转向系统概述

汽车智能驾驶核心技术可以分为三个部分:感知与定位、决策与规划、控制与执行。如图所示,感知与定位是利用摄像头和传感器等采集道路环境信息,如车道线、障碍物等,对道路环境目标进行识别与跟踪;决策与规划是对车辆进行操纵控制和路径规划,通过算法评估感知系统信息,获得车辆最佳操控模式;控制与执行是基于汽车底盘系统,对车辆进行制动、转向和驱动的具体操作。因此对汽车底盘系统的精确控制是智能安全驾驶技术的关键环节。
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转向系统是汽车线控底盘领域研究的重点内容,转向机构是汽车上影响整车行驶控制的装置,保证驾驶员灵活地控制汽车的行驶方向是它主要的功能。转向系统对汽车的行驶安全起了非常关键的作用,其转向的可靠程度直接关系到车辆和驾驶人员的安全,其智能化程度直接影响着驾驶人员的舒适性。在汽车直线行驶时,路面侧向干扰力会作用于转向轮,导致车轮自动偏转而使行驶方向发生变化。因此,转向系统的性能极大地影响着车辆的驾驶安全性以及操纵稳定性。
汽车上常见的转向装置都发展于机械转向系统的结构。机械转向系统是车辆转向力矩直接由驾驶者在方向盘上的输入手力矩进行提供,而目前常见的转向系统是借助附加装置的辅助力协助驾驶者的手力矩一起来实现车辆转向功能,通过在传统机械转向装置的基础上添加助力转向电机或者其他助力设备实现转向助力。

转向系统发展

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电动助力转向系统是将助力电机通过传动机构与转向管柱相连接,由电子控制单元控制电机提供转向助力;液压助力转向系统是将循环球转向器和液压系统增添进机械转向结构上所组成的,实现由液压泵进行助力。
电动液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering System,EHPS),其基本结构是对纯液压式助力系统的改进,增加了电动助力转向的助力电机系统装置从而实现电机带动液压助力。
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该系统由多个子系统组成,包括机械传动系统、助力电机装置和液压助力机构。机械传动系统包含转向盘总成、转向管柱及转向杆系等机械连接结构;助力电机装置包含助力电机、电子控制单元、转矩/转角传感器和蜗轮蜗杆减速器,用于提供电动助力;液压助力机构包含循环球转向器、液压管路和液压泵,用于提供液压助力。
电液耦合转向系统(Electro-hydraulic Coupling Steering System, EHCS)是一种新型商用车智能转向系统,其结构是以基于电动液压助力转向系统进行设计的,通过传动机构将助力电机与转向管柱相连接,并增加液压助力系统装置通过改进后的连接部件提供液压助力,实现可同时对电机和液压系统进行耦合控制。结构紧凑安装方便,更容易进行转向系统的主动控制。本文所研究的电液耦合转向系统集成了随速可变助力、主动回正、伺服转角控制等智能转向功能,提高商用车转向系统稳定性,确保安全行驶。

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