浅析奥迪动态全轮转向系统

陈建华

摘要：动态全轮转向系统是汽车转向系统的新结构。该系统根据实验获得的不同运转条件下的控制方法，并从传感器输入信号判定车辆的行驶状况，计算出执行电机所需要的工作电流，利用改变电动机电流的方向和幅值，向功率控制器发出驱动信号。该系统减少了许多繁杂的机械传动机构，从而降低了成本和重量。它可以协助驾驶员行车，并减轻身体和心理负担。具有转向能力强、转向响应速度、弯道行驶稳定等优点。本文介绍了动态全轮转向系统的基本组成和工作原理，阐述了电子控制动态全轮转向系统对汽车操纵稳定性的影响。

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.

关键词：动态全轮转向;后轮转向;可变转向;结构原理

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

中图分类号：U472                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）24-0045-02

0  引言

对于现代的车辆来说一般采用前轮转向就能够满足汽车行驶的要求。但是随着道路交通系统的不断改善以及先进汽车技术的层出不穷地发展，汽车的动态全轮转向技术得到了更多的应用，这种技术不仅可以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行駛安全性，也满足了驾驶者对汽车操纵能力更灵敏更精确的要求，更重要的是能提升汽车在各种行驶工况下以及各种驾驶状态下的转向性能。

1  奥迪动态全轮转向系统概述

动态全轮转向是一个新系统，是选装系统。该系统是在首次应用与Audi Q7上的全轮转向系统基础上进一步开发而来的。其新颖之处是把前轮电动机械式转向系统EPS、后轮转向系统与动态转向系统结合在一起了，前轮和后轮所需要的转向角都由底盘控制单元来进行中央控制。把规定转向角转换成前轮和后轮执行装置所要求的电流值，这个工作是由转向助力控制单元、后轮转向控制单元以及动态转向（主动转向）控制单元分别完成的。这样的话，司机可独立将后轮和前轮转一定的角度。这就大大改善了车辆主观和客观方面的行驶动力学性能。具有以下几个优点：①转弯半径缩小，提高了车辆的灵活性。配置有动态全轮转向系统的车辆在低速行驶时，前后轮在转向过程中的转动方向是相反的，这可以大大地减小车辆的转弯半径。在狭窄的道路上掉头或是车辆停放的过程中，便可让车辆转向操纵更加便捷。②转向更省力。前桥电动机械式转向系统EPS该助力装置的电机和循环球式辅助转向器装在齿条上，使转向助力比进一步加大。因此转向更加轻便。③在高速工况下，动态全轮转向系统可以改善行驶稳定性，特别是提高了车辆的直线行驶的稳定性。当行驶过程中如果遇到路面不平、侧风等情况时，能有效地减小对车辆行驶稳定性的不利影响。当车辆高速行驶的过程中，为了躲避前方的障碍物需要快速更换车道时，此时驾驶员便大幅度打方向盘，前轮和后轮能够往相同方向转动来提高车辆的稳定性，避免出现由于转向过度而产生车辆甩尾的现象，大大提高汽车的安全性、稳定性和操控性。④改善了响应特性，车辆反应时间降低了。

2  奥迪动态全轮转向的工作原理

动态全轮转向系统，就是在基本转向系统（电动机械式转向系统EPS）中增加了动态转向系统和后轮转向系统。前轮和后轮所需要的转向角都由底盘控制单元来进行中央控制。控制单元会通过传感器的数据计算出转向角，并且告知执行元件应该增大还是应该减小转向的角度。以便实现可变转向传动比。

底盘控制单元，如图1所示，通过分析下面这些重要参数来获知车辆行驶状况：

2.1 车速

底盘控制单元根据车轮转速来计算出当前车速。

2.2 方向盘转角

通过分析转向角传感器的测量数据或者通过电动机械式转向机构的计算而得出的。

2.3 横向加速度和横摆率

由安全气囊控制单元内的传感器测得并经车载网络总线传给底盘控制单元。

2.4 发动机扭矩

内燃机实时扭矩由发动机控制单元通过车载网络总线来传送底盘控制单元。

2.5 垂直方向动力学状况

通过分析车辆水平传感器的测量值来确定。

底盘控制单元主要接收方向盘转角、车轮转速、Drive Select的设置、横向加速度/横摆率、挂车状态、驾驶员辅助系统状态、发动机实际扭矩和油门踏板位置等数据信号，还有接收转向助力控制单元、动态转向控制单元和后轮转向控制单元的工作状态。在车辆行驶过程中，计算后轮转角以及设置前轮转向传动比还要考虑到车速。具体计算由底盘控制单元基于一个复杂的计算模型來完成。最终计算出来的要求的转向角指令传给转向助力控制单元、动态转向控制单元和后轮转向控制单元。如图2所示。

动态转向控制单元给指令让动态转向的执行装置工作，后轮转向控制单元给指令让后桥转向单元工作，前轮和后轮完美的配合，大大改善了车辆主观和客观方面的行驶动力学性能，实现转弯半径更小、转向更省力、明显改善了灵活性、改善了行驶稳定性和改善了响应特性，车辆反应时间降低了。

3  奥迪动态全轮转向系统功能

①驾驶员转向建议（DSR， driver steering recommendation）功能。当左、右侧车轮与路面之间由于地面情况从而产生不同的摩擦系数时，施加在两个车轮上的制动力也是不同的，从而导致车辆偏离所希望的行驶方向，此时控制单元将“转向请求”发送给转向控制单元，并且将转向电机激活，转向电机驱动齿条在相应方向对方向盘施加一个最大为2-3Nm的力。这个转向角动量向司机提高了转向建议，表明了现在应该向哪个方向转动方向盘。

②提供最合适的转向传动比功能。动态转向系统一般可以实现舒适型的和运动型两种不同的驾驶体验，这是由相应的两条可变的特性曲线来提高的参考。根据车速和方向盘的转角就可实现最佳转向传动比，并通过不同特性的曲线是根据车速和转向角来改变转向车轮的实际转动大小，从而解决了恒定转向传动比的折衷问题。

车辆在不同摩擦系数路面上的制动时，动态转向系统能通过自动调整车轮转角来补偿车辆所产生的侧滑，可以比司机更快而准确地调节所需要的转角，动态转向系统这种新型智能转向系统，在明显提高主动的行车安全性的前提下，还能增加行驶和转向舒适性。

③全轮转向系统根据车轮速度、方向盘转向角、基准信号和转子位置信息来判定车辆的行驶状况，并通过主动式后轮转向调节元件调节后轮前束，从而改进车辆行驶运动性和舒适性。低速时反向转动后桥车轮（前后轮反向）可缩小转弯半径，高速时同向转动后桥车轮（前后轮同向）可保持车辆稳定性。如图3所示。

4  结论

动态全轮转向系统随着电子技术的飞速发展以及新材料的发现和应用已经有了长足的改变，在今后的发展过程中也将会有更为广泛的应用。动态全轮转向系统提供了更安全更全面的汽车驾驶体验，在逐渐淘汰落后的陈旧技术的同时也将成为转向系统发展过程中的主流。拓展出更充分的应用，在操纵性、稳定性、安全性、舒适性等领域开发出用户感知明显的系统功能。

参考文献：

[1]林逸.施国标3汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势[J].公路交通科技，2001（6）.

[2]李春明.汽车底盘电控技术[M].北京：机械工业出版社， 2004.

[3]张维利，肖飞岭.2009款奥迪A4L动态转向系统结构原理与检修（二）[J].汽车维修技师，2009（06）：18-19.