汽车转向系统应用直线电机

 随着社会的不断发展，汽车已经成为人们生活中很普遍的交通工具，而汽车的转向系统性能很大程度地决定了对汽车操纵的轻便舒适性和安全行驶的稳定平顺性的重要因素。近年来，直线电机的理论和应用得到了快速发展，其应用领域也在不断扩大，现结合汽车转向器相应机构的运行原理来探讨分析直线电机在汽车转向领域的应用。

    一、对转向盘的操纵要求即轻便灵活又有稳定的操作感受

 

         由于车轮转向时轮胎与地面的摩擦阻尼随车速降低而增大。即在汽车低速转向时，对无助力传统机械转向系的方向盘操纵会相当费力，为此目前基本已均采用了动力转向系。并对转向助力的控制要求随车速增加而减小。而在车速很高时由于方向盘的转动力会很轻，为避免对转向盘微小的干扰力而引起汽车偏离方向，削减因路面不平撞击转向轮的冲击传到转向盘而造成“打手”现象，并在转向结束时转向盘能有自动回正功能使汽车保持稳定直线行驶，使驾驶员通过转向盘对转向过程中车轮与地面之间的运动状况能始终保持适当的“路感”，在汽车高速行驶时又希望能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系的阻尼。

 

    二、对转向操控有较高的灵敏性并能简化其结构以减小能耗

 

         对转向系操纵时要求车轮快速响应使车身能及时转向。这除了尽可能减小转向系各传动机构的空行程间隙外，还要求用于转向助力的动力控制装置响应快。目前所用的动力转向系统主要有液压、气压和电动三种，前两种存在能耗大、响应慢等缺点。而现有电动助力转向系统EPS采用的是旋转电动机，需经电磁离合器、齿轮减速传动等机械机构，还存在机构庞杂，占用空间大，响应速度较慢等缺点。根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，为此用直线电机直接带动左右横拉杆，使控制更直接，动态响应更快。

 

    三、要求转向车轮的运动规律正确稳定

 

         即要求内、外侧转向轮的偏转角以及驱动轮的差速比正确稳定，两者的比值与转向盘的转角始终保持一定的关系，以确保在转向时各个车轮只有滚动而无滑动现象。通过对汽车转向时其内、外侧转向轮和驱动轮的运动过程分析，为保证各车轮只滚动无滑动，要求四车轮均应绕同一圆心转动。设L为汽车轴距，B为汽车轮距，α、β分别为外、内侧转向轮的偏转角，则要求外转向轮偏转角ɑ须小于内转向轮偏转角β，并同时要求内、外侧驱动轮还需满足相应的差速条件。为满足内、外侧转向轮的偏转角要求，需使其转向机构的左、右横拉杆与转向节臂成相应角度的梯形即非平行四边形关系，这也是各类转向系普遍采用的基本方法。为满足驱动轮差速要求有采用机械差速和电子差速两种。机械差速是传统汽车普遍采用的方法，其机构庞大而复杂。而电子差速系统EDS是采用电子控制来实现，有诸多优点，随电动汽车的发展，特别是轮毂电机的应用，它将是汽车驱动轮差速控制的发展方向。

 

    四、尽可能减小转弯半径和提高高速转向时的稳定性

 

         为减小低速转向时的转弯半径，便于低速选位停车或窄道转向行驶；以及改善高速转向或在侧向风作用时的行驶稳定性，还需采用高性能的四轮转向来满足。

 

         通过上述分析，根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，为提高转向系的快速响应性和满足在不同车速下有相应的助力等功能要求。

 

         直线电机的最直观的特点在于直接产生直线运动，通过直接驱动负载的方式，可以实现从高速到低速等不同范围的高精度位置定位控制。直线电机的动子（初级）和定子（次级）之间无直接接触，定子及动子均为刚性部件，从而保证直线电机运动的静音性以及整体机构核心运动部件的高刚性。主要特点：结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、高速度。