宝马创新技术之主动转向系统解析

网络/2015-08-19/ 分类：技术解析/阅读：

BMW整体主动转向系统能够带给驾驶者一种全新体验，流畅驾驶的别样快感。在任何情况下都极其灵活且兼具稳定。灵活的后轮最多可转向3°-- 小运动带来大改变。 ...

在传统转向系统中，转向盘到前轮的转向传动比是严格固定的。转向系定传动比设计的缺陷主要表现为：低速或停车工况下驾驶员需要大角度地转动转向盘，而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求，否则车辆的稳定性和安全性会随之下降。因此，同时满足转向系统在低速时的灵活性要求与高速时的稳定性要求是当今车辆转向系统设计的核心问题之一。

宝马整体主动转向系统完美地解决了上述问题，并且该系统已装备于部分宝马多款车型上。该系统能够实现独立于驾驶员的转向干预，从而达到主动改变前轮转向角的目的。BMW整体主动转向系统能够带给驾驶者一种全新体验，流畅驾驶的别样快感。在任何情况下都极其灵活且兼具稳定。灵活的后轮最多可转向3°-- 小运动带来大改变。

该系统具有可变传动比设计：在低速状态下传动比较小，使转向更加直接，以减少转向盘的转动圈数，提高车辆的灵活性和操控性；在高速行驶时转向传动比较大，提高车辆的稳定性和安全性。除了可变传动比设计外，通过转向干预来实现对车辆的稳定性控制是该系统最大的特点。无论是急转弯或是在停车场泊车，整体主动转向系统使转向更容易。当时速低于60公里/小时，后轮可转向与前轮相反的方向，以减少转弯半径，并确保每一次都精准过弯。当以高于80公里/小时的速度改变车道时，前轮和后轮会转向同一方向，以确保高速变道时的平稳性和及时、卓越的转向响应。除了在快速变向时增强车辆的稳定性外，主动转向系统还能在制动时确保更高的掌控度和更好的操纵性。主动转向系统把车辆的安全性、灵活性以及驾驶乐趣提高到了一个全新水平。

如果车辆受到不稳定的威胁，例如过度转向或者在多变表面制动时，DSC动态稳定控制系统识别问题，并通过主动转向系统克服问题。例如，为了降低不安全的偏航，主动转向系统可以更快提高方向盘的角度，甚至比最专业的驾驶员还要快。主动转向系统不会妨碍方向盘和前轮之间的直接连接，这样即使在电子系统完全失效时，BMW仍始终保持完全可控。

主动转向系统具有可变传动比功能的转向系统还有线控转向系统，它和主动转向一样能够将驾驶员的转向输入角和实际的车辆转角分离开来，在驾驶员转向角输入的基础上叠加一个附加转向角，用于优化车辆对驾驶员输入的响应或在紧急情况下提高车辆的稳定性。线控转向和主动转向系统最大的区别体现在当系统发生故障时，主动转向系统仍能通过转向盘与车轮间的机械连接确保其转向性能，而线控转向系统必须通过主要零件的冗余设计来保证车辆的安全性。此外，由于主动转向系统中保留了完整的转向系统，在转向过程中可以获得真实的路感，这一点是线控转向系统所不具备的。因此，从安全性和路感的角度而言，主动转向是当前转向系统发展的一个主要趋势。

宝马主动转向系统保留了传统转向系统中的机械构件，包括转向盘、转向柱、齿轮齿条转向机以及转向横拉杆等。其最大特点就是在转向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，用于向转向轮提供叠加转向角。除传统的转向机械构件外，宝马主动转向系统主要包括两大核心部件：一是双行星齿轮机构，通过叠加转向实现变传动比功能，二是电子伺服转向系统，用于实现转向助力功能。驾驶员的转向角输入包括力矩输入和角输入两部分，将共同传递给扭杆。其中的力矩输入由电子伺服机构根据车速和转向角度进行助力控制，而角输入则通过由伺服电机驱动的双行星齿轮机构进行转向角叠加，经过叠加后的总转向角才是传递给齿轮齿条转向机构的最终转角。与常规转向系统的显著差别在于，宝马主动转向系统不仅能够对转向力矩进行调节，而且还可以对转向角度进行调整，使其与当前的车速达到完美匹配。

传统的定转向传动比机构显然无法满足上述要求，但宝马的主动转向系统通过叠加转向机构完全能够实现。该系统传动比在10-20之间，低速情况下，通过双行星齿轮机构伺服电机的调整角和转向盘转角同向输入，使得系统的传动比较小，实际上是增大了驾驶员的转向角输入，从而获得较大的期望横摆角速度增益并使得转向轻便；在中、高速情况下，伺服电机的调整角和转向盘转角反向输入使得系统的传动比较大，实际上是减小驾驶员的转向角输入，减小期望横摆角速度增益，并逐步提高车辆的稳定性。

除了可变传动比设计外，稳定性控制功能是宝马主动转向系统最大的特点。危险工况下该系统通过独立于驾驶员的转向干预来稳定车辆，通过主动改变驾驶员给定的转向盘转角使得车辆响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致。

宝马主动转向系统还提供了横摆力矩补偿功能，以提高在分离系数路面上车辆的制动稳定性。在该工况下，由于左、右轮上不等制动力会产生绕车辆质心的横摆力矩，使得车辆发生制动跑偏现象。传统的ESP电子稳定程序通过调节4个车轮上的制动力来使得左、右车轮的制动力尽量相等，但以减小制动减速度、增大制动距离为代价。而主动转向系统根据制动压力等信号计算出所需补偿的横摆力矩并通过调整相应的前轮转向角来实现方向调节。在这一过程中驾驶员无需对转向盘进行修正，减轻了驾驶员的工作负担，保持了制动时的方向稳定性，减小了制动距离。通过这一技术的应用，与传统ABS/ESP相比，可使制动距离最多减少15%。

与ESP等通过制动干预来稳定车辆的方式相比，转向干预具有以下优点：首先，转向干预不易为驾驶员察觉，对乘坐舒适性几乎没有影响，而制动干预不仅会产生较大的制动减速度，而且制动时发出的噪声也会影响乘坐舒适性；其次，转向干预比制动干预更加迅速，因为转向控制是通过伺服电机来完成的，而制动干预必须建立油压，这需要一定的时间；此外，转向干预相比制动干预能获得更高的通过速度，从而降低在变道时由于避让不及、与对面来车发生碰撞的可能性。

为了充分发挥主动转向系统和ESP电子稳定程序的优点，最大限度地提高车辆在极限工况下的稳定性，将两者功能融合在一起进行集成控制是最为有效的方法。该系统可以提高车辆稳定性、拓宽极限行驶区域、减小转向幅度、更少产生由于制动干预引起的急剧减速，从而使车辆行驶的安全性、舒适性以及驾驶乐趣得到大大提高。为了进一步提高车辆的动力学性能，还可以在此基础上继续引入诸如可调减振器、主动稳定性控制和可调弹簧等电子底盘控制系统。

宝马主动转向系统通过一组双行星齿轮机构实现了独立于驾驶员的转向叠加功能，完美地解决了低速时转向灵活轻便与高速时保持方向稳定性的矛盾，并在此基础上通过转向干预来防止极限工况下车辆转向过多的趋势，进一步提高了车辆的稳定性。同时，该系统能方便地与其他动力学控制系统进行集成控制，为今后汽车底盘一体化控制奠定了良好的基础。

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