大眾動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)淺析

田振芳

（山西工程科技職業(yè)大學，山西 晉中 030619）

1 動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作用

通常，駕駛員在操縱方向盤時，駕駛員施加在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱力和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比，會直接反饋給駕駛員一個直接的“轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向運動，車輛也呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)向的良好運動性和靈活性。當車輛轉(zhuǎn)向時，無動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛反應非常直接，在某些行駛情況下轉(zhuǎn)向非常靈敏。比如：在車輛高速直行時，方向盤上很小的轉(zhuǎn)動，就可能引起車輛明顯失穩(wěn)。而軸距對行駛穩(wěn)定性的影響非常大，軸距較大的車輛，行駛穩(wěn)定性更好；軸距較小的車輛，則反應靈敏乃至不穩(wěn)定[1]。

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

該系統(tǒng)應用的好處主要體現(xiàn)在以下幾方面：轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)彎半徑更小；操縱轉(zhuǎn)向更省力；改善了轉(zhuǎn)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(wěn)定性尤其是車輛變換車道和規(guī)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(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成與工作過程

動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成以Audi Q7為例，是在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫拉桿的位置處裝備有動態(tài)轉(zhuǎn)向的執(zhí)行裝置（圖1），在后橋上裝備有后橋轉(zhuǎn)向單元（圖2）。

圖1 動態(tài)轉(zhuǎn)向的執(zhí)行裝置圖

圖2 后橋轉(zhuǎn)向單元

在裝備有普通轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車上，需要協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向傳動比與行駛穩(wěn)定性關(guān)系。而轉(zhuǎn)向直接傳動比和軸距是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計中要考慮的兩個重要參數(shù)。如果把直接轉(zhuǎn)向傳動比與短軸距結(jié)合在一起的話，那么車輛將會非常靈敏甚至不穩(wěn)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(yōu)點，當車輛在高速行駛時，在駛?cè)牒婉偝鐾＼囄粫r以及以低速行駛在多彎道的路段時，車輛靈活是優(yōu)點，但在車輛高速行駛時，車的穩(wěn)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(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是在基本轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）中增加了動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。主動轉(zhuǎn)向控制單元、后輪轉(zhuǎn)向控制單元全部通過FlexRay總線的通道A來傳遞數(shù)據(jù)，動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不是單獨提供的，只能作為動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向的一部分來提供。前輪和后輪所需要的轉(zhuǎn)向角都由底盤控制單元來進行中央控制，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，在需要時就通過動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來平衡直接轉(zhuǎn)向傳動比與行駛穩(wěn)定性之間的關(guān)系。

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

3 動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的軟件調(diào)節(jié)

底盤控制單元內(nèi)包含有各系統(tǒng)的調(diào)節(jié)軟件，根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)（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(guī)定轉(zhuǎn)向角值的確定，同時還會考慮到相應的駕駛員輔助系統(tǒng)是否正在工作中。

動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)底盤控制單元根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速來計算出當前車速信號，通過轉(zhuǎn)向角傳感器的測量數(shù)據(jù)或者通過機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)的計算而得出方向盤的轉(zhuǎn)角信號，由安全氣囊控制單元內(nèi)的傳感器測得橫向加速度和橫擺率信號經(jīng)過FlexRay總線傳給底盤控制單元，由發(fā)動機控制單元通過FlexRay總線傳送來的發(fā)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(zhuǎn)向運動和駕駛員對油門踏板的操縱等重要參數(shù)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(tài)全輪轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)特性。需要注意的是，當在帶掛車運行時，不允許使用動態(tài)模式。

底盤控制單元內(nèi)包含有各系統(tǒng)的調(diào)節(jié)軟件，這些系統(tǒng)之間內(nèi)部也相互交換信息，涉及的相關(guān)信號和單元有：轉(zhuǎn)向角傳感器、ABS控制單元、數(shù)據(jù)總線診斷接口、安全氣囊控制單元、駐車控制單元、發(fā)動機控制單元等[3]。

