技术解剖宝马的主动转向技术
2020-07-28 11:37来源:我爱汽车网阅读量:

行星齿轮机构

由于宝马的这套系统的核心部件是一套集成在转向柱上的双行星齿轮机构。对于不太了解行星齿轮机构的读者,我们先来一个预热。简单了解下行星齿轮机构的工作原理。

结构

一套行星齿轮组一般包含以下几个部件(图1):太阳轮(深绿色齿轮)、行星轮(银色齿轮)、齿圈(浅绿色齿轮)和行星架(红色部件)。

方向盘下的玄机——技术解剖宝马的主动转向技术(多图)

图1 行星轮机构

工作特点

一般而言,太阳轮、行星轮和齿圈三者固定其中一个,另外两个就可以分别作为输入轴荷输出轴,以此实现不同的传动比。这是行星轮最大的特点,也是它广泛用于各类变速机构中的原因(比如汽车上的AT变速箱)。看下面3个动画,你便能理解。

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动画1 固定太阳轮

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动画2 固定齿圈

 

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动画3 固定行星轮(支架)

转向系统结构

我们再来预热一下传统的转向系统的结构。转向机构主要分三大部分:第一部分是方向盘,就是驾驶员的操纵机构;第二部分是转向柱;第三部分就是横向的转向机/转向器。下图2就是一个液压助力的转向机构图,现在大多数车都是电子助力,只是助力形式不同,基本结构还是一样的。

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图2 转向系统结构

转向盘转动,带动转向柱中的转向传动轴转动,转向传动轴中的输入轴与转向器的齿条啮合,带动齿条横向左右移动,实现转向(动画4)。

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图3 转向输入轴与齿条啮合


 

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动画4 转向系统工作过程

为什么需要主动转向技术

这个还得从驾驶者的需求谈起。我们都知道,当我们在低速行驶,比如在小区内、小街道、车库内行驶的时候,我们希望打较小的方向盘角度就能实现车辆较大的转向,也就是说希望较大的转向传动比;而在高速的时候,我们希望方向盘不要那么灵敏,打转向的时候,前轮只转动很小的角度,这样会更有安全感。

但是,传统的转向机构的传动比是固定的,也就是图3中齿轮与齿条的传动比。为了实现可变的传动比,宝马开发了这套转动转向技术。

宝马主动转向技术结构

宝马的主动转向技术的核心部件是套集成在转向柱上的双行星齿轮机构(图4),也就是说宝马将转向柱传动轴断开,在断开出加入了一套能实现可变传动比的机构,而且这套机构是双行星齿轮机构+电控系统

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图4 宝马主动转向机构

这套机构除了双行星齿轮组外,还有一套蜗轮蜗杆结构和电机。来一张大图看看~

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图5 双行星齿轮机构

 

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图6 双行星齿轮机构——带注释

 

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图7 双行星齿轮机构——爆炸图
 

我们来看这个爆炸图,一定要理解以下几个关键点

  • 每个行星齿轮机构的3个行星轮是通过3个连接轴连接在一起的,即它们是公用行星架的
  • 电机带动蜗杆旋转
  • 行星轮机构的外筒(充当齿圈结构)是一个蜗轮,与蜗杆啮合
  • 太阳轮1连接输入轴,太阳轮2连接输出轴

宝马主动转向工作原理

确定充分理解上面几点以后,其实主动转向的原理就不难解释了。

还是看爆炸图,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,另一个是由电机通过一个蜗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。

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动画5 方向盘不转,只凭电机实现转向

 

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动画6 蜗杆不转,等效于传统转向系统

 

 

低速时,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。

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动画7 低速时的工作状态

高速时,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。

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动画8 高速时的工作状态

当然啦,这一切都的背后都是复杂的控制单元来实现控制的。

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图8 主动转向控制系统

总结

这套主动转向系统其实出现已经很多年 了,基本上是宝马的标配了。在此再次感叹宝马工程师的智慧!

其他很多豪华品牌都在用不同的方式来实现可变传动比,因为转向的手感对于驾驶员的驾驶体验太重要了,欢迎继续关注[小P讲车],为您呈现其他品牌的主动转向技术!


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