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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
附錄 A
The active steering system from BMW
Active steering system of control components and engine electronic parts, dynamic stability control system (DSC) and two yaw rate sensors connected mutually. On the basis of the system provided information, it with an average of 100 times per second operation speed, provide the most real-time, the most ideal steering Angle. By measuring system, can control the Angle to the driver's intentions. Dynamic stability control system based on the number of turns can calculate the speed, and yaw rate sensor can be monitor the vertical axis of the vehicle stability. For new 5 is running on a line on whether an ideal or on the road of the trend, active steering system always can sensing. When there is a special case of an emergency, such as dodge, all cars will naturally occur oversteer phenomenon. Active steering system at the beginning, and can detect in milliseconds acoordingly adjusted to Angle within. That is, the system can ride in the imperceptible in automatically reversal steering system to balance the body, so as to increase the the security of driving. And if active steering system itself wasn't enough to maintain the stable advanced vehicle route, dynamic stability control system timely intervention, reduce engine will power to impose individual wheel brake or. One thousand control software failure, how to do? BMW engineers had expected to this. In pure line control steering system, electronic control signal to the steering wheel and wheels, between the mechanical structure and not directly connected. Equipped with active steering system of new 5 department is different, even if its system problem, can still be a turn, only the action to Angle can't increase or decrease. For software obstacles and cause serious mistakes is never allowed to happen, Philip kohn doctor explained: "all the information in computer in two respectively in a different way to carry on the analysis,only active steering system
The results of the two sets of same instructions to be accepted, and if the results of conflict, the system will will be closed. "Mechanical and electronic device that clever apply bring out the best in each other, BMW to becoming the first corner flexibility and fusion in a car until stability.
When the driver removes steering wheel turned an Angle, it turned to the wheel will will deflect a fixed Angle. Drivers in turning process, need to change, according to gently road speed change and other factors, and constantly through the rotating steering wheel to adjust the Angle of steering wheel, maintain the drivers of the track to wish to turn to. The traditional steering system has its own advantages, such as reliable, low failure rate to, there exist some disadvantages, that is steering transmission ratio if is larger, vehicles in low speed to more light, but in high speed to appears too sensitive, steering stability becomes poor. If, on the other hand, turned to the transmission ratio, high speed in smaller vehicles to will appear sedate, but in low speed state, will be hard to. The characteristics of the largest active steering system, be according to the driving conditions, automatic regulation vehicles, and transmission ratio to increase or decrease the front wheel steering Angle. In the low speed, the role of the motor with drivers steering wheel rotation of the direction, steering transmission ratio increases, can reduce the demand for drivers to force. In high speed of operation, motor direction and the drivers in opposite directions, steering wheel rotation this reduced the front wheel steering Angle, to reduce the transmission ratio, steering stability improved. In addition to the more comfortable, more flexible, active steering system outside and the important thing is that the more security, which mainly embodies in the vehicle in the high-speed turned suddenly. For example in the highway a high speed suddenly to go beyond looped a car and then returned to the driveway, or in a high speed suddenly found the obstacles to a sharp turn, it is easy to appear understeer or to excessive, vehicles will deviate from the direction of his book, may lose control. In this case, usually the DSC larger superkings cars BMW system through the intervention process control vehicle braking stability, will greatly reduce traffic speed, increased energy consumption. And active steering system to start from a judge will turn to appeared after the case, through the electronic control mechanical regulation of device automatic correction to reduce the yaw Angle, intervention occurred. And DSC system in other cars don't have to like driving, ensure intervention of driving stability. However, when active steering system can not complete the control of vehicle, DSC system will participate in to work. Therefore, active steering system need and DSC system to cooperate to use.
