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(如图46所示)。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。
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。其中的总转角等于驾驶员转向盘转角和伺服电机转角之和。
宝马主动转向系统的核心部件
是1套集成在转向柱上的双行星齿轮机构。这套机构包括左右两副行星齿轮机构,共用1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涡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,也就是汽车的实际转向角度。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,可以减少转向力的需求。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:
(1)伺服电机即涡轮固定不动时,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。
(2)转向盘不动,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。
(3)在通常情况下,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。
可变传动比功能:
如果期望横摆角度速度太小,说明车辆的响应相对于转向盘输入过于迟缓;如果期望横摆角速度太大,则导致车辆反应过快。根据相关研究,具有理想转向特性的车辆必须满足以下条件:
◆ 车辆等速转向时,期望横摆角速度必须保持为一定值
◆ 期望横摆角速度应随车速的增加而降低,且其值必须位于一定的合理范围内。对于普通驾驶员,该范围为0.12~0.37°/s,对于熟练驾驶员为0.12~0.417°/s。