从小白到无人驾驶系统工程师16——线控转向

从小白到无人驾驶系统工程师16——线控转向：

  转向系统按转向能源不同，可分为机械式转向系统、动力式转向系统和电控式转向系统。

  1）机械式转向系统：机械式转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，所有传递动力的构件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。

  2）动力式转向系统：在机械式转向系统的基础上，增加一套转向助力装置，兼用驾驶员体力与发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系统。

  3）电控式转向系统：由电源、电控单元ECU、电动机、转向齿轮机构和转向传感器组成。当汽车转向时，电控单元根据传感器检测转向力矩和转向速度等参数，计算出最佳作用力后，使电动机推动转向。

  汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个力矩，该力矩通过转向轴，输入转向器。经过减速增力传给转向摇臂再通过转向直拉杆传给左转向节上的转向节臂，使左转向节和它支承的左轮偏转。由于右转向节与左转向节之间用左、右梯形臂和转向横拉杆连接，因此，右转向节及支承的右轮也随之偏转相应的角度，实现汽车的转向。

  汽车转向时，为保证每个车轮都是纯滚动而不发生侧滑，必须使汽车车轮转向轨迹符合一定的规律。

  规律：必须使各个车轮的轴线都相交于一点，即所有车轮能围绕他们的共同圆心转动。

  2）对于一定型号汽车，B和L是一定的，因此，对于每一个β，就近似对应一个α。这个关系式是由转向梯形（前轴、左右梯形臂和横拉杆组成）来保证的

  3）最小转弯半径：当转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心在支撑平面上滚过的轨迹圆半径。

  1、转向器的作用：转向器是转向系中减速增扭的传动装置，其作用是增大转向盘传到转向节的力并改变力的传递方向，获得所要求的摆动速度和角度。

  转向器的分类：按结构及形式的不同：循环球式、齿轮齿条式、蜗杆指销式、蜗杆滚轮式。

  2、转向传动机构：由转向摇臂、转向节臂、转向直拉杆、左右转向节、以及梯形臂和转向横拉杆组成。

  转向传动机构的作用：将转向装置输出的转向力传递给转向轮，使之偏转而实现汽车转向，还承受、衰减因路面不平而引起的冲击振动，并能自动消除因磨损而产生的间隙，保证汽车行驶的方向。

  根据汽车转向轮悬架的类型，可分为匹配独立悬架和与非独立悬架配用的转向传动机构两大类。与独立悬架配用的转向传动机构由转向横拉杆、转向减震器、前桥转向臂、转向齿轮轴、防尘套等组成。

  转向横拉杆分左、右两根，内端：与横拉杆压接成一体的不可调节的圆孔接头，孔内压装有橡胶--金属缓冲环。外端: 带球头销的可调节式接头。

  转向减震器：减震器缸筒一端固定在转向器壳上，活塞一端则与转向横拉杆支架连接。通过活塞杆和活塞在筒内的往复运动，使油液在活塞的节流阀上、下流动而产生阻尼，来吸收路面不平而产生的冲击和振动，稳定转向盘的震动。

  前桥转向臂：前桥转向臂直接焊在前桥悬架支柱上，转向臂与横拉杆之间采用球头连接。

  与非独立悬架配用的转向传动机构主要由转向垂臂、转向横拉杆、转向直拉杆、转向节臂、梯形臂、球头销等组成。

  转向垂臂：大端：用锥面三角形细花键与转向垂臂轴连接，并用螺母固定。小端：用锥形孔与球头销柄部连接。安装时要对正标记，使其从中间往两边的摆角范围大致相等。

  转向直拉杆：直拉杆由两端扩大的钢管制成，在扩大端内装有球头销、球头碗、弹簧、弹簧座、螺塞、开口销等。

  转向横拉杆：杆身用钢管制成，两端加工有左、右螺纹。旋转横拉杆时，可使两端接头同时向里或向外移动。即可改变横拉杆的工作长度，以此可调整前轮前束值。

  转向节臂和梯形臂：转向直拉杆通过转向节臂与转向节相连，转向横拉杆两端通过左、右梯形臂与转向节相连。

  传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不仅能自由设计汽车转向的力传递特性，还能够设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。

  汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。

  方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩马达等。方向盘总成的基本功能是将驾驶员的转向意图转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正的力，以提供给司机相应的路感信息。

  转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。

  主控制器对采集的信号做多元化的分析处理，判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。同时控制器还可以对司机的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是不是合理。当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时，线控转向系统会将驾驶员错误地转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。

  自动防故障系统是线控转向系统的重要模块，它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检验测试和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车的安全性能。

  电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的上限功率就有500~800W，加上汽车上的其它电子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。

  7.智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是不是合理，并做出相应的调整；

  9.基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率(转向盘转角和车轮转角的比值)一直在变化，低速行驶时，转向比率低，能够大大减少转弯或停车时转向盘转动的角度；

  10.高速行驶时，转向比率变大，获得更好的直线.左舵、右舵车型可实现硬件完全共用。