隨著社會的不斷發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們生活中很普遍的交通工具，而汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能很大程度地決定了對汽車操縱的輕便舒適性和安全行駛的穩(wěn)定平順性的重要因素。近年來，直線電機(jī)的理論和應(yīng)用得到了快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)結(jié)合汽車轉(zhuǎn)向器相應(yīng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理來探討分析直線電機(jī)在汽車轉(zhuǎn)向領(lǐng)域的應(yīng)用。

    一、對轉(zhuǎn)向盤的操縱要求即輕便靈活又有穩(wěn)定的操作感受

 

         由于車輪轉(zhuǎn)向時輪胎與地面的摩擦阻尼隨車速降低而增大。即在汽車低速轉(zhuǎn)向時，對無助力傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系的方向盤操縱會相當(dāng)費(fèi)力，為此目前基本已均采用了動力轉(zhuǎn)向系。并對轉(zhuǎn)向助力的控制要求隨車速增加而減小。而在車速很高時由于方向盤的轉(zhuǎn)動力會很輕，為避免對轉(zhuǎn)向盤微小的干擾力而引起汽車偏離方向，削減因路面不平撞擊轉(zhuǎn)向輪的沖擊傳到轉(zhuǎn)向盤而造成“打手”現(xiàn)象，并在轉(zhuǎn)向結(jié)束時轉(zhuǎn)向盤能有自動回正功能使汽車保持穩(wěn)定直線行駛，使駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤對轉(zhuǎn)向過程中車輪與地面之間的運(yùn)動狀況能始終保持適當(dāng)?shù)?ldquo;路感”，在汽車高速行駛時又希望能對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有一種“反向”助力，即適當(dāng)增加轉(zhuǎn)向系的阻尼。

 

    二、對轉(zhuǎn)向操控有較高的靈敏性并能簡化其結(jié)構(gòu)以減小能耗

 

         對轉(zhuǎn)向系操縱時要求車輪快速響應(yīng)使車身能及時轉(zhuǎn)向。這除了盡可能減小轉(zhuǎn)向系各傳動機(jī)構(gòu)的空行程間隙外，還要求用于轉(zhuǎn)向助力的動力控制裝置響應(yīng)快。目前所用的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有液壓、氣壓和電動三種，前兩種存在能耗大、響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。而現(xiàn)有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS采用的是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，需經(jīng)電磁離合器、齒輪減速傳動等機(jī)械機(jī)構(gòu)，還存在機(jī)構(gòu)龐雜，占用空間大，響應(yīng)速度較慢等缺點(diǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)最終帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂的橫拉桿均為左右直線運(yùn)動等特點(diǎn)，為此用直線電機(jī)直接帶動左右橫拉桿，使控制更直接，動態(tài)響應(yīng)更快。

 

    三、要求轉(zhuǎn)向車輪的運(yùn)動規(guī)律正確穩(wěn)定

 

         即要求內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角以及驅(qū)動輪的差速比正確穩(wěn)定，兩者的比值與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角始終保持一定的關(guān)系，以確保在轉(zhuǎn)向時各個車輪只有滾動而無滑動現(xiàn)象。通過對汽車轉(zhuǎn)向時其內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動輪的運(yùn)動過程分析，為保證各車輪只滾動無滑動，要求四車輪均應(yīng)繞同一圓心轉(zhuǎn)動。設(shè)L為汽車軸距，B為汽車輪距，α、β分別為外、內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角，則要求外轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角ɑ須小于內(nèi)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角β，并同時要求內(nèi)、外側(cè)驅(qū)動輪還需滿足相應(yīng)的差速條件。為滿足內(nèi)、外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角要求，需使其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的左、右橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂成相應(yīng)角度的梯形即非平行四邊形關(guān)系，這也是各類轉(zhuǎn)向系普遍采用的基本方法。為滿足驅(qū)動輪差速要求有采用機(jī)械差速和電子差速兩種。機(jī)械差速是傳統(tǒng)汽車普遍采用的方法，其機(jī)構(gòu)龐大而復(fù)雜。而電子差速系統(tǒng)EDS是采用電子控制來實(shí)現(xiàn)，有諸多優(yōu)點(diǎn)，隨電動汽車的發(fā)展，特別是輪轂電機(jī)的應(yīng)用，它將是汽車驅(qū)動輪差速控制的發(fā)展方向。

 

    四、盡可能減小轉(zhuǎn)彎半徑和提高高速轉(zhuǎn)向時的穩(wěn)定性

 

         為減小低速轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)彎半徑，便于低速選位停車或窄道轉(zhuǎn)向行駛；以及改善高速轉(zhuǎn)向或在側(cè)向風(fēng)作用時的行駛穩(wěn)定性，還需采用高性能的四輪轉(zhuǎn)向來滿足。

 

         通過上述分析，根據(jù)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)最終帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂的橫拉桿均為左右直線運(yùn)動等特點(diǎn)，為提高轉(zhuǎn)向系的快速響應(yīng)性和滿足在不同車速下有相應(yīng)的助力等功能要求。

 

         直線電機(jī)的最直觀的特點(diǎn)在于直接產(chǎn)生直線運(yùn)動，通過直接驅(qū)動負(fù)載的方式，可以實(shí)現(xiàn)從高速到低速等不同范圍的高精度位置定位控制。直線電機(jī)的動子（初級）和定子（次級）之間無直接接觸，定子及動子均為剛性部件，從而保證直線電機(jī)運(yùn)動的靜音性以及整體機(jī)構(gòu)核心運(yùn)動部件的高剛性。主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、功率損耗小、快移速度高、加速度高、高速度。