動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)

方斌

摘 要：奧迪汽車(chē)的特點(diǎn)是將運(yùn)動(dòng)性駕駛樂(lè)趣與駕駛安全性相結(jié)合。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP的制動(dòng)干預(yù)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向干預(yù)相互組合，為穩(wěn)定車(chē)身提供了更安全可靠的保證。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元會(huì)根據(jù)傳感器反饋的信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)向角增大或是減小，從而操縱執(zhí)行電機(jī)，與轉(zhuǎn)向機(jī)協(xié)同工作。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；基本原理；部件組成；故障診斷

0 引言

奧迪汽車(chē)的特色點(diǎn)是將運(yùn)動(dòng)性駕駛樂(lè)趣與駕駛安全性相結(jié)合。曾獲得德國(guó)工程師協(xié)會(huì)頒發(fā)的機(jī)電創(chuàng)新大獎(jiǎng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就非常具有代表性。

目前奧迪A6LC7和奧迪A4LB8等主流車(chē)型的高配置車(chē)型安裝了動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能增加行駛和轉(zhuǎn)向舒適性，還會(huì)對(duì)車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP提供支持，從而明顯改善主動(dòng)的行車(chē)安全性。

1 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概念

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是協(xié)作駕駛員的方向調(diào)整，低速時(shí)減輕駕駛員操縱方向盤(pán)的力度，高速時(shí)保證安全增加駕駛員操縱方向盤(pán)的力度。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。在此先介紹什么是轉(zhuǎn)向比。假設(shè)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角是X，車(chē)輪轉(zhuǎn)向角是Y，則傳動(dòng)比i=X/Y。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中直接以機(jī)械方式連接轉(zhuǎn)向器和方向盤(pán)，而且轉(zhuǎn)向輪與方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度的傳動(dòng)比保持固定不變。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則采用可變化的傳動(dòng)比，根據(jù)車(chē)速和方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度來(lái)改變車(chē)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)向角。實(shí)現(xiàn)舒適與動(dòng)力兩種不同駕駛體驗(yàn)。隨時(shí)匹配的傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向力矩，使轉(zhuǎn)向直接、高效、快速、安全、穩(wěn)定、精確、舒適。例如駕駛員起步、停車(chē)、轉(zhuǎn)彎、掉頭、城市道路、在山間蜿蜒道路等中低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)角度小，但車(chē)輪轉(zhuǎn)向角度大，使轉(zhuǎn)向直接、輕便、舒適；而在高速行駛時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)角度大，轉(zhuǎn)向扭矩增大，而車(chē)輪轉(zhuǎn)向角度小，防止轉(zhuǎn)向過(guò)于敏銳。該系統(tǒng)按需提供轉(zhuǎn)向比，燃油消耗減少。若一旦出現(xiàn)故障，但方向盤(pán)和前軸之間的機(jī)械連接并未分開(kāi)，仍可實(shí)現(xiàn)普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能。

2 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP的協(xié)助使用，在面臨危險(xiǎn)和惡劣的行車(chē)情況下，也能發(fā)揮作用。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)母淖兦拜嗈D(zhuǎn)向角，從而在動(dòng)態(tài)行駛極限范圍內(nèi)為車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP系統(tǒng)提供支持。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的共同進(jìn)行，使這個(gè)車(chē)輛的整體穩(wěn)定性能得到了很大的提高，尤其是在車(chē)速超過(guò)100公里/小時(shí)后，就更加能體現(xiàn)出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加快速反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

在有些危險(xiǎn)駕駛的特殊情況下，制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)需介入或部分介入，從而使車(chē)輛的行駛更加平滑、更加穩(wěn)定。減少側(cè)滑和偏移的危險(xiǎn)率。尤其是在濕滑路面（比如雪地）上行駛時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)較少工作，車(chē)輛更加穩(wěn)定安全。

轉(zhuǎn)向建議DSR功能：當(dāng)車(chē)輛左、右側(cè)車(chē)輪在不同路面行駛時(shí)，若進(jìn)行制動(dòng)，車(chē)輛會(huì)往路面一側(cè)偏轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成原來(lái)需要駕駛者手動(dòng)調(diào)整方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的偏轉(zhuǎn)角度，從而提高駕駛舒適性，縮短制動(dòng)距離。

