主动转向系统的组成及其工作原理

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1、课程：汽车新技术课程论文题名：自动转向系统的组成及其工作原理作者：南京理工大学紫金学院2014年12月自动转向系统的组成及其工作原理摘要：主要介绍宝马主动转向系统的原理及组成、核心部件双行星齿轮机构及其工作模式、系统主要功能及其实现原理关键词：宝马;主动转向;双行星;齿轮机构ThecompositionandworkingprincipleofautomaticsteeringsystemXiangDa，WangJunJieAbstract:.MainlyintroducestheprincipleandcompositionofBMW'sactivesteeringsystemCore

2、partsdualplanetarygearmechanismsystemmainfunctionanditsrealizationprincipleanditsworkingmodeKeyword:BMW;ActiveSteering;Double-planet;Gear引言自从汽车发明以来，驾驶转向的传动装置通常都是固定的。换句话说，不论是在市区窄小的街道缓行或是高速公路上奔驰，方向盘与前轮的转向角度比始终一成不变。因而这也是工程师们面临的一个比较困难的选择：如果采用直接转向，驾驶者在过急弯时就不需要大幅转动方向盘，但是在高速行驶时，方向盘细微的动作都将会影响到行驶稳定性；反过来说，

3、转向系统越是间接，车辆在高速公路上的行驶稳定性就越高，但是必须牺牲过弯时的操控性。所以，传统的转向系统都必须在安全性与舒适性之间做出权衡。传统的转向系统不论车速快慢，都采用18：1的固定传动比率，这表示方向盘转向18度，车轮转动1度。而宝马主动式转向系统的比率则在一定的范围内，从静止状态的10：1到高速时的20：1。也就是说，当方向盘转动半圈(180度)时，车速若低，车轮就转动18度，车速若高，则车轮只转动不足9度。由此汽车主动转向技术开始正式应用于中高档车辆。也解决了安全与舒适的兼容问题。但问题也在这种技术不断发展的过程中出现了，汽车在曲线行驶或者紧急转向过程中,由于离心力的作用使得汽

4、车前、后轮达到轮胎与路面之间附着极限的先后顺序有可能不同,因此汽车失去侧向稳定性时可能表现出不同的运动状态。严重时后轴的侧滑将发生激转和甩尾的危险工况。而前轴的侧滑将失去转向能力以及失去路径跟踪的能力，从而出现各种危险工况。因此汽车能否实现安全转向保持侧向稳定性是非常重要的，同时也是能否避免弯道事故发生的有效手段。在这种大的前提需求下，我们对主动转向技术在汽车侧向稳定性控制中的应用展开研究。。1主动转向系统1.1组成宝马主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机

5、构，用于向转向轮提供叠加转向角1.2核心部件结构及其原理如图1所示，除传统的转向机械构件外，宝马主动转向系统主要包括两大核心部件：一是一套双行星齿轮机构，通过叠加转向实现变传动比功能，二是Servtronic电子伺服转向系统，用于实现转向助力功能。驾驶员的转向角输入包括力矩输入和角输入两部分，将共同传递给扭杆。其中的力矩输入由电子伺服机构根据车速和转向角度进行助力控制，而角输入则通过由伺服电机驱动的双行星齿轮机构进行转向角叠加，经过叠加后的总转向角才是传递给齿轮齿条转向机构的最终转角。与常规转向系统的显著差别在于，宝马主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，

6、使其与当前的车速达到完美匹配。其中的总转角δG等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和，如公式（1）所示。式中，iD为转向系统总传动比；δS为转向盘转角；iM%为蜗轮、蜗杆传动比；δM为电机调整角。宝马主动转向系统的核心部件是一套集成在转向柱上的双行星齿轮机构，如图2所示。这套机构包括左右两副行星齿轮机构，共用一个行星架进行动力传递。左侧的主动太阳轮与转向盘相连，将转向盘上输入的转向角经由行星架传递给右侧的行星齿轮副。而右侧的行星齿轮副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。右侧的太阳轮作为输出轴，

7、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，转向过程会变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。1.3齿轮机构工作的三种驱动方式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