淺析奧迪動態全輪轉向系統

陳建華

摘要：動態全輪轉向系統是汽車轉向系統的新結構。該系統根據實驗獲得的不同運轉條件下的控制方法，并從傳感器輸入信號判定車輛的行駛狀況，計算出執行電機所需要的工作電流，利用改變電動機電流的方向和幅值，向功率控制器發出驅動信號。該系統減少了許多繁雜的機械傳動機構，從而降低了成本和重量。它可以協助駕駛員行車，并減輕身體和心理負擔。具有轉向能力強、轉向響應速度、彎道行駛穩定等優點。本文介紹了動態全輪轉向系統的基本組成和工作原理，闡述了電子控制動態全輪轉向系統對汽車操縱穩定性的影響。

Abstract： Dynamic all-wheel steering system is a new structure of automobile steering system. According to the control methods under different operating conditions obtained from the experiment， the system determines the running condition of the vehicle from the input signal of the sensor， calculates the working current required for the execution of the motor， and sends the driving signal to the power controller by changing the direction and amplitude of the motor current. The system reduces many complicated mechanical transmission mechanisms， thus reducing cost and weight. It can help the driver to drive， and reduce the physical and psychological burden. It has the advantages of strong steering ability， steering response speed， stable driving on corners， etc. This paper introduces the basic composition and working principle of dynamic all-wheel steering system， and expounds the influence of electronic control dynamic all-wheel steering system on vehicle handling stability.

關鍵詞：動態全輪轉向;后輪轉向;可變轉向;結構原理

Key words： dynamic all-wheel steering;rear wheel steering;variable steering;structure principle

中圖分類號：U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0045-02

0? 引言

對于現代的車輛來說一般采用前輪轉向就能夠滿足汽車行駛的要求。但是隨著道路交通系統的不斷改善以及先進汽車技術的層出不窮地發展，汽車的動態全輪轉向技術得到了更多的應用，這種技術不僅可以改善汽車的轉向機動性、操縱穩定性和行駛安全性，也滿足了駕駛者對汽車操縱能力更靈敏更精確的要求，更重要的是能提升汽車在各種行駛工況下以及各種駕駛狀態下的轉向性能。

1? 奧迪動態全輪轉向系統概述

動態全輪轉向是一個新系統，是選裝系統。該系統是在首次應用與Audi Q7上的全輪轉向系統基礎上進一步開發而來的。其新穎之處是把前輪電動機械式轉向系統EPS、后輪轉向系統與動態轉向系統結合在一起了，前輪和后輪所需要的轉向角都由底盤控制單元來進行中央控制。把規定轉向角轉換成前輪和后輪執行裝置所要求的電流值，這個工作是由轉向助力控制單元、后輪轉向控制單元以及動態轉向（主動轉向）控制單元分別完成的。這樣的話，司機可獨立將后輪和前輪轉一定的角度。這就大大改善了車輛主觀和客觀方面的行駛動力學性能。具有以下幾個優點：①轉彎半徑縮小，提高了車輛的靈活性。配置有動態全輪轉向系統的車輛在低速行駛時，前后輪在轉向過程中的轉動方向是相反的，這可以大大地減小車輛的轉彎半徑。在狹窄的道路上掉頭或是車輛停放的過程中，便可讓車輛轉向操縱更加便捷。②轉向更省力。前橋電動機械式轉向系統EPS該助力裝置的電機和循環球式輔助轉向器裝在齒條上，使轉向助力比進一步加大。因此轉向更加輕便。③在高速工況下，動態全輪轉向系統可以改善行駛穩定性，特別是提高了車輛的直線行駛的穩定性。當行駛過程中如果遇到路面不平、側風等情況時，能有效地減小對車輛行駛穩定性的不利影響。當車輛高速行駛的過程中，為了躲避前方的障礙物需要快速更換車道時，此時駕駛員便大幅度打方向盤，前輪和后輪能夠往相同方向轉動來提高車輛的穩定性，避免出現由于轉向過度而產生車輛甩尾的現象，大大提高汽車的安全性、穩定性和操控性。④改善了響應特性，車輛反應時間降低了。

