大眾動態全輪轉向系統淺析

田振芳

（山西工程科技職業大學，山西 晉中 030619）

1 動態全輪轉向系統作用

通常，駕駛員在操縱方向盤時，駕駛員施加在轉向系統的操縱力和轉向系統的傳動比，會直接反饋給駕駛員一個直接的“轉向操縱感”，使得駕駛員可以清楚感知到改變了行駛方向的轉向運動，車輛也呈現出轉向的良好運動性和靈活性。當車輛轉向時，無動態全輪轉向系統的車輛反應非常直接，在某些行駛情況下轉向非常靈敏。比如：在車輛高速直行時，方向盤上很小的轉動，就可能引起車輛明顯失穩。而軸距對行駛穩定性的影響非常大，軸距較大的車輛，行駛穩定性更好；軸距較小的車輛，則反應靈敏乃至不穩定[1]。

動態全輪轉向是在Audi Q7（車型 4M）上的全輪轉向系統基礎上開發而來。在這種裝備上，傳統的轉向橫拉桿被一個執行單元所取代，其特點就是把后輪轉向系統與動態轉向系統結合在一起了，這樣，駕駛員可獨立將后輪和前輪轉一定的角度，把后輪轉向系統與動態轉向系統結合在一起了，如此一來，前后軸可以實現不依賴于駕駛員的精準的轉向角度[2]。

該系統應用的好處主要體現在以下幾方面：轉彎時轉彎半徑更??；操縱轉向更省力；改善了轉向時的靈活性，特別是在低車速和中等車速時明顯；改善了車輛行駛的穩定性尤其是車輛變換車道和規避時；同時也改善了車輛的響應特性，車輛反應時間降低。

2 動態全輪轉向系統的組成與工作過程

動態全輪轉向系統的組成以Audi Q7為例，是在傳統轉向系統橫拉桿的位置處裝備有動態轉向的執行裝置（圖1），在后橋上裝備有后橋轉向單元（圖2）。

圖1 動態轉向的執行裝置圖

圖2 后橋轉向單元

在裝備有普通轉向系統的車上，需要協調轉向傳動比與行駛穩定性關系。而轉向直接傳動比和軸距是轉向系統設計中要考慮的兩個重要參數。如果把直接轉向傳動比與短軸距結合在一起的話，那么車輛將會非常靈敏甚至不穩定。當車輛從停車位上開進或開出時，以及在多彎道路段行駛時，車輛靈活是優點，當車輛在高速行駛時，在駛入和駛出停車位時以及以低速行駛在多彎道的路段時，車輛靈活是優點，但在車輛高速行駛時，車的穩定就會變差，此時司機就會難控制或根本無法控制車輛。

動態全輪轉向系統就是在基本轉向系統（EPS）中增加了動態轉向系統和后輪轉向系統。主動轉向控制單元、后輪轉向控制單元全部通過FlexRay總線的通道A來傳遞數據，動態轉向系統和后輪轉向系統不是單獨提供的，只能作為動態全輪轉向的一部分來提供。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，在需要時就通過動態全輪轉向系統來平衡直接轉向傳動比與行駛穩定性之間的關系。

黑色的車輪輪廓是傳統轉向過程的，通過動態轉向在前輪上實現了一個更大的轉向角，此時，后輪也朝同一方向轉動。轉彎半徑保持不變，就是說車輛的直接轉向傳動比保持不變，通過虛擬增大軸距，明顯提高了行駛穩定性。

3 動態全輪轉向系統的軟件調節

底盤控制單元內包含有各系統的調節軟件，根據車輛的行駛狀態（車輛動力學狀況）、駕駛員的操作以及Audi Drive Select中所選的駕駛程序，來規定轉向角值的確定，同時還會考慮到相應的駕駛員輔助系統是否正在工作中。

動態轉向系統底盤控制單元根據車輪轉速來計算出當前車速信號，通過轉向角傳感器的測量數據或者通過機械轉向機構的計算而得出方向盤的轉角信號，由安全氣囊控制單元內的傳感器測得橫向加速度和橫擺率信號經過FlexRay總線傳給底盤控制單元，由發動機控制單元通過FlexRay總線傳送來的發動機扭矩信息，由車輛水平傳感器確定的垂直方向動力學狀況以及駕駛員所施加的轉向運動和駕駛員對油門踏板的操縱等重要參數來分析出了車輛動力學情況，并通過選擇行駛程序（舒適、均衡、運動）來改變動態全輪轉向的調節特性。需要注意的是，當在帶掛車運行時，不允許使用動態模式。

