基于變速傳動裝置實現的主動式轉向系統綜述＊

葛文龍，屈小貞，馮浩軒，孫飛宇，邢建黨，王暢，金慶祥

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

前言

汽車常規轉向系統的轉向傳動比始終是固定不變的，無論車輛在低速下或高速下行駛很難平衡轉向系統的輕便性和穩定性問題。而主動式轉向系統在任意車速下都能提供理想的轉向輪轉角，可保障汽車在較低的車速范圍內使轉向操控變得更加靈活和在較高的車速范圍內會使轉向系統操控變得更加穩定可靠[1-2]。目前主動式轉向系統主要是通過增設變速傳動裝置實現轉向傳動比可變，確保車輛在任何速度下都能提供理想的轉向傳動比。

1 變速傳動裝置

基于變速傳動裝置實現的主動式轉向系統主要是通過變速傳動裝置實現的轉向傳動比可變，此類變速傳動裝置具有同步差速功能，保障轉向系統工作過程中從轉向盤輸入到轉向車輪輸出的連續性。

如圖1所示的變速傳動裝置通過雙排行星齒輪的相互嚙合來實現變速傳遞的，通過約束或鎖止行星齒輪機構中的不同部件來實現不同的傳動比大小。

如圖2所示的變速傳動裝置是通過齒輪的相互嚙合來實現變速傳遞的，該變速傳動裝置內設置三組常嚙合齒輪，通過鎖環式同步器改變變速傳動裝置內的齒輪傳動路徑來改變傳動比大小。

圖1 行星齒輪變速傳動裝置簡圖

圖2 齒輪變速傳動裝置簡圖

2 基于變速傳動裝置的主動式轉向系統

基于行星齒輪變速傳動裝置實現的主動式轉向系統是在轉向軸與轉向器之間加裝一組如圖3所示的雙行星齒輪機構與蝸輪蝸桿機構[3]，該主動式轉向系統是通過電機對蝸輪蝸桿調節雙行星齒輪機構的運動關系，實現獨立于駕駛員操縱轉向盤轉角的轉向疊加功能，以實現改變轉向系統的轉向傳動比。當車速在低速范圍時，雙行星齒輪機構伺服電機的調整角和方向盤轉角同向輸入，使得系統的傳動比變小；當車速到達中高速范圍時，伺服電機的調整角和方向盤轉角反向輸入使得系統的傳動比變大，提高轉向時汽車的穩定性。

圖3 雙行星齒輪變速傳動裝置結構圖

基于行星齒輪變速傳動裝置實現的另一種主動式轉向系統是在轉向軸與轉向器之間加裝一組如圖4所示的雙排行星齒輪機構[4]，其行星齒輪布置簡圖如圖 1所示。該主動式轉向系統是通過鎖止器實現對大太陽輪或行星架的鎖止狀態來改變變速傳動裝置的傳動比。當車輛在起步或較低車速范圍內行駛時，大太陽輪和行星架同時處于鎖死狀態，整個行星齒輪組作為一個整體機構同步運轉，實現直接轉向傳動比；當車輛行駛至中速范圍區間時，大太陽輪處于鎖死狀態，小太陽輪作為主動件驅動長短行星輪隨行星架一起同步轉動，進而驅動齒圈及齒圈輸出架一起隨小太陽輪同向轉動，以實現相同的轉向盤轉角輸入對應相對較小的轉向輪轉向角，以滿足車輛行駛的轉向操控輕便性和穩定性需求；當車輛行駛至中高速及以上范圍區間時，行星架處于鎖死狀態，小太陽輪作為主動件驅動長短行星輪自轉，長行星輪驅動齒圈及齒圈輸出架一起隨小太陽輪同向轉動，以實現相同的轉向盤轉角輸入對應最小的轉向輪轉向角，以滿足車輛行駛的轉向操控穩定性需求。

圖4 雙排行星齒輪變速傳動裝置結構圖

圖5 齒輪變速傳動裝置結構圖

基于齒輪變速傳動裝置實現的一種主動式轉向系統是在轉向軸與轉向器之間加裝一組如圖5所示的齒輪變速傳動裝置[5]，齒輪變速是由如圖6所示的換擋驅動結構來完成的。當車輛在低速范圍下行駛時，傳動變速箱內的同步器處于初始位置，輸入軸與輸出軸連接為一體，此時可實現直接轉向傳動比；當車輛由低速行駛到中高速范圍時，步進電機通過減速齒輪組驅動換擋鼓轉動，撥叉銷將會隨滑槽的轉動而沿軸向方向滑移，此時相同工況下的方向盤角輸入對應相對較小的轉向輪轉向角，以滿足車輛行駛的操縱方便和穩定性需求。

圖6 換擋驅動結構圖

變速傳動裝置的增設改變了轉向系統從轉向盤到轉向器的轉向傳動比，保障了車輛不同車速下行駛時的轉向傳動比需求，很好地解決了車輛在低速行駛時的靈活性問題與車輛在高速行駛時的穩定性問題。

3 結論

論文基于齒輪變速傳動裝置和行星齒輪變速傳動裝置實現的主動式轉向系統，均實現了汽車行駛過程中的轉向傳動比可變，保障不同車速下相同轉向盤轉角輸入下對應不同的轉向輪轉角，滿足車輛行駛中低速下的轉向輕便性和高速下的轉向穩定性需求。