2? 奧迪動態全輪轉向的工作原理

動態全輪轉向系統，就是在基本轉向系統（電動機械式轉向系統EPS）中增加了動態轉向系統和后輪轉向系統。前輪和后輪所需要的轉向角都由底盤控制單元來進行中央控制。控制單元會通過傳感器的數據計算出轉向角，并且告知執行元件應該增大還是應該減小轉向的角度。以便實現可變轉向傳動比。

底盤控制單元，如圖1所示，通過分析下面這些重要參數來獲知車輛行駛狀況：

2.1 車速

底盤控制單元根據車輪轉速來計算出當前車速。

2.2 方向盤轉角

通過分析轉向角傳感器的測量數據或者通過電動機械式轉向機構的計算而得出的。

2.3 橫向加速度和橫擺率

由安全氣囊控制單元內的傳感器測得并經車載網絡總線傳給底盤控制單元。

2.4 發動機扭矩

內燃機實時扭矩由發動機控制單元通過車載網絡總線來傳送底盤控制單元。

2.5 垂直方向動力學狀況

通過分析車輛水平傳感器的測量值來確定。

底盤控制單元主要接收方向盤轉角、車輪轉速、Drive Select的設置、橫向加速度/橫擺率、掛車狀態、駕駛員輔助系統狀態、發動機實際扭矩和油門踏板位置等數據信號，還有接收轉向助力控制單元、動態轉向控制單元和后輪轉向控制單元的工作狀態。在車輛行駛過程中，計算后輪轉角以及設置前輪轉向傳動比還要考慮到車速。具體計算由底盤控制單元基于一個復雜的計算模型來完成。最終計算出來的要求的轉向角指令傳給轉向助力控制單元、動態轉向控制單元和后輪轉向控制單元。如圖2所示。

動態轉向控制單元給指令讓動態轉向的執行裝置工作，后輪轉向控制單元給指令讓后橋轉向單元工作，前輪和后輪完美的配合，大大改善了車輛主觀和客觀方面的行駛動力學性能，實現轉彎半徑更小、轉向更省力、明顯改善了靈活性、改善了行駛穩定性和改善了響應特性，車輛反應時間降低了。

3? 奧迪動態全輪轉向系統功能

①駕駛員轉向建議（DSR， driver steering recommendation）功能。當左、右側車輪與路面之間由于地面情況從而產生不同的摩擦系數時，施加在兩個車輪上的制動力也是不同的，從而導致車輛偏離所希望的行駛方向，此時控制單元將“轉向請求”發送給轉向控制單元，并且將轉向電機激活，轉向電機驅動齒條在相應方向對方向盤施加一個最大為2-3Nm的力。這個轉向角動量向司機提高了轉向建議，表明了現在應該向哪個方向轉動方向盤。

②提供最合適的轉向傳動比功能。動態轉向系統一般可以實現舒適型的和運動型兩種不同的駕駛體驗，這是由相應的兩條可變的特性曲線來提高的參考。根據車速和方向盤的轉角就可實現最佳轉向傳動比，并通過不同特性的曲線是根據車速和轉向角來改變轉向車輪的實際轉動大小，從而解決了恒定轉向傳動比的折衷問題。

車輛在不同摩擦系數路面上的制動時，動態轉向系統能通過自動調整車輪轉角來補償車輛所產生的側滑，可以比司機更快而準確地調節所需要的轉角，動態轉向系統這種新型智能轉向系統，在明顯提高主動的行車安全性的前提下，還能增加行駛和轉向舒適性。

③全輪轉向系統根據車輪速度、方向盤轉向角、基準信號和轉子位置信息來判定車輛的行駛狀況，并通過主動式后輪轉向調節元件調節后輪前束，從而改進車輛行駛運動性和舒適性。低速時反向轉動后橋車輪（前后輪反向）可縮小轉彎半徑，高速時同向轉動后橋車輪（前后輪同向）可保持車輛穩定性。如圖3所示。

4? 結論

動態全輪轉向系統隨著電子技術的飛速發展以及新材料的發現和應用已經有了長足的改變，在今后的發展過程中也將會有更為廣泛的應用。動態全輪轉向系統提供了更安全更全面的汽車駕駛體驗，在逐漸淘汰落后的陳舊技術的同時也將成為轉向系統發展過程中的主流。拓展出更充分的應用，在操縱性、穩定性、安全性、舒適性等領域開發出用戶感知明顯的系統功能。

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