主动转向的形式和工作原理20090302

1、 这套机构包括两副行星齿轮机构，共用一个行星架进行动力传递。主动太阳轮2与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给行星齿轮副3。而行星齿轮副6具有两个转向输入自由度，一个是行星架传递的转向盘转角，另一个是由伺服电机通过一个自锁式蜗轮蜗杆驱动的齿圈输入，即所谓的叠加转角输入。太阳轮11作为输出轴，其输出的转向角度是由转向盘转向角度与伺服电机驱动的转向角度叠加得到，也就是汽车的实际转向角度。低速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。高速时，伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转动相反，叠加后减少了实际的转向角度，转向过程会变得

2、更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。该齿轮机构工作时具有如下3种驱动方式：a.伺服电机即涡轮固定不动时，转向盘转角通过主动太阳轮将动力传递给双行星齿轮机构中间的行星架，再由从动太阳轮输出。与此同时，前轴上的地面反力也通过相同的途径为驾驶员提供转向路感，这也是在不装备主动转向系统的车辆上驾驶员对于前轮转向的操纵过程。b.转向盘不动，即主动太阳轮固定时，可由伺服电机驱动涡轮通过行星齿轮机构将动力传递给从动太阳轮。c.在通常情况下，主动太阳轮和伺服电机是共同工作的，车轮转角是驾驶员转向角和伺服电机调节转向角的叠加。该布置方式的优点：（1）保留了原来从转向盘到转向轮的机械连接,在电机发生故障时仍能保

3、证转向安全性。（2）与传统转向系统相比,仅在转向管柱上加入双行星齿轮机构,而原有齿轮齿条转向器的摩擦及刚度条件不变,对驾驶员来说有利于保持原有的操纵感觉，由双行星齿轮机构产生的作用反力矩,可通过改变原有的助力控制进行补偿。（3）双行星齿轮机构运行于低速条件,有利于减少噪声。（4）双行星齿轮机构与转向管柱、转向小齿轮集成在一起,使结构更加紧凑。式中，iD为转向系统总传动比；s为转向盘转角；iM为蜗轮、蜗杆传动比；M为电机调整角。在转向盘转角低频输入的条件下（如f=0.3Hz），横摆角速度和侧向加速度对于前轮转向角的响应可以简化为一阶滞后环节，即： 研究表明，Tr+Ty标志着车辆系统的响应速度，当

4、Tr和Ty均上升时，系统的响应变慢；Tr和Ty标志转向时的稳态感觉，随着该时间常数差的增加，稳态的感觉下降。这说明驾驶员转向角输入与横摆角速度、侧向加速度间的相位滞后能极大地影响人-车闭环系统的响应特性。通过加入诸如PD比例-微分控制等环节来补偿相位滞后以改善人-车闭环响应特性，可提高车辆的转向灵活性。除了可变传动比设计外，稳定性控制功能是宝马主动转向系统最大的特点。危险工况下该系统通过独立于驾驶员的转向干预来稳定车辆，通过主动改变驾驶员给定的转向盘转角使得车辆响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致。图5为采用了模型跟踪的控制策略。首先通过线性两自由度参考模型并根据当前驾驶员转向角及车速计算得到

5、期望的横摆角速度，但期望横摆角速度最大值又受到路面附着系数和车速V的限制，其最大值为： 类似于横摆角速度控制功能，宝马主动转向系统还提供了横摆力矩补偿功能，以提高在分离系数路面上车辆的制动稳定性。在该工况下，由于左、右轮上不等制动力会产生绕车辆质心的横摆力矩，使得车辆发生制动跑偏现象。传统的ESP电子稳定程序通过调节4个车轮上的制动力来使得左、右车轮的制动力尽量相等，但以减小制动减速度、增大制动距离为代价。而主动转向系统根据制动压力等信号计算出所需补偿的横摆力矩并通过调整相应的前轮转向角来实现方向调节。在这一过程中驾驶员无需对转向盘进行修正，减轻了驾驶员的工作负担，保持了制动时的方向稳定性，减小了制动距离。通过这一技术的应用，与传统ABS/ESP相比，可使制动距离最多减少15%。 宝马主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上