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【摘 要】 可变转向比即根据汽车速度和转向角度来调整转向器传动比，当汽车开始处于停车状态，汽车速度较低或者转向角度较大时，提供小的转向器传动比；而当汽车高速行驶或者转向角度较小时，提供大的转向器传动比，从而提高汽车转向的稳定性。本文探讨了可变齿比转向系统的方式。
【关键词】 可变齿比；转向系统；方式
可变转向比即根据汽车速度和转向角度来调整转向器传动比，当汽车开始处于停车状态，汽车速度较低或者转向角度较大时，提供小的转向器传动比；而当汽车高速行驶或者转向角度较小时，提供大的转向器传动比，从而提高汽车转向的稳定性。
可变齿比转向系统在技术层面上并不是一个水平的，目前主要有两种方式实现这种功能，一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单，成本也相对较低，没有过高的技术含量，而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结构和电子系统实现的。
一、机械式可变转向比机构
通过特殊工艺加工齿距间隙不相等的齿条（如图1所示）。这样方向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合，转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密，齿条在这一范围内的位移较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时），车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏，在这个范围内，转动方向盘，齿条的相对位移会变大（如图2所示），所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等），车轮会变得相对灵敏。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外，并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限，并且不能灵活变化，而优势也很明显——完全的机械结构，可靠性较高，耐用性好，结构也非常简单。
二、电控可变转向比机构——主动转向系统
（一）主动转向系统目标
1、使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用。是在方向盘系统中装置了一套根据车速调整转向传动的变速箱，能够更好的实现“低速时轻盈灵敏，高速稳健厚重”的需求（如图3所示），其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变助力转向系统和单纯的“机械式”可变齿比转向无法比拟的。
2、在动态行驶的临界状况下，主动转向系统可以有针对性地改变驾驶员所转到的车轮转向角且可以使车辆快速稳定下来（比驾驶员快得多）。
比如出现转向过度，系统首先计算稳定汽车所需的横摆力矩。接着，一种复杂的权衡方法根据所侦测的不稳定程度把所需的稳定力矩分配给制动和转向装置。若仅有轻微不稳定，优先选择转向系统，当然，如果偏离角度过大，也会更多使用制动装置。
若是转向不足，系统会将动态转向比重新设置为一个间接值，使驾驶者不会很快将方向盘打到极限。转向干预的程度不会被驾驶者察觉，且稳定效果依然显著。
（二）宝马5系（E60）的主动转向系统
1、宝马5系（E60）的主动转向系统结构
我们就从国内的现款宝马5系（E60）使用的AFS主动转向系统入手，来深入了解一下“可变转向比”实现的过程。从结构上看，这是一套我们前面提到过的电控液压式可变助力转向机构，其助力力度的变化是依靠图中与液压泵紧连的ECO阀（电控阀）实现，而改变转向比的玄机，就藏在转向器及执行单元的外壳之下（如图4所示）。
我们来看转向器及执行单元的剖视图（如图5所示），这里就是AFS的秘密所在。转向柱被从当中打断，我们将连接方向盘的转向柱一端称为输入轴，将直接连接转向齿轮的一端称为输出轴，二者间通过行星齿轮连接，行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮，能够由电机驱动旋转。这套系统有独立的电子控制单元，根据转向角传感器、左右车轮转速传感器、横向加速度传感器的信号控制电动机的开关及运转方向。
当系统未通电或者系统发生故障时，电磁锁会在弹簧的作用卡在蜗杆的锁槽内，锁止蜗杆，壳体不可旋转，此时输入轴与输出轴的转速是相同的，传动比不会发生任何变化，此时它只是一套可变助力力度的机械式液压助力转向系统。
2、宝马5系（E60）的主动转向系统原理
当系统通入电流，电磁锁打开，电动机开始旋转时，变化就发生了（如图6所示）。当车辆低速行驶时，电动机驱动蜗轮与输入轴同向运转，蜗轮壳体与输入轴的旋转角度相叠加，输出轴的旋转角度便大于输入轴，车轮便能转动更大的角度，我们的转向动作被“放大”，使车辆变得非常灵活，而当车速较高时，我们需要更大的转向比来提供精准沉稳的指向，辅助电机会驱动蜗轮反向旋转，与输入轴的部分旋转角度相抵，最终输出轴的旋转角度会低于输入軸，我们的转向动作被“缩小”。这套AFS系统的转向比可在10：1到18：1之间连续调节。
