大众动态全轮转向系统浅析

田振芳

（山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619）

1 动态全轮转向系统作用

通常，驾驶员在操纵方向盘时，驾驶员施加在转向系统的操纵力和转向系统的传动比，会直接反馈给驾驶员一个直接的“转向操纵感”，使得驾驶员可以清楚感知到改变了行驶方向的转向运动，车辆也呈现出转向的良好运动性和灵活性。当车辆转向时，无动态全轮转向系统的车辆反应非常直接，在某些行驶情况下转向非常灵敏。比如：在车辆高速直行时，方向盘上很小的转动，就可能引起车辆明显失稳。而轴距对行驶稳定性的影响非常大，轴距较大的车辆，行驶稳定性更好；轴距较小的车辆，则反应灵敏乃至不稳定[1]。

动态全轮转向是在Audi Q7（车型 4M）上的全轮转向系统基础上开发而来。在这种装备上，传统的转向横拉杆被一个执行单元所取代，其特点就是把后轮转向系统与动态转向系统结合在一起了，这样，驾驶员可独立将后轮和前轮转一定的角度，把后轮转向系统与动态转向系统结合在一起了，如此一来，前后轴可以实现不依赖于驾驶员的精准的转向角度[2]。

该系统应用的好处主要体现在以下几方面：转弯时转弯半径更小；操纵转向更省力；改善了转向时的灵活性，特别是在低车速和中等车速时明显；改善了车辆行驶的稳定性尤其是车辆变换车道和规避时；同时也改善了车辆的响应特性，车辆反应时间降低。

2 动态全轮转向系统的组成与工作过程

动态全轮转向系统的组成以Audi Q7为例，是在传统转向系统横拉杆的位置处装备有动态转向的执行装置（图1），在后桥上装备有后桥转向单元（图2）。

图1 动态转向的执行装置图

图2 后桥转向单元

在装备有普通转向系统的车上，需要协调转向传动比与行驶稳定性关系。而转向直接传动比和轴距是转向系统设计中要考虑的两个重要参数。如果把直接转向传动比与短轴距结合在一起的话，那么车辆将会非常灵敏甚至不稳定。当车辆从停车位上开进或开出时，以及在多弯道路段行驶时，车辆灵活是优点，当车辆在高速行驶时，在驶入和驶出停车位时以及以低速行驶在多弯道的路段时，车辆灵活是优点，但在车辆高速行驶时，车的稳定就会变差，此时司机就会难控制或根本无法控制车辆。

动态全轮转向系统就是在基本转向系统（EPS）中增加了动态转向系统和后轮转向系统。主动转向控制单元、后轮转向控制单元全部通过FlexRay总线的通道A来传递数据，动态转向系统和后轮转向系统不是单独提供的，只能作为动态全轮转向的一部分来提供。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，在需要时就通过动态全轮转向系统来平衡直接转向传动比与行驶稳定性之间的关系。

黑色的车轮轮廓是传统转向过程的，通过动态转向在前轮上实现了一个更大的转向角，此时，后轮也朝同一方向转动。转弯半径保持不变，就是说车辆的直接转向传动比保持不变，通过虚拟增大轴距，明显提高了行驶稳定性。

3 动态全轮转向系统的软件调节

底盘控制单元内包含有各系统的调节软件，根据车辆的行驶状态（车辆动力学状况）、驾驶员的操作以及Audi Drive Select中所选的驾驶程序，来规定转向角值的确定，同时还会考虑到相应的驾驶员辅助系统是否正在工作中。

动态转向系统底盘控制单元根据车轮转速来计算出当前车速信号，通过转向角传感器的测量数据或者通过机械转向机构的计算而得出方向盘的转角信号，由安全气囊控制单元内的传感器测得横向加速度和横摆率信号经过FlexRay总线传给底盘控制单元，由发动机控制单元通过FlexRay总线传送来的发动机扭矩信息，由车辆水平传感器确定的垂直方向动力学状况以及驾驶员所施加的转向运动和驾驶员对油门踏板的操纵等重要参数来分析出了车辆动力学情况，并通过选择行驶程序（舒适、均衡、运动）来改变动态全轮转向的调节特性。需要注意的是，当在带挂车运行时，不允许使用动态模式。