底盤控制單元內包含有各系統的調節軟件，這些系統之間內部也相互交換信息，涉及的相關信號和單元有：轉向角傳感器、ABS控制單元、數據總線診斷接口、安全氣囊控制單元、駐車控制單元、發動機控制單元等[3]。

在動態全輪轉向調節時，底盤控制單元會先判斷方向盤是否處在傾斜狀態，也就是在車輛直行時，轉向角傳感器的偏離量有多大，這個偏離值會在隨后的所有轉向角測量值中考慮，但并不用于校正方向盤位置。調節主要就是保證在前輪和后輪上同步轉向角，使得前輪和后輪對轉向做出同步相應，后輪最大轉向角可達5°。

當點火開關接通時，控制單元就會進行常規檢測。就會進行例行的可靠性檢測。在發動機起動后而車處于靜止時，如果司機轉動方向盤，后輪就會反向轉動，最大轉角可以達0.5°。如果車輛開始行駛時，控制單元就會計算后輪轉向角且保證后輪的轉角只能轉到不撞擊到路緣上。在車輛行駛中，計算后輪轉角和前輪轉向傳動比還會考慮到車速，具體分析計算由底盤控制單元基于一個復雜的計算模型來完成，要考慮到路面摩擦系數、輪胎特性和動態轉向以及后輪轉向的調節能力。例如：如果需要的話，后輪的轉向角會減小，以避免后輪轉向造成的超過了后輪的最大摩擦系數的情況發生。動態轉向系統和后輪轉向系統持續不斷地將其負荷信息傳給底盤控制單元，因此調節軟件就能夠只將能執行的轉向角調節要求發送給前輪和后輪。規定的轉向角則由底盤控制單元來監控，也可由動態轉向和后輪轉向控制單元來監控。在車輛靜止且點火開關關閉時，后輪會轉至中間位置且保持在這個位置上。

4 特殊行駛狀態時的功能

在特殊行駛狀態時，還會激活專為此而開發的功能，比如在轉向不足和過度轉向的情況就是這樣的。如果司機在過度轉向時實施反向轉向動作，那么根據車速范圍會把后輪轉至中間位置并保持在這個位置上，直至過度轉向結束。同樣，在轉向不足時，后輪轉向角也會發生相應變化，以便將車輛保持在車道上。

在到達行駛動力學極限范圍時，后輪轉向角就受限了，在左、右車輪處于摩擦系數不同的路面時（比如右側車輪在干路面上，左側車輪在濕路面上），若實施制動，那么就會有穩定的轉向介入，這會明顯降低車輛誤轉向或者偏向一邊。前輪和后輪上確定下來的轉向角由動態轉向和后輪轉向經FlexRay-數據總線傳給車身穩定控制系統，此系統在隨后的調節中會考慮到這些信息的[4]。

5 動態全輪轉向系統使用及維修

駕駛員可以使用Audi drive select來調節轉向系統的特性，通過Audi drive select可以選擇不同的車輛特性模式。Audi drive select-模式就是說有3種不同的轉向運動型差速器，力矩分配情況會使得轉向反應非常靈活，有輕微過度轉向趨勢。只有在明顯轉向過度時，驅動力矩才會穩定地分配到后輪上。

如果激活了efficiency（高效）模式的話，激活的就是“舒適”這個轉向特性曲線。在individual （個性化）模式下，菜單項“傳動裝置”綜合了發動機、變速器和運動型差速器，通過這個菜單選項可以選擇高效、均衡或者運動這些特色。其中高效相當于Audi Drive select中模式 efficiency；均衡相當于Audi Drive select中模式auto；運動相當于Audi Drive select中模式dynamic。如果選擇了individual（個性化）這個模式，那么可按需要來選擇這3種特性曲線（舒適、均衡、運動）的任一種。

6 總結

動態全輪轉向系統故障時的特性，參與動態全輪轉向的系統和部件都有自診斷功能。底盤控制單元總在不斷地接收到有關助力轉向控制單元、主動轉向控制單元、后輪轉向控制單元動態轉向和后輪轉向可用性或者狀態信息。根據當前出現的故障的嚴重程度，會激活相應的應急程序，系統的全部功能也會盡可能長時間地保持正常工作狀態。