主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介

既能在直道上高速行使，又能在急彎上展現(xiàn)貓一般矯捷的身手，這是汽車工程師在設計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時夢寐以求的境界。自從汽車發(fā)明以來，駕駛轉(zhuǎn)向的傳動裝置通常都是固定的。換句話說，不論是在市區(qū)窄小的街道緩行或是高速公路上奔馳，方向盤與前輪的轉(zhuǎn)向角度比始終一成不變。因而這也是工程師們面臨的一個比較困難的選擇:如果采用直接轉(zhuǎn)向，駕駛者在過急彎時就不需要大幅轉(zhuǎn)動方向盤，但是在高速行駛時，方向盤細微的動作都將會影響到行駛穩(wěn)定性;反過來說，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)越是間接，車輛在高速公路上的行駛穩(wěn)定性就越高，但是必須犧牲過彎時的操控性。所以，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都必須在安全性與舒適性之間做出權(quán)衡。

系統(tǒng)可以確保，車輛在任何速度下都能提供理想的轉(zhuǎn)向操控，并同時兼顧最大的駕駛樂趣、靈活性及安全性，這在汽車史上還是首次。

主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大加強了行車安全性。駕駛者在連續(xù)過彎時仍能保持理想坐姿，且?guī)缀醪恍枰苿与p手，只要透過方向盤上觸手可及的多功能開關(guān)及SMG換檔手柄即可完成操控。這項設計同時還提供了停車的方便性，只要輕轉(zhuǎn)兩圈方向盤就可以將車子輕松地停進停車格里。

主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)令汽車在高速公路上的行駛亦更加輕松。這是因為該系統(tǒng)能夠降低高速下的轉(zhuǎn)向靈敏度，而由外在因素所造成的方向盤震動，比如行駛在崎嶇路面上，對方向穩(wěn)定性的影響也更輕微。"在高速轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向變得更簡單、更平順。"即使面對突發(fā)的轉(zhuǎn)向動作，例如躲避前方突然出現(xiàn)的障礙物，系統(tǒng)動作依然很平順自然。此外，搭配原有的轉(zhuǎn)向動力伺服系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向扭矩會配合車速提供更多的動力，以避免方向盤失控。

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不論車速快慢，都采用18:1的固定傳動比率，這表示方向盤轉(zhuǎn)向18度，車輪轉(zhuǎn)動1度。而主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比率則在一定的范圍內(nèi)，從靜止狀態(tài)的10:1到高速時的20:1。也就是說，當方向盤轉(zhuǎn)動半圈(180度)時，車速若低，車輪就轉(zhuǎn)動18度，車速若高，則車輪只轉(zhuǎn)動不足9度。

主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制組件與引擎的電子零件、動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)和兩只偏航率傳感器相聯(lián)相通。依據(jù)這些系統(tǒng)提供的信息，它以平均每秒100次的運算速度，提供最實時、最理想的轉(zhuǎn)向角度。系統(tǒng)通過測量轉(zhuǎn)向角度，可以掌握駕駛者的意圖。動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)依據(jù)車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)可以計算出車速，而偏航率傳感器則可隨時監(jiān)控車輛垂直軸的穩(wěn)定性。對于是否行駛在理想線路上或是有偏離路線的趨勢，主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終都能明察秋毫。

當發(fā)生特別緊急的情況時，例如閃避，所有的汽車都會自然地發(fā)生轉(zhuǎn)向過度的現(xiàn)象。主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一開始就能察覺，并于毫秒之內(nèi)相應地調(diào)整轉(zhuǎn)向角度。也就是說，系統(tǒng)能在駕乘者不知不覺中自動地反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來平衡車身，從而提高了行車安全性。而如果主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身不足以讓車輛維持穩(wěn)定的前進路線時，動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)將及時介入，降低引擎馬力或?qū)€別車輪施以剎車。

在純粹的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向由電子信號控制，方向盤與車輪之間并沒有直接的機械結(jié)構(gòu)相聯(lián)。配備了主動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即使系統(tǒng)發(fā)生故障，仍然能進行轉(zhuǎn)向動作，只不過其轉(zhuǎn)向角度無法增加或減少。"所有的信息分別在兩臺計算機中以不同方式進行分析，只有兩臺的結(jié)果相同時指令才被接受，如果結(jié)果出現(xiàn)矛盾，系統(tǒng)就會自行關(guān)閉。"

在主動或疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可以將駕駛?cè)耸┘佑谵D(zhuǎn)向盤的角度增大或減小。

在這樣的系統(tǒng)中，首先需要一個液壓的或電動的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為基礎，在轉(zhuǎn)向傳動路線中，將轉(zhuǎn)向盤與伺服轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向齒輪之間的轉(zhuǎn)向柱斷開。在斷開位置，加入一個轉(zhuǎn)向角執(zhí)行器作為電子調(diào)節(jié)裝置，它由電動機和減速機構(gòu)組成，按照車輛狀態(tài)與駕駛?cè)藷o關(guān)地對轉(zhuǎn)向進行調(diào)節(jié)，使駕駛?cè)溯斎氲霓D(zhuǎn)向角增大或減小。由于這種疊加的轉(zhuǎn)向角，這種系統(tǒng)也稱為疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

如果當前的狀態(tài)不需要轉(zhuǎn)角疊加，電動機就會保持靜止，轉(zhuǎn)向柱斷開處的角差單元就會按照剛性連接工作，如同沒有斷開的轉(zhuǎn)向柱一樣。如果電動驅(qū)動裝置發(fā)生故障或關(guān)閉，就會產(chǎn)生同樣的作用。

