主动转向.ppt

主动转向的形式和工作原理
前言:现代汽车转向发展历程
1、主动前轮转向系统(Active Front Steering)概述:
2、主动转向系统组成及核心部件结构
3、主动转向机构解析
4、主动转向系统工作原理
5、系统安全性设计
6、主动转向系统功能
7、结束语
前言:现代汽车转向发展历程
现代车辆转向系统发展至今大致可以划分为5个阶段:
液压转向
电子转向
电动助力转向(EPS)
主动转向(AFS)
线控转向(SBW)
1、主动前轮转向系统 (Active Front Steering) 概述:
前面提到的几种“可变”转向,能够改变的仅仅是助力力度,说白了只是能够改变方向盘转动时的阻力而已,但是转向比(可简单理解为方向盘转动的角度与对应的车轮转动角度的比值)是不可变化的,我们接下来要说到的可变齿比(速比)的转向系统则要先进的多,不仅能够改变转向的助力力度,在不同情况下,方向盘转角对应的车轮转动角度也是可以变化的.
不同厂家对这类系统的叫法可谓五花八门,比如宝马称之为AFS主动转向系统(Active Front Steering),奥迪将其称之为动态转向系统(Audi Dynamic Steering),雷克萨斯/丰田使用的则是可变齿比转向系统VGRS(Variable Gear Ratio Steering),本田的这类系统名称为VGR,与丰田命名类似,而奔驰的可变转向比系统则以“直接转向系统”命名。虽然功能类似,但是他们使用的技术却是截然不同的。
图1-1
中间位置的左右两边齿距较密,齿条在这一范围内的位移较小,在小幅度转向时(例如变线、方向轻微调整时),车辆会显得沉稳,而齿条两侧远端的齿距较疏,在这个范围内,转动方向盘,齿条的相对位移会变大,所以在大幅度转向时(如泊车、掉头等),车轮会变得更加灵活。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外,并没有多少“高科技”在其中,缺点在于齿比变化范围有限,并且不能灵活变化,而优势也很明显完全的机械结构,可靠性较高,耐用性好,结构也非常简单。
图1-2
2、主动转向系统组成及核心部件结构
图1-3
宝马主动转向系统保留了
传统转向系统中的机械构
件,包括方向盘、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构,
用于向转向轮提供叠加转
向角。
图1-4
3、主动转向机构解析
图1-5
我们来看转向器及执行单元的剖视图,这里就是AFS的秘密所在。转向柱被从当中打断,我们将连接方向盘的转向柱一端称为输入轴,将直接连接转向齿轮的一端称为输出轴,二者间通过行星齿轮连接,行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮,能够由电机驱动旋转。这套系统有独立的电子控制单元,根据转向角传感器、左右车轮转速传感器、横向加速度传感器的信号控制电动机的开关及运转方向。
图1-6
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,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。
4、主动转向系统工作原理
图1-7
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,可以减少转向操作需求。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。该齿轮机构工作时具有如下3种驱动方式:
,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
,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。
,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。