淺析奧迪動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

陳建華

摘要：動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的不同運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的控制方法，并從傳感器輸入信號(hào)判定車輛的行駛狀況，計(jì)算出執(zhí)行電機(jī)所需要的工作電流，利用改變電動(dòng)機(jī)電流的方向和幅值，向功率控制器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該系統(tǒng)減少了許多繁雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而降低了成本和重量。它可以協(xié)助駕駛員行車，并減輕身體和心理負(fù)擔(dān)。具有轉(zhuǎn)向能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度、彎道行駛穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成和工作原理，闡述了電子控制動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車操縱穩(wěn)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(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向;后輪轉(zhuǎn)向;可變轉(zhuǎn)向;結(jié)構(gòu)原理

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

中圖分類號(hào)：U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0045-02

0? 引言

對(duì)于現(xiàn)代的車輛來說一般采用前輪轉(zhuǎn)向就能夠滿足汽車行駛的要求。但是隨著道路交通系統(tǒng)的不斷改善以及先進(jìn)汽車技術(shù)的層出不窮地發(fā)展，汽車的動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向技術(shù)得到了更多的應(yīng)用，這種技術(shù)不僅可以改善汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，也滿足了駕駛者對(duì)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(tài)下的轉(zhuǎn)向性能。

1? 奧迪動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向是一個(gè)新系統(tǒng)，是選裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在首次應(yīng)用與Audi Q7上的全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)而來的。其新穎之處是把前輪電動(dòng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)合在一起了，前輪和后輪所需要的轉(zhuǎn)向角都由底盤控制單元來進(jìn)行中央控制。把規(guī)定轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換成前輪和后輪執(zhí)行裝置所要求的電流值，這個(gè)工作是由轉(zhuǎn)向助力控制單元、后輪轉(zhuǎn)向控制單元以及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向（主動(dòng)轉(zhuǎn)向）控制單元分別完成的。這樣的話，司機(jī)可獨(dú)立將后輪和前輪轉(zhuǎn)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(dòng)力學(xué)性能。具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①轉(zhuǎn)彎半徑縮小，提高了車輛的靈活性。配置有動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛在低速行駛時(shí)，前后輪在轉(zhuǎn)向過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相反的，這可以大大地減小車輛的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向操縱更加便捷。②轉(zhuǎn)向更省力。前橋電動(dòng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS該助力裝置的電機(jī)和循環(huán)球式輔助轉(zhuǎn)向器裝在齒條上，使轉(zhuǎn)向助力比進(jìn)一步加大。因此轉(zhuǎn)向更加輕便。③在高速工況下，動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以改善行駛穩(wěn)定性，特別是提高了車輛的直線行駛的穩(wěn)定性。當(dāng)行駛過程中如果遇到路面不平、側(cè)風(fēng)等情況時(shí)，能有效地減小對(duì)車輛行駛穩(wěn)定性的不利影響。當(dāng)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(shí)，此時(shí)駕駛員便大幅度打方向盤，前輪和后輪能夠往相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)來提高車輛的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)由于轉(zhuǎn)向過度而產(chǎn)生車輛甩尾的現(xiàn)象，大大提高汽車的安全性、穩(wěn)定性和操控性。④改善了響應(yīng)特性，車輛反應(yīng)時(shí)間降低了。

2? 奧迪動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向的工作原理

動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，就是在基本轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS）中增加了動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。前輪和后輪所需要的轉(zhuǎn)向角都由底盤控制單元來進(jìn)行中央控制?？刂茊卧獣?huì)通過傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算出轉(zhuǎn)向角，并且告知執(zhí)行元件應(yīng)該增大還是應(yīng)該減小轉(zhuǎn)向的角度。以便實(shí)現(xiàn)可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比。

底盤控制單元，如圖1所示，通過分析下面這些重要參數(shù)來獲知車輛行駛狀況：

2.1 車速

底盤控制單元根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速來計(jì)算出當(dāng)前車速。

2.2 方向盤轉(zhuǎn)角

通過分析轉(zhuǎn)向角傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)或者通過電動(dòng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的計(jì)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(nèi)的傳感器測(cè)得并經(jīng)車載網(wǎng)絡(luò)總線傳給底盤控制單元。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩

內(nèi)燃機(jī)實(shí)時(shí)扭矩由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過車載網(wǎng)絡(luò)總線來傳送底盤控制單元。

2.5 垂直方向動(dòng)力學(xué)狀況

通過分析車輛水平傳感器的測(cè)量值來確定。

底盤控制單元主要接收方向盤轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)速、Drive Select的設(shè)置、橫向加速度/橫擺率、掛車狀態(tài)、駕駛員輔助系統(tǒng)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩和油門踏板位置等數(shù)據(jù)信號(hào)，還有接收轉(zhuǎn)向助力控制單元、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元和后輪轉(zhuǎn)向控制單元的工作狀態(tài)。在車輛行駛過程中，計(jì)算后輪轉(zhuǎn)角以及設(shè)置前輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比還要考慮到車速。具體計(jì)算由底盤控制單元基于一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算模型來完成。最終計(jì)算出來的要求的轉(zhuǎn)向角指令傳給轉(zhuǎn)向助力控制單元、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元和后輪轉(zhuǎn)向控制單元。如圖2所示。

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向控制單元給指令讓動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向的執(zhí)行裝置工作，后輪轉(zhuǎn)向控制單元給指令讓后橋轉(zhuǎn)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(dòng)力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑更小、轉(zhuǎn)向更省力、明顯改善了靈活性、改善了行駛穩(wěn)定性和改善了響應(yīng)特性，車輛反應(yīng)時(shí)間降低了。

3? 奧迪動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能

①駕駛員轉(zhuǎn)向建議（DSR， driver steering recommendation）功能。當(dāng)左、右側(cè)車輪與路面之間由于地面情況從而產(chǎn)生不同的摩擦系數(shù)時(shí)，施加在兩個(gè)車輪上的制動(dòng)力也是不同的，從而導(dǎo)致車輛偏離所希望的行駛方向，此時(shí)控制單元將“轉(zhuǎn)向請(qǐng)求”發(fā)送給轉(zhuǎn)向控制單元，并且將轉(zhuǎn)向電機(jī)激活，轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒條在相應(yīng)方向?qū)Ψ较虮P施加一個(gè)最大為2-3Nm的力。這個(gè)轉(zhuǎn)向角動(dòng)量向司機(jī)提高了轉(zhuǎn)向建議，表明了現(xiàn)在應(yīng)該向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。

②提供最合適的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比功能。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般可以實(shí)現(xiàn)舒適型的和運(yùn)動(dòng)型兩種不同的駕駛體驗(yàn)，這是由相應(yīng)的兩條可變的特性曲線來提高的參考。根據(jù)車速和方向盤的轉(zhuǎn)角就可實(shí)現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，并通過不同特性的曲線是根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角來改變轉(zhuǎn)向車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)大小，從而解決了恒定轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比的折衷問題。

車輛在不同摩擦系數(shù)路面上的制動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能通過自動(dòng)調(diào)整車輪轉(zhuǎn)角來補(bǔ)償車輛所產(chǎn)生的側(cè)滑，可以比司機(jī)更快而準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)所需要的轉(zhuǎn)角，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)這種新型智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在明顯提高主動(dòng)的行車安全性的前提下，還能增加行駛和轉(zhuǎn)向舒適性。

③全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)車輪速度、方向盤轉(zhuǎn)向角、基準(zhǔn)信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信息來判定車輛的行駛狀況，并通過主動(dòng)式后輪轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)后輪前束，從而改進(jìn)車輛行駛運(yùn)動(dòng)性和舒適性。低速時(shí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)后橋車輪（前后輪反向）可縮小轉(zhuǎn)彎半徑，高速時(shí)同向轉(zhuǎn)動(dòng)后橋車輪（前后輪同向）可保持車輛穩(wěn)定性。如圖3所示。

4? 結(jié)論

動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用已經(jīng)有了長(zhǎng)足的改變，在今后的發(fā)展過程中也將會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用。動(dòng)態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了更安全更全面的汽車駕駛體驗(yàn)，在逐漸淘汰落后的陳舊技術(shù)的同時(shí)也將成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展過程中的主流。拓展出更充分的應(yīng)用，在操縱性、穩(wěn)定性、安全性、舒適性等領(lǐng)域開發(fā)出用戶感知明顯的系統(tǒng)功能。

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