新型主动转向装置研究

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1、新型主动转向装置研究0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。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。转向系统定传动比设计的缺陷主要表现为：低速或停车工况下驾驶员需要大角度地转动转向盘，而高速时反而会使得车辆的转向反应相对于方向盘转角更为灵敏，又不能满足方向稳定性要求。故同时满足转向系统在低速时的灵活性与高速时的稳定性，对提升车辆的操纵性和安全性有很现实的意义。在现有量产车辆上，德国宝马公司和ZF公司联合开发的前轮主动转向系统(AFS)完美地解决了上述问题,并已装备于部分宝马3系列和5系列轿车上[1]

2、。“主动转向”是指：除了驾驶员的转向操作外，汽车自身也具有转向功能，即通过主动对车轮转向角的调节，提高车辆的稳定性、主动安全性和操纵舒适性。主动转向系统主要有两种型式：①机械式叠加转向；②线控转向。目前主动转向技术的研究大多数集中在线控转向技术上。图1为目前采用较多的线控转向系统(SteerbyWiresystem，简称SBW系统)。工作原理是：控制器3根据所有传感器的信号作出判断，算出需要的车轮转向角和方向盘1需要的回正旋转力矩或转动阻力矩，控制电机2和4予以实现。SBW系统的优点是:取消了方向盘和转向器之间的机械连接，占据空间小，便于布置，路面的冲击也不会

3、直接传到驾驶员手上。1方向盘2电机3控制器4转向驱动电机5转向器图1线传系统示意图另一类转向系统以宝马公司产品为代表，它是一种机械式叠加转向系统（图2所示），方法是将方向盘到转向器之间的转向轴断开，中间增加一个传动机构。通过两组NGW型行星齿轮组和附加转角电机巧妙地实现了变传动比的功能。当车辆低速行驶时,由伺服电机通过蜗轮蜗杆机构带动内齿圈17转动，使输出端太阳轮19转动方向与方向盘转向相同,增加了实际的转向角度;高速时,伺服电机驱动的行星架转动方向与转向盘转向相反,叠加后减少了实际的转向角度,转向过程传动比加大,提高了汽车的稳定性和安全性。机械式主动转向系统

4、和线控转向最大的区别体现在当系统发生故障时,机械式主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向性能,而线控转向必须通过系统主要零件的冗余设计来保证车辆的安全性。11输入轴，12太阳轮，13行星齿轮，14内齿圈，15行星架（行星架外圈是蜗轮），16蜗杆（与电机连接），17内齿圈，18行星齿轮，19太阳轮，20输出轴图2宝马主动转向系统传动部分结构示意图基于上述问题，本文提出了一种新型的汽车主动转向系统的主动转向传动装置（图3）。该主动转向传动装置包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置，采用机械连接，安全性高，且主动转向输出是由动力驱动装置驱动内齿圈经

5、行星架输出，是减速传动，蜗轮蜗杆机构驱动力矩小，从而可以减小机构的尺寸、降低成本、减小占据的空间。1.蜗杆，2.蜗轮，3.助转角电机，4.输入轴，5，9.太阳轮，6，10.行星齿轮，7，11.内齿圈，8.行星架，12.输出轴图3宝马主动前轮转向系统之变传动比机构示意图错了，下文是以此为基准推导的，错的，正确的图如下所示：1.蜗杆，2.蜗轮，3.助转角电机，4.输入轴，5，12.行星架，6，9.太阳轮，7，10.行星齿轮，8，11.内齿圈，13.输出轴图3-1新型主动前轮转向系统之变传动比机构示意图下文的推导重新进行，将下文推导内容改错！！1新型主动转向装置结构

6、该新型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，位于方向盘和转向器之间，包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置（如图4所示）。动力驱动装置由电机、蜗杆和蜗轮组，蜗杆22与蜗轮28啮合并由电机32驱动。蜗杆22与蜗轮28位于壳体33内。机械传动装置的一端通过输入轴21与方向盘连接，另一端通过输出轴27与转向机连接。蜗轮28与内齿圈之一23固接在一起。机械传动装置由两组并列的NGW型行星齿轮传动机构组成；由太阳轮30、行星齿轮之一24、内齿圈之一23组成行星排Ⅰ；由太阳轮30、行星齿轮之二26、内齿圈之二25组成行星排Ⅱ；两个行星排的传动比是相

7、同的，太阳轮30为两个行星排共用。这里的行星排是指行星传动齿轮组，行星排Ⅰ通过行星架之一29与输入轴21连接；行星排Ⅱ通过行星架之二31与输出轴27连接。输入轴21的一端与方向盘连接，另一端与行星架之一29固接在一起；输出轴27的一端与行星架之二31固接在一起，另一端连接转向器。内齿圈之一23与行星齿轮之一24啮合，行星齿轮之一24与太阳轮30啮合；太阳轮30还与行星齿轮之二26啮合，行星齿轮之二26与内齿圈之二25啮合。内齿圈之二25是固定的，内齿圈之一23与蜗轮28固接在一起，电机32可以驱动内齿圈23旋转。21输入轴22蜗杆23内齿圈之一24行星轮之一2

8、5内齿圈之二26行星齿轮之二27输出轴