主動前輪轉(zhuǎn)向控制現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

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1、主動前輪轉(zhuǎn)向控制技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢來源：中國汽車工業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布時間：2009年7月2日0引言在車輛的操縱穩(wěn)定性控制中，比較常見的是利川縱向控制產(chǎn)牛橫擺力矩來提高車輛的穩(wěn)定性，稱為直接橫擺力矩控制。直接橫擺力矩控制簾常'是以犧牲車輛的部分制動性能為代價,而采用主動轉(zhuǎn)向控制來實現(xiàn)車輛穩(wěn)定性控制卻可以在不影響制動的情況卜達到同樣的效果,并且其所需要的輪胎力只有制動時的約1/4。在諸如對開路面制動等工況下，主動轉(zhuǎn)向還可以有效地抵消由于不平衡制動力所產(chǎn)牛的擾動力矩，保證車輛的穩(wěn)定行駛。rti于具有上述優(yōu)勢，

2、主動轉(zhuǎn)向技術成為當前底盤動力學控制發(fā)展的熱點之一。常見主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(也稱為主動后輪轉(zhuǎn)向)。主動前輪轉(zhuǎn)向是隨著線控轉(zhuǎn)向技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一項技術，并隨著寶馬的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配實車而進入實川階段。rh于主動前輪轉(zhuǎn)向與傳統(tǒng)車輛的結構能夠很好兼容，同時對車輛操縱穩(wěn)定性的捉高效果明顯，顯示出了良好的發(fā)展前景，成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來發(fā)展的主要方向之一。1主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理目前可川于乘用車的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主耍有兩種形式：-?種是以寶馬和ZF公司聯(lián)合開發(fā)的AFS系統(tǒng)為代表的

3、機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過行星齒輪機械結構増加一個輸入自由度從而實現(xiàn)附加轉(zhuǎn)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.Fl本的JTEKT公司也有類似產(chǎn)品；另一種是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SWB),利用控制器綜合駕駛員轉(zhuǎn)向角輸入和當時的車輛狀態(tài)來決定轉(zhuǎn)向電機的輸出電流，最終驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)動。該系統(tǒng)在許多概念車和實驗室研究屮己廣泛采用，如通川公司的Sequel燃料電池概念車就采川了線控轉(zhuǎn)向技術。線控轉(zhuǎn)向和機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的區(qū)別體現(xiàn)在當系統(tǒng)發(fā)牛故障時，機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍能通過轉(zhuǎn)向盤與乍輪

4、間的機械連接確保英轉(zhuǎn)向性能，而線控轉(zhuǎn)向必須通過系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)直接裝備車輛。1.1機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卜-面以寶馬的AFS系統(tǒng)為例，介紹機械式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結構和工作原理。該系統(tǒng)主耍由三大子系統(tǒng)組成：液壓助力齒輪齒條動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、變傳動比執(zhí)行系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角駕￥2儀向力舷-轉(zhuǎn)向b行星齒輪角—V機構電機調(diào)整碣m向角［調(diào)卉電機1—-■■扭”機?車輪轉(zhuǎn)向力矩〃I寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)

5、除傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)變傳動比功能；二是Sewtronic液力伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力功能。在駕駛過程中，駕駛員輸入的力矩和轉(zhuǎn)角共同傳遞給扭桿，其中的力矩輸入由液力伺服機構根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角度進行助力控制，而介輸入則通過由伺服電機驅(qū)動的雙行星齒輪機構與控制器輸出的附加轉(zhuǎn)角進行角疊加，經(jīng)過疊加后的總轉(zhuǎn)向角才是傳遞給齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構的最終轉(zhuǎn)角。其中，控制器輸出的轉(zhuǎn)角是根據(jù)各個傳感器的信號，包括車輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角度、偏轉(zhuǎn)率、橫向加速度經(jīng)綜合

6、計算得到的。由于寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能夠?qū)D(zhuǎn)向力矩進行調(diào)節(jié)，而且還可以對轉(zhuǎn)向角度進行調(diào)整，因而可以使轉(zhuǎn)向輸入與當前的車速達到最佳匹配。1.2線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)?般來說，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)山方向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成和主控制器(ECU)3個主要部分以及口動防故障系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成,系統(tǒng)結構如圖2所示。駕駛員轉(zhuǎn)向［機轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角總轉(zhuǎn)向?車輪轉(zhuǎn)電機調(diào)轅角Z向和帀節(jié)電iF

7、圖2線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結構示意圖方向盤總成包括方向盤、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、力矩傳感器、方向盤回正力矩電機。其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖(通過測雖方向盤轉(zhuǎn)

8、角)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳遞給主控制器；同時接受主控制器送來的力矩信號，產(chǎn)生方向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應的路感信息。轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成包括前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機、轉(zhuǎn)向電機控制器和前倫轉(zhuǎn)向組件等O轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成的功能是接受主控制器的命令，通過轉(zhuǎn)向電機控制器控制轉(zhuǎn)向千倫轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。主控制器對采集的信號進行分析處理，判別汽車的運動狀態(tài)，給方向盤冋正力電機和轉(zhuǎn)向電機發(fā)送指令，控制兩個電機的工作，保證各種工況下都具有理想的車輛響應，以減少駕駛員對汽車轉(zhuǎn)向特性隨車速變化的補償任務，減輕駕駛員負

9、擔。同時控制器還可以對駕駛員的操作進行判別。由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結構的特殊性，因而自動防故障系統(tǒng)成為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要模塊,它包括一系列的監(jiān)控和實施算法，針對不同的故障形式和故障等級做出相應的處理，以求最大限度地保持汽車的正常行駛。2主動前輪轉(zhuǎn)向動力學控制2.1橫擺角速度的控制在一般的駕駛操作屮，駕駛員要同時完成兩個任務：（1）路徑跟隨；（2）車輛姿態(tài)的保持。路徑跟隨市于涉及到路線的選擇和跟隨等復雜問題，口前還無法市控制器完全取代駕駛員。相反，因為外界擾動對車輛姿態(tài)的影響