（三）丰田的主动转向系统
丰田在雷克萨斯的诸多车型所使用的VGRS系统也是依靠行星齿轮结构对方向盘的转向动作进行放大或缩小，原理与宝马的AFS系统一致，只是在电机的布置位置和结构的设计上有所差异（如图7所示）。
（四）奥迪的动态转向系统
奥迪动态转向系统荣获德国工程师协会“2009年机电创新大奖”。在车辆接近行驶极限、不同摩擦系数路面或低摩擦系数路面制动时发生作用，根据不同的情况自动选择最佳转向辅助力、纠正力和转向比，使轮胎一直保持足够安全的抓地力，其反应速度甚至要比富有经验的职业车手更为迅速，车辆往往无需制动，就可平稳地转危为安。
1、奥迪动态转向系统可变转向比结构
实现这一功能的，是一套自重仅仅2.4公斤，安装在转向柱上的设施（如图8所示），它的里面由交流电动机、叠式齿轮和一个互锁设备构成，互锁设备可以在无电源时防止电动机转动，从而在方向盘和汽车的转向系统之间重新建立直接联系。
改变转向比的结构是：连着方向盘的转向轴与柔性薄齿圈相连，其内有柔性滚珠轴承，中心为电机驱动的椭圆转子（如图9和图10所示）；连着转向器的转向轴与纯圆的刚性外齿圈相连。柔性薄齿圈的齿数比外齿圈的内齿数少。
2、奥迪动态转向系统可变转向比原理
在转子被锁止时（电机未通电或发生故障），转向系统转向比保持恒定。而电机驱动中央转子旋转时，会使柔性薄齿圈与外齿圈的啮合区发生改变。转向时，当转子与柔轮同向旋转时，由于柔轮的齿数比外环钢轮的内齿数少，所以刚轮的转动角度便会大于柔轮，使转向角度被放大（如图11所示）；反之当转子反转时，就能够起到缩小转向角度的作用。
相比行星齿轮系统，奥迪的动态转向系统使用的谐波齿轮传动结构有诸多优点，首先是结构相对简单，没有过多复杂的齿轮结构，零件数少便于维修。其次是这种结构承载能力高，不娇气，传动比大；同时，它的运转平顺，噪音较低，这点对于看重静音的豪华车型来说非常适合；另外，这种结构传动效率高，且响应速度快，运转精度高。
目前来看，可变齿比的转向系统仍然只是少数品牌车型才能够享受到的“高级装备”，相比之下可变助力力度的转向系统要离我们更近一些，普及程度也非常高。眼下，市面上较常见的这几种可变助力的转向系统中，电动助力系统无疑是未来的发展趋势，结构简单紧凑、低成本、低能耗、高精度、高响应速度、便于集成控制、便于功能扩展（如自动泊车）的特性是那些基于液压助力衍生而来的可变助力系统所无法比拟的，尤其在注重“能耗”和“环保”的今天，电动助力系统发展的趋势是不可逆转的，并且未来其可靠性、负载能力也将会进一步提升。
【关键词】 可变齿比；转向系统；方式
可变转向比即根据汽车速度和转向角度来调整转向器传动比，当汽车开始处于停车状态，汽车速度较低或者转向角度较大时，提供小的转向器传动比；而当汽车高速行驶或者转向角度较小时，提供大的转向器传动比，从而提高汽车转向的稳定性。
可变齿比转向系统在技术层面上并不是一个水平的，目前主要有两种方式实现这种功能，一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单，成本也相对较低，没有过高的技术含量，而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结构和电子系统实现的。
一、机械式可变转向比机构
通过特殊工艺加工齿距间隙不相等的齿条（如图1所示）。这样方向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合，转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密，齿条在这一范围内的位移较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时），车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏，在这个范围内，转动方向盘，齿条的相对位移会变大（如图2所示），所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等），车轮会变得相对灵敏。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外，并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限，并且不能灵活变化，而优势也很明显——完全的机械结构，可靠性较高，耐用性好，结构也非常简单。
二、电控可变转向比机构——主动转向系统
（一）主动转向系统目标
1、使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用。是在方向盘系统中装置了一套根据车速调整转向传动的变速箱，能够更好的实现“低速时轻盈灵敏，高速稳健厚重”的需求（如图3所示），其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变助力转向系统和单纯的“机械式”可变齿比转向无法比拟的。
