖 除了扭桿以外轉向軸、閥芯、閥套、輸入太陽輪、行星機構和輸出太陽輪假定為剛體，扭桿上端旋轉角度 1? （ rad）和扭桿下端旋轉角度 2? （ rad）分別由方向盤轉角傳感器和總轉角傳感器測量，扭桿所承受的轉矩為 12()nzTk???? (41) 式中： zk 為扭桿剛度。 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 。 轉閥動態(tài)數學模型 采用四通道的轉閥建立動態(tài)數學模型，將轉向控制閥視為有節(jié)流閥組成的橋式回路，如 圖 42 所示 根據流量平衡模型，轉閥流量方程如下： 12sQ Q Q?? (46) 1 4 1LQ Q Q?? (47) 3 2 2LQ Q Q?? (48) 根據薄壁小孔的流量公式，有： 2i d i iQ C A p ??? (49) 方向盤轉角傳感器 zk 1?2? 總轉角傳感器 燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 28 圖 42 控制閥回路結構圖 式中： SQ 轉閥的進油流量， 3ms； iQ （ i=1,2,3,4） 流經閥口 i 的流量， 3ms； 1LQ ， 2LQ 動力缸的進出油流量， 3ms； dC 流量系數； iA 第 i 個閥口的節(jié)流面積， 2m ； ip? 第 i 個閥口兩側的壓力差 ? 液壓油的密度， 3kgm ； 由式 (49)可得： 1 1 12 ( )dsQ C A p p ??? (410) 2 2 22 ( )dsQ C A p p ? (411) 3 3 2 02 ( )dQ C A p p ??? (412) 4 4 1 02 ( )dQ C A p p ? (413) 0p 為回油壓力 ，因回油壓力變化不大可以看做一個常數。 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 。 圖 44 中 ， 31 11 .00 7 10rm???為閥套半徑， 32 11 .0 05 10rm???為閥芯半徑， 31 10am??? 為閥套凸面寬sQ4Q3Q2Q1Q0p2p1psp第 4章 轉向系統(tǒng)動力學計算 29 度， 32 10am??? 為閥芯槽寬度， 33 22 10am??? 為閥芯與閥套開口寬度。由于 312 10a a m?? ? ? ，扭桿在中位時左右兩側各有 10 m?? 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。轉向時由于轉向阻力的存在，促使扭桿發(fā)生彈性扭轉，造成閥體轉動角度小于閥芯的轉動角度，閥芯與閥套之間產生相對轉角 12??? 。假設左轉向的方向為正方向，通左缸的閥口面積為 1A ，通右缸的閥口面積為 2A 。 圖 43 閥芯與閥套結構圖 左轉 1 1 2 3323( 0 .0 0 4 5 4 )0 .0 0 2 1 0Aa???? ? ???????? (417) 右轉 3132 2 1 30 .0 0 2 1 0( 0 .0 0 4 5 4 )Aa?? ?? ???? ? ? ??? (418) 液壓動力缸的流量連續(xù)性方程 在不考慮油液外泄漏及油液可壓縮性的情況下，有： 1 2 1 2()L L p iQ Q A x C p p? ? ? ? (419) 式中： iC 液壓缸的內泄漏系數； pA 活塞的有效工作面積， m ； 根據式 1A ? 3A 、 24AA? 以及式（ 414） （ 416） ，得到關于 1p 、 2p 、 sp的方程組： A A AA 1a2a 3a2r1r燕山大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 30 1 1 2 22 ( ) 2 ( )d s d s sC A p p C A p p Q??? ? ? ? (420) 1 1 4 1 0 1 22 ( ) 2 ( ) ( )d s d p a iC A p p C A p p A x C p p??? ? ? ? ? ? (421) 3 2 0 2 2 1 22 ( ) 2 ( ) ( )d d s p a iC A p p C A p p A x C p p? ? ? ? ? ? (422) 由于以上方程組中含有根式，求解較繁瑣，為此將以上各根式在平衡點（閥芯中位）附近進行線性化： .1 1 2 1 0 1 22 ( ) / 2 ( ) / ( )d s d p a iC A p p C A p p A x C p p??? ? ? ? ? ? (423) .1 2 0 2 2 1 22 ( ) / 2 ( ) / ( )d d s p a iC A p p C A p p A x C p p? ? ? ? ? ? (424) 由于上式方程組中含有根式，求解較繁瑣，為此將以上各根式在平衡點（閥芯中位）附近進行線性化 [9]： 11 1 11 0 1 0 0 1 000( , ) 2 ( ) / 2 ( ) 2 ( )ss s ss ssp pfff p p p p p ppp p p p p? ????? ? ? ? ? ???2220 2 0 0 2 0( , ) 2 ( ) / 2 ( ) 2 ( )sssssp pf p p p p p p p p? ??? ? ? ??? 22 0 2 02 0 0( , ) 2 ( ) / 2 ( )pf p p p p pp? ?? ? ? ? 11 0 1 01 0 0( , ) 2 ( ) / 2 ( )pf p p p p pp? ?? ? ? ? 在閥芯中位時， 10 20pp? 即進油壓力差與出油壓力差相等。 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? ? ? ? ?