2009款寶馬X6 E71主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

摘 要：汽車既能在直道上高速行使，又能在急彎上展現(xiàn)貓一般矯捷的身手，這是汽車工程師在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)夢(mèng)寐以求的境界。直到寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的推出，這個(gè)夢(mèng)想才真正地得到實(shí)現(xiàn)。本文從組成、工作原理和應(yīng)用三個(gè)方面介紹寶馬X6 E71主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的卓越性能及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)轉(zhuǎn)向；系統(tǒng)；性能；特點(diǎn)；工作原理

中圖分類號(hào)：U472.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 20-0000-01

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在方向盤系統(tǒng)中裝置了一套根據(jù)車速調(diào)整轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的變速箱。當(dāng)駕駛者將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，那轉(zhuǎn)向輪必然就會(huì)偏轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度。駕駛者在轉(zhuǎn)彎過程中，需要根據(jù)路面彎度變化、車速變化等因素，不斷通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的角度，維持駕駛者希望達(dá)到的轉(zhuǎn)向軌跡。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有它自身的優(yōu)點(diǎn)，如轉(zhuǎn)向可靠、故障率低等，同時(shí)也存在一定的弊病，那就是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比如果較小，則車輛在低速下轉(zhuǎn)向比較輕便，但在高速狀態(tài)下轉(zhuǎn)向則顯得過于靈敏，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性變差。相反，如果轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較大，車輛在高速時(shí)轉(zhuǎn)向會(huì)顯得穩(wěn)重，但在低速狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向會(huì)比較吃力。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，就是依據(jù)駕駛條件，自動(dòng)調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，從而增加或減小前輪的轉(zhuǎn)向角度。在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的作用與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的方向相反，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比減小，可以減少駕駛者對(duì)轉(zhuǎn)向力的需求。在高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤方向相同，這增大了前輪的轉(zhuǎn)向角度，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比增大，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性提高。除了更舒適、更靈活之外，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有很重要的一點(diǎn)就是更安全，這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在車輛高速行駛中的突然轉(zhuǎn)向。在這種情況下，主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從轉(zhuǎn)向一開始就會(huì)判斷轉(zhuǎn)向后出現(xiàn)的情況，通過電子控制的機(jī)械調(diào)控器自動(dòng)修正轉(zhuǎn)向角度，干預(yù)降低偏航情況的發(fā)生。

一、主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成

E71主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所有組件基本上都與 E70 相同。兩個(gè)車型都有帶有電機(jī)位置傳感器的電機(jī)，比例閥（電子控制旁通閥EVV），Servotronic 閥。E71 AL 控制單元的結(jié)構(gòu)不同，而且僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元使用。

二、工作原理

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元從ICM 控制單元接收調(diào)節(jié)前橋轉(zhuǎn)向角的請(qǐng)求。控制單元必須將該規(guī)定值換算為伺服電機(jī)相電壓并通過輸出級(jí)輸出給伺服電機(jī)。

在調(diào)節(jié)過程中，AL 控制單元通過電機(jī)位置傳感器信號(hào)測(cè)量電機(jī)是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)距離。如果達(dá)到計(jì)算出的規(guī)定角度，就會(huì)改變控制指令，以保持達(dá)到的扭轉(zhuǎn)角度。即進(jìn)行電機(jī)位置控制。

AL 控制單元還執(zhí)行監(jiān)控功能。借此識(shí)別電子系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)會(huì)導(dǎo)致功能關(guān)閉的故障情況。發(fā)生故障時(shí)輸出級(jí)對(duì)地短路。這樣不僅可以中斷伺服電機(jī)的三相供電，而且還能提高伺服電機(jī)的制動(dòng)效果。（之后伺服電機(jī)像發(fā)電機(jī)一樣工作。） 此外還會(huì)中斷電磁鎖的供電，使其卡止并確保疊加減速器自鎖。此后齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器直接承受駕駛員施加的作用力。

（一）主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)

與E70 一樣，AL 控制單元位于車輪罩飾板下方A 柱加長(zhǎng)件左前方。與E70 一樣，它是一個(gè)雙處理器控制單元。作為輸出級(jí)的功率半導(dǎo)體也集成在該控制單元內(nèi)。但E70 與E71 的控制單元不能互換。

（二）ICM 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

E71 中用戶可感覺到的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部分功能與E70 相同。E71 的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也提供：①隨車速變化的可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，②偏轉(zhuǎn)率控制升級(jí)版（GRR+），用于針對(duì)過度轉(zhuǎn)向車輛和在不同摩擦系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向干預(yù)。 在此專門針對(duì)新車型E71 調(diào)整了一些參數(shù)。 因此無(wú)論E70 還是E71，對(duì)客戶來(lái)說(shuō)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和特性是相同的。但是控制單元的功能分配以及相互配合方式有所改變。這是因?yàn)镋71 采用了新型ICM 控制單元網(wǎng)絡(luò)。 集成式底盤管理系統(tǒng)是計(jì)算主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上級(jí)行駛動(dòng)態(tài)功能的控制單元。系統(tǒng)按上述方式分析當(dāng)前行駛狀態(tài)。以下系統(tǒng)或部件提供為此所需的輸入?yún)?shù) ①轉(zhuǎn)向柱開關(guān)中心（轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向角速度），②DSC 傳感器（偏轉(zhuǎn)率、橫向加速度和縱向加速度），③動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（車輪轉(zhuǎn)速）。 此外還根據(jù)轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向角速度（轉(zhuǎn)向柱開關(guān)中心的兩個(gè)信號(hào)）分析駕駛員的方向指令。集成式底盤管理系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前行駛狀態(tài)和駕駛員的方向指令計(jì)算出可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比和偏轉(zhuǎn)率控制升級(jí)版各自的規(guī)定值。確定優(yōu)先等級(jí)后，ICM 就會(huì)提供一個(gè)相應(yīng)規(guī)定值。此規(guī)定值是在前車輪上進(jìn)行調(diào)節(jié)的規(guī)定角度。