附錄 B
來自寶馬的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制組件與引擎的電子零件、動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)和兩只偏航率傳感器相聯(lián)相通。依據(jù)這些系統(tǒng)提供的信息，它以平均每秒100次的運算速度，提供最實時、最理想的轉(zhuǎn)向角度。系統(tǒng)通過測量轉(zhuǎn)向角度，可以掌握駕駛者的意圖。動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)依據(jù)車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)可以計算出車速，而偏航率傳感器則可隨時監(jiān)控車輛垂直軸的穩(wěn)定性。對于新5系是否行駛在理想線路上或是有偏離路線的趨勢，主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終都能明察秋毫。
當(dāng)發(fā)生特別緊急的情況時，例如閃避，所有的汽車都會自然地發(fā)生轉(zhuǎn)向過度的現(xiàn)象。主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一開始就能察覺，并于毫秒之內(nèi)相應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)向角度。也就是說，系統(tǒng)能在駕乘者不知不覺中自動地反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來平衡車身，從而提高了行車安全性。而如果主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身不足以讓車輛維持穩(wěn)定的先進(jìn)路線時，動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)將及時介入，降低引擎馬力或?qū)€別車輪施以剎車。
萬一控制軟件失效了，怎么辦？寶馬工程師早已料想到這點。在純粹的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向由電子信號控制，方向盤與車輪之間并沒有直接的機械結(jié)構(gòu)相聯(lián)。配備主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新5系則與其不同，即使系統(tǒng)發(fā)生故障，仍然能進(jìn)行轉(zhuǎn)向動作，只不過其轉(zhuǎn)向角度無法增加或減少。因軟件障礙而造成嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向失誤也是絕對不允許發(fā)生的，菲利普·孔恩博士解釋道："所有的信息分別在兩臺計算機中以不同方式進(jìn)行分析，只有兩臺的結(jié)果相同時指令才被接受，如果結(jié)果出現(xiàn)矛盾，系統(tǒng)就會自行關(guān)閉。"
機械與電子裝置的巧妙運用相得益彰，使得寶馬成為第一家融合彎道靈活性與直道穩(wěn)定性于一車的公司。
當(dāng)駕駛者將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一個角度，那轉(zhuǎn)向輪必然就會偏轉(zhuǎn)一個固定的角度。駕駛者在轉(zhuǎn)彎過程中，需要根據(jù)路面彎度變化、車速變化等因素，不斷通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤來調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的角度，維持駕駛者希望達(dá)到的轉(zhuǎn)向軌跡。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有它自身的優(yōu)點，如轉(zhuǎn)向可靠、故障率低等，同時也存在一定的弊病，那就是轉(zhuǎn)向傳動比如果較大，則車輛在低速下轉(zhuǎn)向比較輕便，但在高速狀態(tài)下轉(zhuǎn)向則顯得過于靈敏，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性變差。相反，如果轉(zhuǎn)向傳動比較小，車輛在高速時轉(zhuǎn)向會顯得穩(wěn)重，但在低速狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向會比較吃力。 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點，就是依據(jù)駕駛條件，自動調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向傳動比，從而增加或減小前輪的轉(zhuǎn)向角度。在低速時，電動機的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的方向一致，轉(zhuǎn)向傳動比增大，可以減少駕駛者對轉(zhuǎn)向力的需求。在高速時，電動機的運轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤方向相反，這減少了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動比減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。 除了更舒適、更靈活之外，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點就是更安全，這一點主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。例如在公路上高速行駛時突然變線以超越另一輛車然后回到車道時，或者高速行駛中突然發(fā)現(xiàn)前方有障礙物需要急轉(zhuǎn)彎時，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過度，車輛將偏離自己預(yù)定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的DSC系統(tǒng)通過干預(yù)制動過程控制車輛的穩(wěn)定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過電子控制的機械調(diào)控器自動修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。而DSC系統(tǒng)不必像在其他車輛中那樣干預(yù)駕駛，保證車輛行駛的平穩(wěn)性。不過，當(dāng)主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法完成對車輛的控制時，DSC系統(tǒng)將參與到工作中來。因此，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要與DSC系統(tǒng)配合使用。
4
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
郭天辰
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛07-3班
指導(dǎo)教師姓名
田芳
職稱
實驗員
從事
專業(yè)
汽車運用技術(shù)
是否外聘
□是□否
題目名稱
轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機構(gòu)實現(xiàn)了獨立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向干預(yù)來防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過多的趨勢，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)能方便地與其他動力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
本設(shè)計是通過合理整合已有的設(shè)計，閱讀大量文獻(xiàn)，掌握機械設(shè)計的基本步驟和要求，以及傳統(tǒng)機械制圖的步驟和規(guī)則，掌握制動器總成的相關(guān)設(shè)計方法，以及進(jìn)一步扎實汽車設(shè)計基本知識，學(xué)會用CAD進(jìn)行基本二維制圖，同時提高分析問題和解決問題的能力。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
對轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析，并根據(jù)選定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計主要內(nèi)容包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，主動轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計，同時進(jìn)行必要的運動分析和強度校核。
要求：1、查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)使用相關(guān)軟件。
2、計算參數(shù)，設(shè)計結(jié)構(gòu)，利用計算機輔助設(shè)計軟件繪圖。
3、編寫設(shè)計說明書。說明書內(nèi)容完整，格式規(guī)范。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，圖面清晰。
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1．設(shè)計說明書一份。說明書字?jǐn)?shù)：15000字以上。
2．圖紙：折合0號圖3張。
四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱參考資料，了解轉(zhuǎn)向器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報告。 第2周（3月1日～3月11日）
（2）開題。第2周（3月11日）
（3）分析并確定轉(zhuǎn)向器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計要求和順序進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對給定的設(shè)計參數(shù)優(yōu)選轉(zhuǎn)向器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日）
（4）進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零部件的設(shè)計計算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分設(shè)計圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期檢查。第8周（4月22日）
（7）完成轉(zhuǎn)向器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計說明書 第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）設(shè)計及說明書初稿提交。第13周（5月27日）
（9）畢業(yè)設(shè)計審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日）
（10）畢業(yè)設(shè)計答辯。 第17周（6月18日～6月 20日）
五、主要參考資料
?
[1] 蔣勵,余卓平,高曉杰.寶馬主動轉(zhuǎn)向技術(shù)概述[J].汽車技術(shù),2006.4
[2] 王望予主編.汽車設(shè)計,第四版[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005
[3] 陳家瑞主編.汽車構(gòu)造[M]. 北京:人民交通出版社,2002.3
[4] 劉惟信主編.汽車設(shè)計[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2006
[5] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊,第3卷[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004.8
[6] 李秀珍主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:機械工業(yè)出版,2005.1
[7] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊,齒輪傳動[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007.3
[8] 陳曉南,楊培林主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2007.2
[9] 張策主編,機械原理與機械設(shè)計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004.9
[10] 饒振鋼編著.行星傳動機構(gòu)設(shè)計[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,1994.6
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)論文
轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-3班
學(xué)生姓名： 郭天辰
指導(dǎo)教師： 田 芳
職 稱： 實驗師
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of the Mechanical Institutions of the Front-Wheel Active Steering System
Candidate：Guo Tianchen
Specialty：Construction Machinery
Class：Vehicle engineering B07-3
Supervisor：Tian Fang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目:轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
院 系 名 稱:汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-3
學(xué) 生 姓 名: 郭天辰
導(dǎo) 師 姓 名: 田芳
開 題 時 間: 2011-03-02
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
郭天辰
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛07-3班
指導(dǎo)教師姓名
田芳
職稱
實驗員
從事
專業(yè)
汽車運用技術(shù)
是否外聘
□是□否
題目名稱
轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
汽車上用來改變或恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向和保持汽車直線行駛的機構(gòu)，轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成。轉(zhuǎn)向器將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動或齒條軸的直線往復(fù)運動，并對轉(zhuǎn)向操縱力進(jìn)行放大的機構(gòu)。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，轉(zhuǎn)向操縱力通過轉(zhuǎn)向器后一般還會改變傳動方向。在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系，機械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
作為汽車的一個重要組成部分，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成，如何設(shè)計汽車的轉(zhuǎn)向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車生產(chǎn)廠家和科研機構(gòu)的重要研究課題。特別是在車輛高速化、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的操縱設(shè)計顯得尤為重要。