3 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

可變傳動(dòng)比通過(guò)一個(gè)附加的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪電子機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該機(jī)構(gòu)用于將駕駛員的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)疊加。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元會(huì)根據(jù)傳感器反饋的信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)向角增大或是減小，從而操縱執(zhí)行電機(jī)，與轉(zhuǎn)向機(jī)協(xié)同工作。方向盤(pán)上施加的轉(zhuǎn)角與執(zhí)行電機(jī)合并轉(zhuǎn)角之和等于車(chē)輪總轉(zhuǎn)向角。駕駛員施加的轉(zhuǎn)角增大和減小可以使合并轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。

4 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件組成

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件是在原有電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件基礎(chǔ)上增加了部分零部件。主要部件如下：

4.1 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元J792

主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元J792會(huì)根據(jù)當(dāng)前車(chē)速和駕駛員施加的轉(zhuǎn)向角，計(jì)算并實(shí)施可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比所學(xué)需疊加角度，即合并轉(zhuǎn)角。只要系統(tǒng)無(wú)故障，這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程就一直在進(jìn)行。輔助功能是穩(wěn)定干預(yù)。根據(jù)車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP控制單元給出的轉(zhuǎn)向角校正值進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)。該控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)總線診斷接口J533與其它控制單元進(jìn)行通訊。如接收車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP控制單元傳遞的車(chē)速信號(hào)。接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元傳遞的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

4.2 電機(jī)位置傳感器

電機(jī)位置傳感器是傳輸電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度。電機(jī)位置傳感器空心軸上的磁線圈就是電機(jī)位置傳感器。4對(duì)電極組成了這個(gè)磁線圈。由帶有三個(gè)霍爾元件的傳感器與磁場(chǎng)發(fā)生作用，從而判別空心軸的位置及軸承的偏信度，從而識(shí)別到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度。電機(jī)旋轉(zhuǎn)15度角（相當(dāng)于方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)3度角），就會(huì)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元J792輸出一個(gè)信號(hào)。當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，當(dāng)前的位置信息會(huì)由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元J792自動(dòng)存儲(chǔ)。

4.3 基準(zhǔn)位置傳感器

基準(zhǔn)位置傳感器也稱(chēng)為初始化傳感器。基準(zhǔn)位置傳感器負(fù)責(zé)識(shí)別基準(zhǔn)位置。它和電機(jī)位置傳感器安裝在一起。轉(zhuǎn)向器的中間位置由基準(zhǔn)位置傳感器初始化記錄和確認(rèn)。空心軸外部的霍爾傳感器使用了輸出側(cè)齒圈外面的一個(gè)缺口。方向盤(pán)或執(zhí)行元件的輸出軸每旋轉(zhuǎn)360度，基準(zhǔn)傳感器就向控制單元輸出一個(gè)矩形波信號(hào)，從而確認(rèn)轉(zhuǎn)向器的中間位置，進(jìn)行初始化。

4.4 疊加傳動(dòng)裝置

疊加傳動(dòng)裝置是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)核心的機(jī)械部件，集成在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)。兩個(gè)齒數(shù)不同的齒輪在電機(jī)傳遞機(jī)構(gòu)內(nèi)部彼此嚙合，100個(gè)齒組成的齒輪為主動(dòng)齒輪由電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)，102個(gè)齒組成的輸出齒輪是從動(dòng)齒輪。主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪減速比約為50：1。當(dāng)駕駛員操縱方向盤(pán)時(shí)，齒輪逐漸嚙合從而傳遞動(dòng)力，此時(shí)與普通轉(zhuǎn)向器工作情況相同。為了避免發(fā)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能失效，方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向軸通過(guò)轉(zhuǎn)向主動(dòng)齒輪相連始終保持機(jī)械連接。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，電機(jī)軸將被鎖止。控制單元計(jì)算出增加還是減小轉(zhuǎn)向角后，控制電機(jī)將轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪扭轉(zhuǎn)完成疊加角度。疊加角度根據(jù)需要可以增大和減小駕駛員在方向盤(pán)上施加的轉(zhuǎn)向角度。從而合并為車(chē)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)向角度。

4.5 執(zhí)行電機(jī)

執(zhí)行電機(jī)也稱(chēng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)V187由控制單元來(lái)控制驅(qū)動(dòng)力，從而完成轉(zhuǎn)向角的調(diào)節(jié)功能。電動(dòng)機(jī)采用永磁同步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子由4對(duì)永久磁鐵組成，定子由六對(duì)繞組線圈組成。轉(zhuǎn)子與空心軸固定在一起。三相交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，固定線圈形成可轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場(chǎng)帶動(dòng)空心軸上永磁鐵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)V187的轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置，來(lái)自電機(jī)位置傳感器。電動(dòng)機(jī)達(dá)可以在駕駛員未打方向盤(pán)時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)向角度。

