[发明专利]一种汽车主动转向器

说明书

技术领域

本发明涉及汽车机械式转向装置，具体是指一种汽车主动转向器。

背景技术

汽车转向技术经历了：传统机械式转向系统、液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering System，简称HPS系统)、电控液压动力转向系统(Electronic Control Hydraulic Power Steering System，简称ECHPS系统)，发展到现在正推广应用的电动液压动力转向系统(Electro-HydraulicPower Steering System，简称EHPS系统)和电动助力转向系统(ElectricPower Steering System，简称EPS系统)。而操稳性和安全性能更优的主动转向系统是目前世界研究热点，最新的主动前轮转向系统(Active FrontSteering System，简称AFS系统)已由宝马公司(BWN)推出，成功应用在5系的部分车型上。

“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。具体表现在：

(1)变传动比转向操作。一直以来，汽车转向操纵的传动比(方向盘转角与转向轮转角的比值)是固定的，但人们期望的理想转向特性是：传动比能够随着车速的不同而改变。当车速较低时取较小的传动比，使操纵灵敏快捷，车速较高时取较大传动比，使操纵稳定。

(2)通过强行主动转向方法控制车辆的横摆稳定性。到目前为止，控制车辆的的横向稳定主要是利用各轮胎的纵向力控制实现，例如DYC、ESP等电子稳定系统。而利用主动转向方法则更为直接有效。例如在转弯的极限工况下(达到倾翻状态)，通过主动转向控制可防止翻车事故。

(3)针对较滑路面进行主动控制，车辆在较滑的路面行驶容易出现侧滑、甩尾、翻车等情况，通过主动转向可以及时校正车辆保持方向。

(4)可自动校正转向过度或者转向不足的情况。

(5)未来可用于自动驾驶。

主动转向系统主要有两种类型：①机械式叠加转向；②线控转向。

图1为线控转向系统(Steer by Wire system，简称SBW系统)，基本组成是：方向盘(1)，电机(2)，控制器(3)，转向驱动电机(4)，转向器(5)。其中：电机(2)通过传动机构给方向盘(1)提供回正旋转力矩或施加转动阻力矩；转向驱动电机(4)给转向器(5)提供转向力矩驱动车轮转向；控制器(3)用网络线路与电机(2)、转向驱动电机(4)以及各种传感器(包括方向盘(1)的转角和转矩传感器、车速传感器、转向车轮转角传感器等)连接。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，路面的冲击也不会直接传到驾驶员手上。缺点是：安全性差，由于取消了机械连接，当系统出现故障时(例如断电)司机无法操纵转向，容易导致交通事故。

图2为宝马公司的汽车主动转向系统，它是一种机械式叠加转向系统，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，该传动机构基本组成是：输入轴(1)，太阳轮(2)，行星齿轮(3)，内齿圈(4)，行星架(5)(行星架外圈是蜗轮)，蜗杆(6)(与电机连接)，内齿圈(7)，行星齿轮(8)，太阳轮(9)，输出轴(10)、转向器(11)。工作原理是：当转动方向盘(即输入轴1)转角ω1时，若蜗杆(6)不动，则内齿圈(7)不转动，输入转角经太阳轮(2)、行星齿轮(3)、行星架(5)、行星齿轮(8)、太阳轮(9)传到输出轴(10)，输出转角为ω1，传动比＝1。若方向盘不动，电机驱动蜗杆(6)转动一个角度时，内齿圈(7)被驱动旋转，输出转角为ω2；若方向盘和电机同时转动时，输出转角为ω3＝ω1+ω2，此时为变传动比输出。该转向系统的优点是：①在主动转向控制部分出现故障时(蜗杆6被自动锁住)，仍可以像普通的转向器一样正常操作，安全性好；②具有继承性，可以在现有转向器基础上，增加主动控制部分。宝马公司采用的是液压助力转向和电机驱动主动转向的混合驱动系统，该系统的不足是：主动转向传动机构体积大，占用较大空间，对于在车内的空间布置有影响；液压和电机驱动两套系统并用，成本高。