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元接收該規(guī)定值并主要負(fù)責(zé)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確實(shí)施該規(guī)定值。因此主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元是一個(gè)純執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元。這是與以前所用主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主別區(qū)別：以前的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元不僅控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 而且還要計(jì)算上級(jí)控制功能。 為了確保實(shí)施規(guī)定值，主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元讀取電機(jī)位置傳感器的信號(hào)。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的這個(gè)附加轉(zhuǎn)向角度還發(fā)送給ICM 控制單元，然后繼續(xù)傳送至DSC 控制單元。為了與E70 保持兼容，E71 的DSC 控制單元也根據(jù)轉(zhuǎn)向角和主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角計(jì)算出累積轉(zhuǎn)向角。DSC 控制單元通過 PT-CAN 向其它控制單元提供此累積轉(zhuǎn)向角。主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包含電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的功能，即根據(jù)車速控制轉(zhuǎn)向助力。

無(wú)論是否帶有選裝配置主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都帶有一個(gè)比例閥，該閥門也由ICM 控制單元控制。該閥門稱為電子控制旁通閥（EVV） 。這個(gè)閥門也由ICM 控制單元控制。 轉(zhuǎn)向助力泵產(chǎn)生的流量根據(jù)當(dāng)前所需轉(zhuǎn)向助力在轉(zhuǎn)向閥與旁通回路之間進(jìn)行分配。這種分配以無(wú)級(jí)方式實(shí)現(xiàn)。所需轉(zhuǎn)向助力越小，流入旁通回路的液壓油越多。由于液壓油在旁通回路無(wú)需進(jìn)行任何工作，因此可以降低轉(zhuǎn)向助力泵的功率消耗。 因此比例閥有助于降低耗油量和CO2 排放量。 ICM 控制單元還為主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能配備了另外兩個(gè)至關(guān)聯(lián)控制單元的接口，即①組合儀表接口，②發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)接口。如果ICM 控制單元在整個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中識(shí)別出一個(gè)故障（輸入信號(hào)錯(cuò)誤，控制單元或主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障） ， 就會(huì)接通轉(zhuǎn)向警告燈并發(fā)出相應(yīng)的檢查控制信息。該請(qǐng)求由組合儀表執(zhí)行。如果迅速操縱方向盤，特別是在低行駛時(shí)，液壓系統(tǒng)的冷卻需求也會(huì)提高。為了避免過熱，在這種情況下ICM 控制單元可能會(huì)要求提高電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。該請(qǐng)求通過PT-CAN 發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)直接控制電風(fēng)扇。

三、典型故障檢測(cè)診斷

使用ISID中的檢測(cè)計(jì)劃，選擇下列故障代碼：“6133 主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制馬達(dá)位置傳感器有錯(cuò)誤”，檢測(cè)計(jì)劃中顯示“當(dāng)前存在故障，故障頻率為：48。在下一步驟中目檢插頭連接。由于AL-控制單元和轉(zhuǎn)向器之間的導(dǎo)線連接錯(cuò)誤故障經(jīng)常出現(xiàn)。通常對(duì)其他組件進(jìn)行修理不會(huì)有什么作用！”維修人員根據(jù)這些提示，對(duì)X6仔細(xì)執(zhí)行了如下檢查：

（1）檢查轉(zhuǎn)向器和中間插頭上的插頭連接位置是否固定以及是否正確嵌入。

（2）脫開插頭連接。檢查插頭接點(diǎn)是否有污物、是否銹蝕、并檢查彎曲及展開的線腳PIN。

根據(jù)電路圖檢查下列插頭連接：主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制和馬達(dá)位置傳感器/伺服馬達(dá)鎖之間的導(dǎo)線，以及轉(zhuǎn)向器插頭連接，未發(fā)現(xiàn)異常。仔細(xì)查看線路圖，發(fā)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)向馬達(dá)位置傳感器與控制單元之間有一個(gè)中間插頭X14036，該插頭位于左側(cè)前擋板后面（如圖3所示）。拆下并拔出該插頭，終于發(fā)現(xiàn)了問題所在：插頭進(jìn)水銹蝕。初步分析為該車拆過水管，防凍液流到插頭后，導(dǎo)致插頭接觸不良。按照線路圖的提示，發(fā)生銹蝕的針腳恰好是主動(dòng)轉(zhuǎn)向馬達(dá)位置傳感器的中間插頭（如圖3所示）。

最后，對(duì)插頭進(jìn)行清洗、吹干處理后，使用寶馬ISID檢測(cè)儀刪除故障代碼，并在服務(wù)功能中對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，故障排除。

寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過一組雙行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立于駕駛員的轉(zhuǎn)向疊加功能，完美的解決了低速時(shí)轉(zhuǎn)向靈活輕便與高速時(shí)保持方向穩(wěn)定性的矛盾，并在此基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)向干預(yù)來(lái)防止極限工況下車輛轉(zhuǎn)向過多的趨勢(shì)，進(jìn)一步提高了車輛的穩(wěn)定性。同時(shí)該系統(tǒng)能方便地和其它動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成控制，為今后汽車底盤一體化控制奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣勵(lì)，余卓平，高曉杰，寶馬主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)概述[D].同濟(jì)大學(xué)，2006.

[2]郭孔輝.汽車操縱力學(xué)[M].長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[3]http：//www.leadzil.com/lzyzs/qichedian/147827_4.asp