可變助力轉向系統在汽車主動安全領域的應用

唐煒++董殿陽

摘 要：該文針對因駕駛員規避障礙過晚而可能發生碰撞的情況，分析了駕駛員的行為特征，提出將可變助力系統應用于汽車主動安全領域的思路，最終達到提高行車安全的目的。

關鍵詞：主動安全 可變助力 行為特征

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0079-01

隨著科學技術的進步，汽車的普及和應用將更加普遍和深入，隨之帶來的道路交通安全問題也已成為世界性的大問題，汽車的安全性能對人類生命和財產安全的影響是不言而喻的。近些年，越來越多的先進技術被應用到汽車上，汽車的安全性能正日趨完善[1]。

汽車安全技術可以分為被動安全技術和主動安全技術。被動安全技術如安全氣囊、安全帶等主要針對事故發生后減輕人員傷害和貨物損失，主動安全技術如防抱死制動系統、防滑系統等主要作用是避免事故的發生。當前主動安全技術的研究已經成為領域熱門。

1 可變助力轉向系統介紹

目前大部分汽車都裝有助力轉向系統，轉向助力系統主要用于協助駕駛員調整方向，減輕駕駛者的疲勞強度。隨著汽車技術的進一步發展，普通的助力系統也暴露出其局限性，汽車高速行駛時由路面通過輪胎反饋到方向盤的路感降低了，高速時方向盤太輕造成方向穩定性變差。所以出現了可變助力轉向系統，主要作用為在車速高時減少助力使方向盤變重以增加穩定性，低速時增加助力使方向盤變輕以減輕疲勞強度[2]。

可變助力轉向系統根據其變化的助力類型不同，大致可以分為兩類：助力力度可變的助力轉向系統和速比可變的助力轉向系統。助力力度可變的助力轉向系統能夠隨車速改變助力力度，在低速行駛狀態下助力增大轉動方向盤更加輕盈省力，而當車輛高速行駛時，能夠降低助力，使方向盤轉動阻力增大，手感變沉，靈敏度降低，車輛行駛穩定性得到提升。速比可變的助力轉向系統能夠隨車速而改變方向盤轉動角與車輪轉動角的比值，高速狀態時調大比值，在轉動相同方向盤角度的情況下車輪的偏轉角更小，反之低速狀態時調小比值。

2 可變助力轉向系統應用于主動安全切入點

行駛在公路上的汽車因司機疏忽等原因遇到緊急情況時，如即將與前方障礙發生碰撞，駕駛員往往會采取兩個動作用于避免發生事故：急踩剎車、急打轉向盤。與常規制動不同的是，緊急情況下駕駛員的制動舉措會更急促，剎車踏板所受壓力會急劇增大。與常規轉向不同的是，緊急情況下駕駛員的轉向也會更迅速，轉向軸所受的扭矩會急劇增大。在這種情況下車輛避免碰撞的最主要條件是與障礙物之間的距離足夠大，如果兩者之間距離不夠則會因車輛絕對速度過大或轉向不及時而發生碰撞，如果車輛轉向系統的助力是可變的，并且在這種緊急情況下及時增大了助力，則車輛的偏向角會因此而增大，有利于車輛躲避障礙。

3 可變助力轉向系統應用于主動安全設計

剎車踏板下安裝壓力傳感器，壓力傳感器與電子控制單元相連接，用于實時監測駕駛員對踏板所施加的壓力；轉向軸安裝扭矩傳感器，扭矩傳感器與電子控制單元相連接，用于實時監測駕駛員對轉向軸所施加的扭矩。電子控制單元對兩傳感器傳輸來的數據進行實時處理并判別車輛是否遭遇緊急情況，當遭遇緊急情況則主動調節助力，使助力增大利于駕駛員避免車禍。

設踏板在常規制動時所受壓力的變化率最大值為K1，電子控制單元計算出的實時壓力變化率為K2；設轉向軸在常規轉向時所受扭矩的變化率最大值為K3，電子控制單元計算出的實時扭矩變化率為K4。電子控制單元對兩數據K2、K4分別與K1、K3進行對比，當滿足K2>K1，K4>K3時，可判定為緊急情況，即可調整助力。信息采集與處理流程圖如圖1所示。

K1、K3的取值基于大量數據分析的基礎上得出，反映的是駕駛員對車輛發生碰撞的可控性，K1、K3兩邊的值表示緊急情況與常規情況，同時助力調節的大小也需要依據大量的碰撞數據擬合得出。

K2、K4通過電子控制單元計算得出。取某時刻t0為初始監測時刻，設監測周期為T，t0時刻監測到的壓力為N1，t0+T時刻監測到的壓力為N2，則在周期T內的壓力變化率

同理，t0時刻監測扭矩為M1，t0+T時刻監測扭矩為M2，周期T內的扭矩變化率

K2、K4的計算值越大，表明監測周期內監測值的變化越大。

4 結語

可變助力系統應用于主動安全領域是汽車技術的一大理論創新。文中分析了一種特殊情況下可嵌入可變助力系統的兩大切入點，即緊急情況踏板所受壓力和轉向軸所受扭矩有別于常規情況，在此基礎上又提出了將可變助力系統應用于汽車主動安全領域的具體思路，并給出了幾個主要參數的獲取思路。

參考文獻

[1] 楊秀芳，張新，常桂秀，等.汽車主動安全技術的發展現狀及趨勢[J].重慶工學院學報：自然科學版，2008，22（4）：15-17.

[2] 羅新聞.汽車可變轉向系統結構及工作原理[J].汽車維修與保養，2011（12）：30-30.endprint