主動前輪轉向控制技術研究
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常見主動轉向系統有主動前輪轉向系統AFS和四輪轉向系統(也稱為主動后輪轉向)。主動前輪轉向是隨著線控轉向技術的發展而發展起來的一項技術,并且隨著寶馬的主動轉向系統裝配實車而進入實用階段。由于主動前輪轉向與傳統車輛的結構能夠很好兼容,同時對車輛操縱穩定性的提高效果明顯,顯示出了良好的發展前景,成為轉向系統未來發展的主要方向之一。
1 主動前輪轉向系統的工作原理
目前可用于乘用車的主動轉向系統主要有兩種形式:一種是以寶馬和ZF公司聯合開發的AFS系統為代表的機械式主動轉向系統,通過行星齒輪機械結構增加一個輸入自由度從而實現附加轉向,目前已裝配于寶馬5系的轎車上,以及韓國的MANDO、美國的TRW、日本的JTEKT公司也有類似產品;另一種是線控轉向系統(SWB),利用控制器綜合駕駛員轉向角輸入和當時的車輛狀態來決定轉向電機的輸出電流,最終驅動前輪轉動。該系統在許多概念車和實驗室研究中已廣泛采用,如通用公司的Sequel燃料電池概念車就采用了線控轉向技術。
線控轉向和機械式主動轉向系統最大的區別體現在當系統發生故障時,機械式主動轉向系統仍能通過轉向盤與車輪間的機械連接確保其轉向性能,而線控轉向必須通過系統主要零件的冗余設計來保證車輛的安全性。由于上述安全性和可靠性的原因,目前法律上還不允許將線控轉向系統直接裝備車輛。
1.1 機械式主動轉向系統
下面以寶馬的AFS系統為例,介紹機械式主動轉向系統的結構和工作原理。該系統主要由三大子系統組成:液壓助力齒輪齒條動力轉向系統、變傳動比執行系統和電控系統。系統原理圖如圖1所示。
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該系統除傳統的轉向機械構件外,主要包括兩大核心部件:一是一套雙行星齒輪機構,通過疊加轉向實現變傳動比功能;二是Sewtronic液力伺服轉向系統,用于實現轉向助力功能。在駕駛過程中,駕駛員輸入的力矩和轉角共同傳遞給扭桿,其中的力矩輸入由液力伺服機構根據車速和轉向角度進行助力控制,而角輸入則通過由伺服電機驅動的雙行星齒輪機構與控制器輸出的附加轉角進行角疊加,經過疊加后的總轉向角才是傳遞給齒輪齒條轉向機構的最終轉角。其中,控制器輸出的轉角是根據各個傳感器的信號,包括車輪轉速、轉向角度、偏轉率、橫向加速度經綜合計算得到的。由于寶馬主動轉向系統不僅能夠對轉向力矩進行調節,而且還可以對轉向角度進行調整,因而可以使轉向輸入與當前的車速達到最佳匹配。
- 第 1 頁:主動前輪轉向控制技術研究
- 第 2 頁:線控轉向系統
- 第 3 頁:橫擺角速度和側向加速度的綜合控制
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( 發表人:葉子 )