宝马主动转向技术概述－汽车设计与制造资讯-造车网

现代车辆转向系统发展至今大致可以划分为5个阶段,即液压伺服转向、电子伺服转向、电动助力转向(EPS)、主动转向和线控转向(SBW)。这5种转向系统的集成度和功能范围依次递增,其中电子伺服转向相对于传统液压伺服转向最大的优点在于,通过引入传感器技术,使转向助力大小可以根据车速而变化；而EPS系统在此基础上还具有主动阻尼功能和主动回正功能。

在传统转向系统中,转向盘到前轮的转向传动比是严格固定的。转向系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,而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求,否则车辆的稳定性和安全性会随之下降。因此,同时满足转向系统在低速时的灵活性要求与高速时的稳定性要求是当今车辆转向系统设计的核心问题之一。

德国宝马公司和ZF公司联合开发的主动前轮转向系统(Active Front Steering)完美地解决了上述问题,并且该系统已装备于部分宝马3系列和5系列轿车上。该系统能够实现独立于驾驶员的转向干预,从而达到主动改变前轮转向角的目的。该系统具有可变传动比设计:在低速状态下传动比较小,使转向更加直接,以减少转向盘的转动圈数,提高车辆的灵活性和操控性；在高速行驶时转向传动比较大,提高车辆的稳定性和安全性。除了可变传动比设计外,通过转向干预来实现对车辆的稳定性控制是该系统最大的特点。目前,作为一项新技术,主动转向系统把车辆的安全性、灵活性以及驾驶乐趣提高到了一个全新水平。

具有变传动比功能的转向系统还有线控转向(Steer by wire)系统2它和主动转向一样能够将驾驶员的转向输入角和实际的车辆转角分离开来,在驾驶员转向角输入的基础上叠加一个附加转向角,用于优化车辆对驾驶员输入的响应或在紧急情况下提高车辆的稳定性。线控转向和主动转向系统最大的区别体现在当系统发生故障时,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,而线控转向系统必须通过主要零件的冗余设计来保证车辆的安全性。此外,由于主动转向系统中保留了完整的转向系统,在转向过程中可以获得真实的路感,这一点是线控转向系统所不具备的。因此,从安全性和路感的角度而言,主动转向是当前转向系统发展的一个主要趋势。

本文主要介绍了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,为今后国内转向系统的开发提供一些借鉴。

2 主动转向系统组成及核心部件结构

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构,用于向转向轮提供叠加转向角。

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1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,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。

宝马主动转向技术概述 - 1

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,(°)。

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