5 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常規(guī)說(shuō)明

5.1 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向安全說(shuō)明

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向鎖功能是保證系統(tǒng)失靈時(shí)，機(jī)械方式操縱方向的安全可靠。在正常工作狀態(tài)下，只要發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)已經(jīng)關(guān)閉，這個(gè)鎖就已經(jīng)鎖止了。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)就會(huì)將動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開(kāi)鎖，可以聽(tīng)到開(kāi)鎖時(shí)的一聲“喀噠噪音”。在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，這個(gè)合并轉(zhuǎn)向機(jī)的電機(jī)軸就被鎖止，這樣可避免功能失誤，使駕駛?cè)说陌踩颖Ｕ稀?/p>

5.2 駕駛模式選擇說(shuō)明

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)是奧迪駕駛模式選擇系統(tǒng)的一部分。駕駛者可以個(gè)性化換選擇個(gè)人喜好，選擇舒適、自動(dòng)或是動(dòng)態(tài)駕駛模式；舒適模式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向舒適間接；自動(dòng)模式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向直接適中；動(dòng)態(tài)模式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)而直接。奧迪A6多了一種選擇模式。效率模式動(dòng)態(tài)系統(tǒng)直接適中。可以提高駕駛樂(lè)趣、行駛舒適性和安全性。其選擇模式實(shí)際是根據(jù)根據(jù)所需的轉(zhuǎn)向角（方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度）和轉(zhuǎn)向力矩（方向盤(pán)操縱力）選擇所需的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)向力。

5.3 初始化說(shuō)明

初始化采用轉(zhuǎn)向角傳感器和電機(jī)位置傳感器信號(hào)完成。轉(zhuǎn)向角傳感器將當(dāng)前方向盤(pán)位置信息傳遞給控制單元。控制單元會(huì)自動(dòng)計(jì)算出電機(jī)位置的規(guī)定值和實(shí)際值之間的差是否符合要求，若電機(jī)位置的規(guī)定值和實(shí)際值差值超過(guò)8°時(shí)，控制單元會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的修正，即初始化，初始化是點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，方向盤(pán)會(huì)自行轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)進(jìn)行初始化，指示燈會(huì)閃亮，且顯示屏?xí)谐跏蓟崾尽Ｈ绻诔跏蓟^(guò)程中車(chē)輛是在行進(jìn)中，那么這個(gè)顯示內(nèi)容就一直在顯示，直到初始化結(jié)束。初始化時(shí)駕駛員不會(huì)察覺(jué)。停車(chē)初始化過(guò)程中，駕駛員不進(jìn)行操作，方向盤(pán)也會(huì)自行運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速表上有一個(gè)指示燈，它用來(lái)作為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能顯示和故障顯示。中央顯示屏上還有文字顯示。在接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)，該指示燈會(huì)進(jìn)行自檢。該指示燈一直亮著，直至發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。只有在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)才能解鎖來(lái)工作。

5.4 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)鎖

通過(guò)來(lái)自主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元J792的一根單獨(dú)的導(dǎo)線控制。便于在系統(tǒng)故障和失靈時(shí)仍能使用，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向器能夠進(jìn)行機(jī)械鎖止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，在正常運(yùn)行模式下動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終鎖止。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后才被解鎖，解鎖時(shí)可以聽(tīng)到“咔噠”的聲音。鎖止作用是利用一個(gè)與齒輪箱外殼擰在一起的電磁鐵完成，從而還起到一定的防盜作用。

6 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)維修與注意事項(xiàng)

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如果替換了轉(zhuǎn)向柱、直線行駛時(shí)方向盤(pán)偏斜、替換了動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元J792、替換了轉(zhuǎn)向角傳感器G85、改變過(guò)前、后軸、改裝過(guò)車(chē)輛底盤(pán)等維修工作后，需要進(jìn)行基本設(shè)定。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本設(shè)定需要通過(guò)診斷儀VAS6150B中的引導(dǎo)性功能的提示，按步驟操作；前提是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元已經(jīng)編碼。動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元的編碼，需要在線通過(guò)軟件版本管理來(lái)執(zhí)行。

以上是關(guān)于奧迪動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作用、原理、工作情況和故障診斷的內(nèi)容，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，使我們對(duì)奧迪車(chē)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有了更多的了解。

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