前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與其控制技術(shù)的有機結(jié)合有效的提高了汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性，極大地提高了汽車的使用性能，二者相輔相成，缺一不可。本次設(shè)計主要是通過對主動轉(zhuǎn)向特性的分析，熟悉主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的工作原理，設(shè)計轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，并對其部分零件進(jìn)行有效性的校核，完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機械部分的設(shè)計。
自從汽車發(fā)明以來，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動裝置通常都是固定的，方向盤與前輪的轉(zhuǎn)向角度比始終一成不變。如果采用直接轉(zhuǎn)向，駕駛者在過急彎時就不需要大幅轉(zhuǎn)動方向盤，但是在高速行駛時，方向盤細(xì)微的動作都將會影響到行駛穩(wěn)定性；反過來說，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過彎時的操控性。所以，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都必須在安全性與舒適性之間做出權(quán)衡。
而主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機械構(gòu)件，包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、齒輪齒條轉(zhuǎn)向機以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其最大特點就是在轉(zhuǎn)向盤和齒輪齒條轉(zhuǎn)向機之間的轉(zhuǎn)向柱上集成了一套雙行星齒輪機構(gòu)，用于向轉(zhuǎn)向輪提供疊加轉(zhuǎn)向角。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機構(gòu)實現(xiàn)了獨立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美地解決了低速時轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向干預(yù)來防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過多的趨勢，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時，該系統(tǒng)能方便地與其他動力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的的雙行星齒輪機構(gòu)包括左右左右兩副行星齒輪機構(gòu)，公用一個行星架進(jìn)行動力傳遞，左側(cè)的主動太陽輪與轉(zhuǎn)向盤相連，將轉(zhuǎn)向盤上輸入的轉(zhuǎn)向角經(jīng)由行星架傳遞給右側(cè)的行星齒輪副，而右側(cè)的行星齒輪具有兩個轉(zhuǎn)向舒服自由度，一個是行星架傳遞的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，另一個是由伺服電機疊加轉(zhuǎn)角輸入。右側(cè)的太陽輪作為輸出軸，其輸出的轉(zhuǎn)向角度是由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度與伺服電動驅(qū)動的行星架轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)向盤相同，增加了后者的實際轉(zhuǎn)向角度，高速時，伺服電動機電機驅(qū)動的行星架與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向相反，疊加后減少了實際的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向過程變得更為間接，提高了汽車的穩(wěn)定性和安全性。轉(zhuǎn)動車輪所用的力量，并不是由電動機決定，而是由獨立的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向裝置一同決定的。主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的其他組成部件還包括判定當(dāng)前駕駛條件和駕駛者指令的獨立控制單元和多個傳感器。
主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車技術(shù)的發(fā)展受到國內(nèi)外的重視，同濟大學(xué)和北京科技大學(xué)都對主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有著深入的研究，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和人們對于汽車安全性能要求的提高，會有更多的技術(shù)運用到主動前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當(dāng)中來。在國外，上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始了對主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，而近幾年這項技術(shù)才從理論階段應(yīng)用于實車上。比較典型的就是德國寶馬公司和ZF公司開發(fā)的一套主動前輪系統(tǒng)，此系統(tǒng)已經(jīng)裝備于部分寶馬3系和5系車之上。寶馬的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是主動轉(zhuǎn)向控制器通過對駕駛員輸入的方向盤轉(zhuǎn)角的疊加/減的控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)向傳動比的改變的。低速時，電動馬達(dá)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤的方向一致，可以減少對轉(zhuǎn)向力的需求。一直行駛至中速狀態(tài)之前，它將提供比傳統(tǒng)轎車更直接的轉(zhuǎn)向傳動比，轉(zhuǎn)向操作保持輕松省力。在高速時電動馬達(dá)的運轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動方向盤方向相反，這就減少了前輪轉(zhuǎn)向角度，使轉(zhuǎn)向更直接。此系統(tǒng)完美地解決了汽車低速轉(zhuǎn)向輕便與高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)重的矛盾，有效地抑制側(cè)向干擾，提高了整車穩(wěn)定性。
此套主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)車速變化而不斷改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主動齒輪與被動齒條的傳動比。通常一般轎車的轉(zhuǎn)向傳動比是16:1和18:1之間，例如50km/h時，當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤10度時，前輪即可轉(zhuǎn)動1度，而普通轎車需要轉(zhuǎn)動16-18度才能讓前輪轉(zhuǎn)動1度。反之，在高速時，例如，當(dāng)車速達(dá)到200km/h時，帶有主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)動方向盤20度才能讓前輪轉(zhuǎn)動1度。