在動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)時，底盤控制單元會先判斷方向盤是否處在傾斜狀態(tài)，也就是在車輛直行時，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向角測量值中考慮，但并不用于校正方向盤位置。調(diào)節(jié)主要就是保證在前輪和后輪上同步轉(zhuǎn)向角，使得前輪和后輪對轉(zhuǎn)向做出同步相應，后輪最大轉(zhuǎn)向角可達5°。

當點火開關(guān)接通時，控制單元就會進行常規(guī)檢測。就會進行例行的可靠性檢測。在發(fā)動機起動后而車處于靜止時，如果司機轉(zhuǎn)動方向盤，后輪就會反向轉(zhuǎn)動，最大轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向角且保證后輪的轉(zhuǎn)角只能轉(zhuǎn)到不撞擊到路緣上。在車輛行駛中，計算后輪轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)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(shù)、輪胎特性和動態(tài)轉(zhuǎn)向以及后輪轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)能力。例如：如果需要的話，后輪的轉(zhuǎn)向角會減小，以避免后輪轉(zhuǎn)向造成的超過了后輪的最大摩擦系數(shù)的情況發(fā)生。動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)持續(xù)不斷地將其負荷信息傳給底盤控制單元，因此調(diào)節(jié)軟件就能夠只將能執(zhí)行的轉(zhuǎn)向角調(diào)節(jié)要求發(fā)送給前輪和后輪。規(guī)定的轉(zhuǎn)向角則由底盤控制單元來監(jiān)控，也可由動態(tài)轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向控制單元來監(jiān)控。在車輛靜止且點火開關(guān)關(guān)閉時，后輪會轉(zhuǎn)至中間位置且保持在這個位置上。

4 特殊行駛狀態(tài)時的功能

在特殊行駛狀態(tài)時，還會激活專為此而開發(fā)的功能，比如在轉(zhuǎn)向不足和過度轉(zhuǎn)向的情況就是這樣的。如果司機在過度轉(zhuǎn)向時實施反向轉(zhuǎn)向動作，那么根據(jù)車速范圍會把后輪轉(zhuǎn)至中間位置并保持在這個位置上，直至過度轉(zhuǎn)向結(jié)束。同樣，在轉(zhuǎn)向不足時，后輪轉(zhuǎn)向角也會發(fā)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(zhuǎn)向角就受限了，在左、右車輪處于摩擦系數(shù)不同的路面時（比如右側(cè)車輪在干路面上，左側(cè)車輪在濕路面上），若實施制動，那么就會有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向介入，這會明顯降低車輛誤轉(zhuǎn)向或者偏向一邊。前輪和后輪上確定下來的轉(zhuǎn)向角由動態(tài)轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向經(jīng)FlexRay-數(shù)據(jù)總線傳給車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在隨后的調(diào)節(jié)中會考慮到這些信息的[4]。

5 動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用及維修

駕駛員可以使用Audi drive select來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向運動型差速器，力矩分配情況會使得轉(zhuǎn)向反應非常靈活，有輕微過度轉(zhuǎn)向趨勢。只有在明顯轉(zhuǎn)向過度時，驅(qū)動力矩才會穩(wěn)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(zhuǎn)向特性曲線。在individual （個性化）模式下，菜單項“傳動裝置”綜合了發(fā)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(jié)

動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障時的特性，參與動態(tài)全輪轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)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(guān)助力轉(zhuǎn)向控制單元、主動轉(zhuǎn)向控制單元、后輪轉(zhuǎn)向控制單元動態(tài)轉(zhuǎn)向和后輪轉(zhuǎn)向可用性或者狀態(tài)信息。根據(jù)當前出現(xiàn)的故障的嚴重程度，會激活相應的應急程序，系統(tǒng)的全部功能也會盡可能長時間地保持正常工作狀態(tài)。