一個完全的基礎伺服轉(zhuǎn)向器的功能可以直接作用到車輪，也仍然是借助執(zhí)行器令人滿意的回歸到純機械層面的能力，而與基礎伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無關(guān)。由此人們就將其電子調(diào)節(jié)鏈的安全性稱為"失效-安全"或"失效-靜默"。

主動轉(zhuǎn)向-角差單元的工業(yè)化可以通過不同方式實現(xiàn)。按照車輛結(jié)構(gòu)、構(gòu)造狀況、功能范圍和預算，可以將執(zhí)行器集成于基礎伺服轉(zhuǎn)向器中，也可以將其作為獨立的模塊安裝在儀表板之后的轉(zhuǎn)向柱區(qū)域內(nèi)。

在轉(zhuǎn)向器中集成的結(jié)構(gòu)形式經(jīng)常會引起確定的結(jié)構(gòu)難題，然而它可以提供明確的功能、重量以及碰撞時的安全性方面的優(yōu)點。在轉(zhuǎn)向柱區(qū)域內(nèi)安裝的獨立模塊不會在碰撞測試中得到高的分數(shù)，相對來講采用相似的電動機與轉(zhuǎn)向器形式也更貴和更重，然而它可以為多樣性的車輛結(jié)構(gòu)系列提供更高的靈活性。

在整體主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，首先需要一個液壓的或電動的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為基礎，在轉(zhuǎn)向傳動路線中，將轉(zhuǎn)向盤與伺服轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向齒輪之間的轉(zhuǎn)向柱斷開。在斷開位置，加入一個轉(zhuǎn)向角執(zhí)行器作為電子調(diào)節(jié)裝置，它由電動機和減速機構(gòu)組成，按照車輛狀態(tài)與駕駛員輸入的轉(zhuǎn)向角增大或減小。由于這種疊加的轉(zhuǎn)向角，這種系統(tǒng)也稱為疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。如圖1所示為整體主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理圖。

如果當前的狀態(tài)不需要轉(zhuǎn)角疊加，電動機就會保持靜止，轉(zhuǎn)向柱斷開處的角差單元就會按照剛性連接工作，如同沒有斷開的轉(zhuǎn)向柱一樣。如果電動驅(qū)動裝置發(fā)生故障或關(guān)閉，就會產(chǎn)生同樣的作用。一個完全的基礎伺服轉(zhuǎn)向器的功能可以直接作用到車輪，也仍然是借助執(zhí)行器令人滿意的回歸到純機械層面的能力，而與基礎伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無關(guān)。由此人們就將其電子調(diào)節(jié)鏈的安全性稱為"失效-安全"或"失效-靜默"。主動轉(zhuǎn)向-角差單元的工業(yè)化可以通過不同方式實現(xiàn)。按照車輛結(jié)構(gòu)、構(gòu)造狀況、功能范圍和預算，可以將執(zhí)行器集成于基伺服轉(zhuǎn)向器中，也可以將其作為獨立的模塊安裝在儀表板之后的轉(zhuǎn)向柱區(qū)域內(nèi)。借助電動機轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、轉(zhuǎn)向器以及與其他系統(tǒng)如ABS、ESP等的交聯(lián)接口，可以獲得豐富的數(shù)據(jù)和車輛狀況參數(shù)，以能通過對這些數(shù)據(jù)的評價，實現(xiàn)電動機的精確控制。

目前的液壓伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如Servotronic以及更新的電動機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，正如所描述過的，可以單獨通過轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向力的分配，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作提供支持，滿足駕駛?cè)耸孢m性與安全性的需求。主動轉(zhuǎn)向或疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)借助轉(zhuǎn)向角疊加，與駕駛?cè)藷o關(guān)地疊加轉(zhuǎn)向干預，提供了許多其他轉(zhuǎn)向輔助和穩(wěn)定性功能能的可能性。對于行駛穩(wěn)定性功能的確定和適配由車輛制造商完成，它決定了整車的行駛性能。主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有可能轉(zhuǎn)向傳動比。轉(zhuǎn)向傳動比的變化不是同轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角聯(lián)系在一起，而是跟車輛的速度有關(guān)。如圖2所示為整體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可變轉(zhuǎn)向傳動比的原理圖。

對于大型豪華車來說，不斷加長的軸距為車內(nèi)帶來了良好舒適的乘坐空間，但是這也對車輛的操控性帶來了一定的負面影響。無論是低速時的轉(zhuǎn)彎半徑，還是高速行駛時的穩(wěn)定性都會打折扣。通過加入后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則可以彌補軸距增加后對車輛行駛特性造成的影響，同時讓一款豪華車同樣具有很好的駕駛樂趣。

這套主動式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理也并不復雜，就是一套絲杠螺母機構(gòu)，電機驅(qū)動螺母帶動絲杠產(chǎn)生軸向移動。這種軸向移動會帶動后輪產(chǎn)生小幅度的轉(zhuǎn)向，當車速在60km/h以上時，后輪與前輪同向偏轉(zhuǎn)，提升高速過彎的穩(wěn)定性。在60km/h以下時則反向偏轉(zhuǎn)，增加車輛的靈活性。

這套主動式后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的科技含量主要還是集中在控制系統(tǒng)上，工作時，它需要接受車輛各種的動態(tài)行駛信號，然后綜合判斷輸出一個相適的轉(zhuǎn)向角度，任何計算的失誤都有可能導致車輛失去控制，特別是在車輛高速行駛時。