底盘控制单元内包含有各系统的调节软件，这些系统之间内部也相互交换信息，涉及的相关信号和单元有：转向角传感器、ABS控制单元、数据总线诊断接口、安全气囊控制单元、驻车控制单元、发动机控制单元等[3]。

在动态全轮转向调节时，底盘控制单元会先判断方向盘是否处在倾斜状态，也就是在车辆直行时，转向角传感器的偏离量有多大，这个偏离值会在随后的所有转向角测量值中考虑，但并不用于校正方向盘位置。调节主要就是保证在前轮和后轮上同步转向角，使得前轮和后轮对转向做出同步相应，后轮最大转向角可达5°。

当点火开关接通时，控制单元就会进行常规检测。就会进行例行的可靠性检测。在发动机起动后而车处于静止时，如果司机转动方向盘，后轮就会反向转动，最大转角可以达0.5°。如果车辆开始行驶时，控制单元就会计算后轮转向角且保证后轮的转角只能转到不撞击到路缘上。在车辆行驶中，计算后轮转角和前轮转向传动比还会考虑到车速，具体分析计算由底盘控制单元基于一个复杂的计算模型来完成，要考虑到路面摩擦系数、轮胎特性和动态转向以及后轮转向的调节能力。例如：如果需要的话，后轮的转向角会减小，以避免后轮转向造成的超过了后轮的最大摩擦系数的情况发生。动态转向系统和后轮转向系统持续不断地将其负荷信息传给底盘控制单元，因此调节软件就能够只将能执行的转向角调节要求发送给前轮和后轮。规定的转向角则由底盘控制单元来监控，也可由动态转向和后轮转向控制单元来监控。在车辆静止且点火开关关闭时，后轮会转至中间位置且保持在这个位置上。

4 特殊行驶状态时的功能

在特殊行驶状态时，还会激活专为此而开发的功能，比如在转向不足和过度转向的情况就是这样的。如果司机在过度转向时实施反向转向动作，那么根据车速范围会把后轮转至中间位置并保持在这个位置上，直至过度转向结束。同样，在转向不足时，后轮转向角也会发生相应变化，以便将车辆保持在车道上。

在到达行驶动力学极限范围时，后轮转向角就受限了，在左、右车轮处于摩擦系数不同的路面时（比如右侧车轮在干路面上，左侧车轮在湿路面上），若实施制动，那么就会有稳定的转向介入，这会明显降低车辆误转向或者偏向一边。前轮和后轮上确定下来的转向角由动态转向和后轮转向经FlexRay-数据总线传给车身稳定控制系统，此系统在随后的调节中会考虑到这些信息的[4]。

5 动态全轮转向系统使用及维修

驾驶员可以使用Audi drive select来调节转向系统的特性，通过Audi drive select可以选择不同的车辆特性模式。Audi drive select-模式就是说有3种不同的转向运动型差速器，力矩分配情况会使得转向反应非常灵活，有轻微过度转向趋势。只有在明显转向过度时，驱动力矩才会稳定地分配到后轮上。

如果激活了efficiency（高效）模式的话，激活的就是“舒适”这个转向特性曲线。在individual （个性化）模式下，菜单项“传动装置”综合了发动机、变速器和运动型差速器，通过这个菜单选项可以选择高效、均衡或者运动这些特色。其中高效相当于Audi Drive select中模式 efficiency；均衡相当于Audi Drive select中模式auto；运动相当于Audi Drive select中模式dynamic。如果选择了individual（个性化）这个模式，那么可按需要来选择这3种特性曲线（舒适、均衡、运动）的任一种。

6 总结

动态全轮转向系统故障时的特性，参与动态全轮转向的系统和部件都有自诊断功能。底盘控制单元总在不断地接收到有关助力转向控制单元、主动转向控制单元、后轮转向控制单元动态转向和后轮转向可用性或者状态信息。根据当前出现的故障的严重程度，会激活相应的应急程序，系统的全部功能也会尽可能长时间地保持正常工作状态。