四輪轉(zhuǎn)向機械式系統(tǒng)

圖3所示為機械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其前后輪都設(shè)置有轉(zhuǎn)向器，兩轉(zhuǎn)向器之間用機械裝置連接，前輪轉(zhuǎn)向角決定后輪轉(zhuǎn)向角。

機械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在二輪轉(zhuǎn)向裝置(2WS)的基礎(chǔ)上，增設(shè)前輪轉(zhuǎn)向器、后輪轉(zhuǎn)向器和中央軸等元件。

當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，前輪轉(zhuǎn)向器中的小齒輪由齒輪-齒條式轉(zhuǎn)向器的齒條帶動，將齒條的左右運動再變換為小齒輪的轉(zhuǎn)動，經(jīng)中央軸使后輪轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒輪產(chǎn)生動作。

當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動量小時，后輪與前輪同向偏轉(zhuǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動量大時，后輪與前輪反向偏轉(zhuǎn)。這樣可以提高汽車高速時的操縱穩(wěn)定性，并可以減小汽車的轉(zhuǎn)彎半徑。

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，主動安全性日益受到重視。四輪轉(zhuǎn)向是提高主動安全性的方法之一。四輪轉(zhuǎn)向車輛首次出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代的日本。近年來，本田、日產(chǎn)、馬自達等汽車廠商紛紛推出了帶有四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的概念車，并把一些成熟的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)應(yīng)用到了它的普及型汽車中，提高了其汽車的主動安全性。

四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下顯著的優(yōu)點:

首先，在轉(zhuǎn)向時能夠基本保持車輛質(zhì)心側(cè)偏角為零，且能夠改善汽車對轉(zhuǎn)向盤輸入的動態(tài)響應(yīng)特性，在一定程度上改善了橫擺角速度和側(cè)向加速度的瞬態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)，明顯改善車輛高速行駛的穩(wěn)定性。當(dāng)在高速行駛中轉(zhuǎn)向時，四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過后輪與前輪的同相轉(zhuǎn)向，能有效降低/消除車輛側(cè)滑事故的發(fā)生幾率，明顯改善車輛高速行駛的穩(wěn)定性及安全性，進而緩解駕駛者在各種路況下(尤其是在風(fēng)雨天)高速駕車的疲勞程度。

其次，縮小車輛低速轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)彎半徑。在低速轉(zhuǎn)向時，車輛因前后輪的反向轉(zhuǎn)向能夠縮小轉(zhuǎn)彎半徑達20%。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)使大型車輛具有如同小型車輛的操縱及泊車敏捷性。

再次，提高了車輛的掛車能力。通過轉(zhuǎn)向后軸對掛車的轉(zhuǎn)向牽引，四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)極大地提高了轉(zhuǎn)向操作隨動性和正確性，改善了車輛掛車行駛的操縱性、穩(wěn)定性及安全性。

所謂四輪轉(zhuǎn)向(four wheel Steering , 4WS)是指汽車轉(zhuǎn)向過程中，4個車輪可根據(jù)前輪或行車速度等信號同時相對車身偏轉(zhuǎn)。四輪轉(zhuǎn)向汽車的后輪可以與前輪同向偏轉(zhuǎn)，可以反向偏轉(zhuǎn)，如圖2所示。

若后輪的轉(zhuǎn)向與前輪轉(zhuǎn)向方向相同，則稱同向控制模式。其轉(zhuǎn)彎半徑比兩輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑大。汽車在40km/h 以上行駛時，后輪同向偏轉(zhuǎn)角為2.5°。其作用是汽車在轉(zhuǎn)向時車身與行駛方向的偏轉(zhuǎn)角小，減少了汽車調(diào)整行駛轉(zhuǎn)向時的旋轉(zhuǎn)和側(cè)滑，提高了操縱穩(wěn)定性，且能保證汽車在潮濕路面上穩(wěn)定地轉(zhuǎn)向。

若后輪的轉(zhuǎn)向與前輪轉(zhuǎn)向方向相反，稱反向(逆向)控制模式，其轉(zhuǎn)彎半徑比兩輪轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑小。低速時后輪逆向偏轉(zhuǎn)角最大為5°，適用于汽車駛?cè)胲噹旌驮讵M窄的拐角處轉(zhuǎn)彎。隨著車速的升高，后輪轉(zhuǎn)向角變小，在車速達到達40km/h 時轉(zhuǎn)向角變成0°。這就提高了汽車停車或在狹小空間轉(zhuǎn)向的機動性。

四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作方式有機械式、液壓式和電動式等實現(xiàn)方式。

圖4所示為一種液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它由儲油罐1、油泵2、后輪控制閥3、節(jié)氣門位置傳感器4、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器6、4WS電控單元(ECU)7、車速傳感器8、輪速傳感器9、動力缸11 和電磁閥10 等組成。

這種液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的運行狀況隨時進行綜合判斷，可以精確控制后輪偏轉(zhuǎn)角，從而提高汽車中、高速行駛過程中的操縱穩(wěn)定性。液壓油自油泵輸入到電磁閥和后輪控制閥，根據(jù)4WS電控單元的指令，然后進入能控制后輪偏轉(zhuǎn)角的動力缸。4WS電控單元對后輪偏轉(zhuǎn)角的控制分成兩部分:基本控制和修正控制?；究刂瓢€(wěn)定性控制和回正控制。

汽車高速行駛時，慢速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，后輪與前輪同向偏轉(zhuǎn)，進行穩(wěn)定性控制;汽車低、中速行駛時，在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的最初階段，后輪與前輪逆向偏轉(zhuǎn)，然后逐漸回正，即進行回正控制。修正控制則是根據(jù)道路交通狀況和駕駛員的操作情況對后輪的同向偏轉(zhuǎn)量或逆向偏轉(zhuǎn)量進行修正，使后輪達到期望的偏轉(zhuǎn)角度。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的后輪最大偏轉(zhuǎn)角較小，汽車最小轉(zhuǎn)向半徑的減小有限。

電動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)前后輪轉(zhuǎn)向器均為電動助力，兩轉(zhuǎn)向器之間無任何機械連接裝置及液壓管道等部件，直接對前后輪的轉(zhuǎn)向進行控制，具有前后輪轉(zhuǎn)向角關(guān)系控制精確、控制自由度高、機構(gòu)簡單等優(yōu)點。

電動四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由微機控制單元、前后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器、主副前輪轉(zhuǎn)向傳感器，主、副后輪轉(zhuǎn)向傳感器、后輪轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器等組成。后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器包括一個通過循環(huán)球螺桿機械驅(qū)動轉(zhuǎn)向齒條的電動機。執(zhí)行器內(nèi)的復(fù)位彈簧在點火開關(guān)關(guān)閉時或四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時將后輪推到直線行駛位置。一個后輪轉(zhuǎn)角傳感器和一個副后輪轉(zhuǎn)角傳感器安裝在后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的頂端。

發(fā)動機工作時，如果轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，四輪轉(zhuǎn)向控制單元接收所有傳感器的信息并進行分析，通過內(nèi)部預(yù)設(shè)的控制模式，確定后輪的偏轉(zhuǎn)角。然后控制后輪偏轉(zhuǎn)機構(gòu)中的電動機驅(qū)動球形滾道螺母轉(zhuǎn)動，推動球形滾道螺桿移動，使后輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電控單元再根據(jù)后輪偏轉(zhuǎn)機構(gòu)中的主、輔偏轉(zhuǎn)角傳感器反饋信號，對后輪的偏轉(zhuǎn)角進行修正。