基于變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(yè)大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

前言

汽車(chē)常規(guī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比始終是固定不變的，無(wú)論車(chē)輛在低速下或高速下行駛很難平衡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕便性和穩(wěn)定性問(wèn)題。而主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在任意車(chē)速下都能提供理想的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，可保障汽車(chē)在較低的車(chē)速范圍內(nèi)使轉(zhuǎn)向操控變得更加靈活和在較高的車(chē)速范圍內(nèi)會(huì)使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)操控變得更加穩(wěn)定可靠[1-2]。目前主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過(guò)增設(shè)變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比可變，確保車(chē)輛在任何速度下都能提供理想的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比。

1 變速傳動(dòng)裝置

基于變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過(guò)變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比可變，此類(lèi)變速傳動(dòng)裝置具有同步差速功能，保障轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過(guò)程中從轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入到轉(zhuǎn)向車(chē)輪輸出的連續(xù)性。

如圖1所示的變速傳動(dòng)裝置通過(guò)雙排行星齒輪的相互嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)變速傳遞的，通過(guò)約束或鎖止行星齒輪機(jī)構(gòu)中的不同部件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比大小。

如圖2所示的變速傳動(dòng)裝置是通過(guò)齒輪的相互嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)變速傳遞的，該變速傳動(dòng)裝置內(nèi)設(shè)置三組常嚙合齒輪，通過(guò)鎖環(huán)式同步器改變變速傳動(dòng)裝置內(nèi)的齒輪傳動(dòng)路徑來(lái)改變傳動(dòng)比大小。

圖1 行星齒輪變速傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖

圖2 齒輪變速傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖

2 基于變速傳動(dòng)裝置的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

基于行星齒輪變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器之間加裝一組如圖3所示的雙行星齒輪機(jī)構(gòu)與蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)[3]，該主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過(guò)電機(jī)對(duì)蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向疊加功能，以實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比。當(dāng)車(chē)速在低速范圍時(shí)，雙行星齒輪機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)的調(diào)整角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角同向輸入，使得系統(tǒng)的傳動(dòng)比變小；當(dāng)車(chē)速到達(dá)中高速范圍時(shí)，伺服電機(jī)的調(diào)整角和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角反向輸入使得系統(tǒng)的傳動(dòng)比變大，提高轉(zhuǎn)向時(shí)汽車(chē)的穩(wěn)定性。

圖3 雙行星齒輪變速傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖

基于行星齒輪變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的另一種主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器之間加裝一組如圖4所示的雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)[4]，其行星齒輪布置簡(jiǎn)圖如圖 1所示。該主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過(guò)鎖止器實(shí)現(xiàn)對(duì)大太陽(yáng)輪或行星架的鎖止?fàn)顟B(tài)來(lái)改變變速傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比。當(dāng)車(chē)輛在起步或較低車(chē)速范圍內(nèi)行駛時(shí)，大太陽(yáng)輪和行星架同時(shí)處于鎖死狀態(tài)，整個(gè)行星齒輪組作為一個(gè)整體機(jī)構(gòu)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比；當(dāng)車(chē)輛行駛至中速范圍區(qū)間時(shí)，大太陽(yáng)輪處于鎖死狀態(tài)，小太陽(yáng)輪作為主動(dòng)件驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)短行星輪隨行星架一起同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)齒圈及齒圈輸出架一起隨小太陽(yáng)輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入對(duì)應(yīng)相對(duì)較小的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角，以滿足車(chē)輛行駛的轉(zhuǎn)向操控輕便性和穩(wěn)定性需求；當(dāng)車(chē)輛行駛至中高速及以上范圍區(qū)間時(shí)，行星架處于鎖死狀態(tài)，小太陽(yáng)輪作為主動(dòng)件驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)短行星輪自轉(zhuǎn)，長(zhǎng)行星輪驅(qū)動(dòng)齒圈及齒圈輸出架一起隨小太陽(yáng)輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)相同的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入對(duì)應(yīng)最小的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角，以滿足車(chē)輛行駛的轉(zhuǎn)向操控穩(wěn)定性需求。

圖4 雙排行星齒輪變速傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖

圖5 齒輪變速傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖

基于齒輪變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的一種主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器之間加裝一組如圖5所示的齒輪變速傳動(dòng)裝置[5]，齒輪變速是由如圖6所示的換擋驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。當(dāng)車(chē)輛在低速范圍下行駛時(shí)，傳動(dòng)變速箱內(nèi)的同步器處于初始位置，輸入軸與輸出軸連接為一體，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比；當(dāng)車(chē)輛由低速行駛到中高速范圍時(shí)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)減速齒輪組驅(qū)動(dòng)換擋鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉銷(xiāo)將會(huì)隨滑槽的轉(zhuǎn)動(dòng)而沿軸向方向滑移，此時(shí)相同工況下的方向盤(pán)角輸入對(duì)應(yīng)相對(duì)較小的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角，以滿足車(chē)輛行駛的操縱方便和穩(wěn)定性需求。

圖6 換擋驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

變速傳動(dòng)裝置的增設(shè)改變了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向盤(pán)到轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，保障了車(chē)輛不同車(chē)速下行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比需求，很好地解決了車(chē)輛在低速行駛時(shí)的靈活性問(wèn)題與車(chē)輛在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題。

3 結(jié)論

論文基于齒輪變速傳動(dòng)裝置和行星齒輪變速傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，均實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)行駛過(guò)程中的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比可變，保障不同車(chē)速下相同轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入下對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，滿足車(chē)輛行駛中低速下的轉(zhuǎn)向輕便性和高速下的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性需求。