除了可變傳動比設(shè)計外，穩(wěn)定性控制功能是寶馬主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點。危險工況下該系統(tǒng)通過獨立于駕駛員的轉(zhuǎn)向干預(yù)來穩(wěn)定車輛，通過主動改變駕駛員給定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角使得車輛響應(yīng)盡可能與理想的車輛響應(yīng)特性相一致。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點就是更安全，這一點主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。例如在公路上高速行駛時突然變線以超越另一輛車然后回到車道時，或者高速行駛中突然發(fā)現(xiàn)前方有障礙物需要急轉(zhuǎn)彎時，很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過度，車輛將偏離自己預(yù)定的方向，可能失去控制。在這種情況下，通常寶馬車系的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過干預(yù)制動過程控制車輛的穩(wěn)定，行車速度將大幅度降低，增加能量的損耗。而主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過電子控制的機械調(diào)控器自動修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。而此系統(tǒng)不必像在其他車輛中那樣干預(yù)駕駛，保證車輛行駛的平穩(wěn)性。
本設(shè)計通過整合已有的的設(shè)計，通過努力，閱讀大量的文獻(xiàn)，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分設(shè)計的基本步驟和要求，以及制圖的步驟和規(guī)則，掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的相關(guān)設(shè)計方法，以及進(jìn)一步更扎實汽車設(shè)計基本知識，學(xué)會使用CAD進(jìn)行基本二維制圖，同時提高分析問題和解決問題的能力。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的設(shè)計有利于提高汽車的整體性能，同時提高我們綜合運用知識的能力和技能。通過課題的設(shè)計，積累相關(guān)理論知識，通過設(shè)計還可以系統(tǒng)的培養(yǎng)工程文化素養(yǎng)，有利于未來的發(fā)展。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
設(shè)計的基本內(nèi)容：
1.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡述。蝸桿滾輪式，蝸桿指銷式，齒輪齒條式等。
2.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)特點。
3.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀及優(yōu)點。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分基本結(jié)構(gòu)，工作原理等。
4.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)和轉(zhuǎn)向器的計算設(shè)計。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)選擇等。
5.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)的計算。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比，剛度等
6.進(jìn)行相關(guān)零件的校核。
7.根據(jù)計算結(jié)果，繪制CAD二維圖紙。
擬解決的主要問題：
1.轉(zhuǎn)向系機械結(jié)構(gòu)形式的選擇。
2.主要性能參數(shù)初選。
3.主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)計算。
4.相關(guān)零件的強度校核。
三、技術(shù)路線（研究方法）
轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)選擇
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算
主要參數(shù)選擇
校核
編寫說明書并繪制CAD二維圖紙
根據(jù)題目查閱相關(guān)資料
否
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動率與傳動比
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計
轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)設(shè)計計算
主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計
四、進(jìn)度安排
1）調(diào)研、查閱參考資料，了解轉(zhuǎn)向器的功能、主要結(jié)構(gòu)。撰寫開題報告。 第2周（3月1日～3月11日）
（2）開題。第2周（3月11日）
（3）分析并確定轉(zhuǎn)向器的具體結(jié)構(gòu)形式，主要零部件及相互位置關(guān)系。根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，按照有關(guān)的設(shè)計要求和順序進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關(guān)參數(shù)的選配，針對給定的設(shè)計參數(shù)優(yōu)選轉(zhuǎn)向器的總體方案。第3周（3月12日～3月20日）
（4）進(jìn)行轉(zhuǎn)向器零部件的設(shè)計計算。第4～5周（3月21日～4月2日）
（5）完成部分設(shè)計圖紙，折合0# 圖紙1張，完成說明書初稿。第6周～8周（4月3日～4月22日）
（6）中期檢查。第8周（4月22日）
（7）完成轉(zhuǎn)向器裝配圖、主要零件圖，完成設(shè)計說明書 第9~13周（4月23日～5月27日）
（8）設(shè)計及說明書初稿提交。第13周（5月27日）
（9）畢業(yè)設(shè)計審核、修改。 第14～16周（5月28日～6月17日）
（10）畢業(yè)設(shè)計答辯。 第17周（6月18日～6月 20日）
五、參考文獻(xiàn)
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[2] 王望予主編.汽車設(shè)計,第四版[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005
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[6] 李秀珍主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:機械工業(yè)出版,2005.1
[7] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊,齒輪傳動[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007.3
[8] 陳曉南,楊培林主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2007.2
[9] 張策主編,機械原理與機械設(shè)計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2004.9
[10] 饒振鋼編著.行星傳動機構(gòu)設(shè)計[M]. 北京:國防工業(yè)出版社,1994.6
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