2、在动态行驶的临界状况下，主动转向系统可以有针对性地改变驾驶员所转到的车轮转向角且可以使车辆快速稳定下来（比驾驶员快得多）。
比如出现转向过度，系统首先计算稳定汽车所需的横摆力矩。接着，一种复杂的权衡方法根据所侦测的不稳定程度把所需的稳定力矩分配给制动和转向装置。若仅有轻微不稳定，优先选择转向系统，当然，如果偏离角度过大，也会更多使用制动装置。
若是转向不足，系统会将动态转向比重新设置为一个间接值，使驾驶者不会很快将方向盘打到极限。转向干预的程度不会被驾驶者察觉，且稳定效果依然显著。
（二）宝马5系（E60）的主动转向系统
1、宝马5系（E60）的主动转向系统结构
我们就从国内的现款宝马5系（E60）使用的AFS主动转向系统入手，来深入了解一下“可变转向比”实现的过程。从结构上看，这是一套我们前面提到过的电控液压式可变助力转向机构，其助力力度的变化是依靠图中与液压泵紧连的ECO阀（电控阀）实现，而改变转向比的玄机，就藏在转向器及执行单元的外壳之下（如图4所示）。
我们来看转向器及执行单元的剖视图（如图5所示），这里就是AFS的秘密所在。转向柱被从当中打断，我们将连接方向盘的转向柱一端称为输入轴，将直接连接转向齿轮的一端称为输出轴，二者间通过行星齿轮连接，行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮，能够由电机驱动旋转。这套系统有独立的电子控制单元，根据转向角传感器、左右车轮转速传感器、横向加速度传感器的信号控制电动机的开关及运转方向。
当系统未通电或者系统发生故障时，电磁锁会在弹簧的作用卡在蜗杆的锁槽内，锁止蜗杆，壳体不可旋转，此时输入轴与输出轴的转速是相同的，传动比不会发生任何变化，此时它只是一套可变助力力度的机械式液压助力转向系统。
2、宝马5系（E60）的主动转向系统原理
当系统通入电流，电磁锁打开，电动机开始旋转时，变化就发生了（如图6所示）。当车辆低速行驶时，电动机驱动蜗轮与输入轴同向运转，蜗轮壳体与输入轴的旋转角度相叠加，输出轴的旋转角度便大于输入轴，车轮便能转动更大的角度，我们的转向动作被“放大”，使车辆变得非常灵活，而当车速较高时，我们需要更大的转向比来提供精准沉稳的指向，辅助电机会驱动蜗轮反向旋转，与输入轴的部分旋转角度相抵，最终输出轴的旋转角度会低于输入軸，我们的转向动作被“缩小”。这套AFS系统的转向比可在10：1到18：1之间连续调节。
（三）丰田的主动转向系统
丰田在雷克萨斯的诸多车型所使用的VGRS系统也是依靠行星齿轮结构对方向盘的转向动作进行放大或缩小，原理与宝马的AFS系统一致，只是在电机的布置位置和结构的设计上有所差异（如图7所示）。
（四）奥迪的动态转向系统
奥迪动态转向系统荣获德国工程师协会“2009年机电创新大奖”。在车辆接近行驶极限、不同摩擦系数路面或低摩擦系数路面制动时发生作用，根据不同的情况自动选择最佳转向辅助力、纠正力和转向比，使轮胎一直保持足够安全的抓地力，其反应速度甚至要比富有经验的职业车手更为迅速，车辆往往无需制动，就可平稳地转危为安。
1、奥迪动态转向系统可变转向比结构
实现这一功能的，是一套自重仅仅2.4公斤，安装在转向柱上的设施（如图8所示），它的里面由交流电动机、叠式齿轮和一个互锁设备构成，互锁设备可以在无电源时防止电动机转动，从而在方向盘和汽车的转向系统之间重新建立直接联系。
改变转向比的结构是：连着方向盘的转向轴与柔性薄齿圈相连，其内有柔性滚珠轴承，中心为电机驱动的椭圆转子（如图9和图10所示）；连着转向器的转向轴与纯圆的刚性外齿圈相连。柔性薄齿圈的齿数比外齿圈的内齿数少。
2、奥迪动态转向系统可变转向比原理
在转子被锁止时（电机未通电或发生故障），转向系统转向比保持恒定。而电机驱动中央转子旋转时，会使柔性薄齿圈与外齿圈的啮合区发生改变。转向时，当转子与柔轮同向旋转时，由于柔轮的齿数比外环钢轮的内齿数少，所以刚轮的转动角度便会大于柔轮，使转向角度被放大（如图11所示）；反之当转子反转时，就能够起到缩小转向角度的作用。
相比行星齿轮系统，奥迪的动态转向系统使用的谐波齿轮传动结构有诸多优点，首先是结构相对简单，没有过多复杂的齿轮结构，零件数少便于维修。其次是这种结构承载能力高，不娇气，传动比大；同时，它的运转平顺，噪音较低，这点对于看重静音的豪华车型来说非常适合；另外，这种结构传动效率高，且响应速度快，运转精度高。
目前来看，可变齿比的转向系统仍然只是少数品牌车型才能够享受到的“高级装备”，相比之下可变助力力度的转向系统要离我们更近一些，普及程度也非常高。眼下，市面上较常见的这几种可变助力的转向系统中，电动助力系统无疑是未来的发展趋势，结构简单紧凑、低成本、低能耗、高精度、高响应速度、便于集成控制、便于功能扩展（如自动泊车）的特性是那些基于液压助力衍生而来的可变助力系统所无法比拟的，尤其在注重“能耗”和“环保”的今天，电动助力系统发展的趋势是不可逆转的，并且未来其可靠性、负载能力也将会进一步提升。