葛文龙，屈小贞，冯浩轩，孙飞宇，邢建党，王畅，金庆祥

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

前言

汽车常规转向系统的转向传动比始终是固定不变的，无论车辆在低速下或高速下行驶很难平衡转向系统的轻便性和稳定性问题。而主动式转向系统在任意车速下都能提供理想的转向轮转角，可保障汽车在较低的车速范围内使转向操控变得更加灵活和在较高的车速范围内会使转向系统操控变得更加稳定可靠[1-2]。目前主动式转向系统主要是通过增设变速传动装置实现转向传动比可变，确保车辆在任何速度下都能提供理想的转向传动比。

1 变速传动装置

基于变速传动装置实现的主动式转向系统主要是通过变速传动装置实现的转向传动比可变，此类变速传动装置具有同步差速功能，保障转向系统工作过程中从转向盘输入到转向车轮输出的连续性。

如图1所示的变速传动装置通过双排行星齿轮的相互啮合来实现变速传递的，通过约束或锁止行星齿轮机构中的不同部件来实现不同的传动比大小。

如图2所示的变速传动装置是通过齿轮的相互啮合来实现变速传递的，该变速传动装置内设置三组常啮合齿轮，通过锁环式同步器改变变速传动装置内的齿轮传动路径来改变传动比大小。

图1 行星齿轮变速传动装置简图

图2 齿轮变速传动装置简图

2 基于变速传动装置的主动式转向系统

基于行星齿轮变速传动装置实现的主动式转向系统是在转向轴与转向器之间加装一组如图3所示的双行星齿轮机构与蜗轮蜗杆机构[3]，该主动式转向系统是通过电机对蜗轮蜗杆调节双行星齿轮机构的运动关系，实现独立于驾驶员操纵转向盘转角的转向叠加功能，以实现改变转向系统的转向传动比。当车速在低速范围时，双行星齿轮机构伺服电机的调整角和方向盘转角同向输入，使得系统的传动比变小；当车速到达中高速范围时，伺服电机的调整角和方向盘转角反向输入使得系统的传动比变大，提高转向时汽车的稳定性。

图3 双行星齿轮变速传动装置结构图

基于行星齿轮变速传动装置实现的另一种主动式转向系统是在转向轴与转向器之间加装一组如图4所示的双排行星齿轮机构[4]，其行星齿轮布置简图如图 1所示。该主动式转向系统是通过锁止器实现对大太阳轮或行星架的锁止状态来改变变速传动装置的传动比。当车辆在起步或较低车速范围内行驶时，大太阳轮和行星架同时处于锁死状态，整个行星齿轮组作为一个整体机构同步运转，实现直接转向传动比；当车辆行驶至中速范围区间时，大太阳轮处于锁死状态，小太阳轮作为主动件驱动长短行星轮随行星架一起同步转动，进而驱动齿圈及齿圈输出架一起随小太阳轮同向转动，以实现相同的转向盘转角输入对应相对较小的转向轮转向角，以满足车辆行驶的转向操控轻便性和稳定性需求；当车辆行驶至中高速及以上范围区间时，行星架处于锁死状态，小太阳轮作为主动件驱动长短行星轮自转，长行星轮驱动齿圈及齿圈输出架一起随小太阳轮同向转动，以实现相同的转向盘转角输入对应最小的转向轮转向角，以满足车辆行驶的转向操控稳定性需求。

图4 双排行星齿轮变速传动装置结构图

图5 齿轮变速传动装置结构图

基于齿轮变速传动装置实现的一种主动式转向系统是在转向轴与转向器之间加装一组如图5所示的齿轮变速传动装置[5]，齿轮变速是由如图6所示的换挡驱动结构来完成的。当车辆在低速范围下行驶时，传动变速箱内的同步器处于初始位置，输入轴与输出轴连接为一体，此时可实现直接转向传动比；当车辆由低速行驶到中高速范围时，步进电机通过减速齿轮组驱动换挡鼓转动，拨叉销将会随滑槽的转动而沿轴向方向滑移，此时相同工况下的方向盘角输入对应相对较小的转向轮转向角，以满足车辆行驶的操纵方便和稳定性需求。

图6 换挡驱动结构图

变速传动装置的增设改变了转向系统从转向盘到转向器的转向传动比，保障了车辆不同车速下行驶时的转向传动比需求，很好地解决了车辆在低速行驶时的灵活性问题与车辆在高速行驶时的稳定性问题。

3 结论

论文基于齿轮变速传动装置和行星齿轮变速传动装置实现的主动式转向系统，均实现了汽车行驶过程中的转向传动比可变，保障不同车速下相同转向盘转角输入下对应不同的转向轮转角，满足车辆行驶中低速下的转向轻便性和高速下的转向稳定性需求。