轎車前輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以確保車輛在任何速度下都能提供理想的轉(zhuǎn)向操控，同時加強了轎車在高速行駛狀態(tài)下的安全性，提高了駕駛員在駕駛汽車時候的靈活性和舒適性,而且相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向器，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加可靠，故障率更低。
本設(shè)計以現(xiàn)有主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝置為基礎(chǔ)，參考先進(jìn)的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計原理和已有汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)，重新設(shè)計齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器及相匹配的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)方案，并對相關(guān)的部分進(jìn)行強度校核。設(shè)計的主要內(nèi)容包括：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定，齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計，主動轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計，其中主動轉(zhuǎn)向是設(shè)計中的難點，采用星星齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)主動轉(zhuǎn)向的控制，最后運用Auto CAD軟件進(jìn)行二維圖紙的繪制。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向器；主動轉(zhuǎn)向；前輪；機械設(shè)計；行星齒輪
ABSTRACT
Active steering system can ensure vehicles in any speed can provide the ideal steering control, while strengthening the cars in the safety of high-speed condition, improved driver when driving a car the flexibility and comfort, and compared with conventional methods, active steering system more reliable, failure to even lower.
This design is based on the front-wheel existing active steering system, reference information of advanced active steering system and related data of some cars, redesign the theory of steering system with gear and rack and matching active steering system structure scheme of mechanical part. Design of the main content includes: the main steering system of parameters, the design of steering gear rack, active steering the controller design, including active steering is the difficulty in the design, use the stars to implement active steering gear control, finally I use Auto CAD software for the 2D drawings
Key words: redirector; active steering; front wheel; mechanical design; planetary gear
III
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………………………II
第1章 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜述 ……………………………………………………………………………1
1.2 主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點 ………………………………………………………………………2
1.3 本章小結(jié)………… ……………………………………………………………………… 3
第2章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要參數(shù)的確定……………………………………………………4
2.1轉(zhuǎn)向盤的直徑……………………………………………………………………………4
2.2轉(zhuǎn)向盤回轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)……………………………………………………………………4
2.3轉(zhuǎn)向系的效率……………………………………………………………………………4
2.4轉(zhuǎn)向系的傳動比…………………………………………………………………………5
2.4.1轉(zhuǎn)向時加在轉(zhuǎn)向盤上的力………………………………………………………6
2.4.2小齒輪最大轉(zhuǎn)矩計算……………………………………………………………6
2.4.3轉(zhuǎn)向系的角傳動比…………………………………………………………………6
2.4.4轉(zhuǎn)向器的角傳動比…………………………………………………………………7
2.5 本章小結(jié)………… ……………………………………………………………………… 7
第3章 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計…………………………………………………8
3.1齒輪齒條結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計………………………………………………………………8
3.2齒輪齒條設(shè)計及校核…………………………………………………………………8
3.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………………13
第4章 主動轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計………………………………………………………14
4.1主動轉(zhuǎn)向控制器幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………14
4.2主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪設(shè)計…………………………………………………………15
4.3主動轉(zhuǎn)向控制器行星齒輪可行性設(shè)計…………………………………………………21
4.4主動轉(zhuǎn)向控制器蝸輪蝸桿設(shè)計…………………………………………………………23
4.4.1蝸輪蝸桿傳動比的確定……………………………………………………………23
4.4.2蝸輪蝸桿的設(shè)計……………………………………………………………………25
4.5本章小結(jié)………………………………………………………………………………… 29
結(jié)論………………………………………………………………………………………30
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………31
致謝……………………………………………………………………………………………32附錄A…………………………………………………………………………………………33
附錄B………………………………………………………………………………………35