从此爱上转弯,浅析奥迪动态全轮转向技术

所谓的动态全轮转向系统,就是在基本转向系统中增加了动态转向系统和后轮转向系统。根据当前车速和行驶状况动态调节前束,旨在改进行驶运动性和行驶舒适性。比如:

  • 转弯半径更小;
  • 转向更省力;
  • 明显改善了灵活性,尤其是在低车速和中等车速时;
  • 改善了行驶稳定性,尤其是在变换车道和规避障碍物时;
  • 改善了响应特性,车辆反应时间降低了。
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在装备有普通转向系的车上,转向传动比与行驶稳定性之间需要有个妥协。

一般而言,较小的转向传动比再加上较小的司机施加的转向力,可以让司机获得一个非常直接的“转向感”,司机在改变行驶方向时能明显清楚的转向运动,车辆表现为具有运动性和灵活性。

就行驶稳定性方面来讲,无动态全轮转向系统的车辆反应非常直接,在某些行驶情形时表现的很灵敏。比如:在车辆高速直行时,方向盘上的很小转动,就可能引起车辆明显失稳。

轴距对行驶稳定性的影响也非常大,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。

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转向传动比和轴距是转向系统设计中药考虑的两个标准,他们是相互作用的。如果把直接转向传动比与短轴距相结合在一起的话,那么车辆将会是非常灵敏乃至不稳的。在驶入和驶出停车位时以及低速行驶在多弯道的路段时,车辆灵活是个优点,但在车辆高速行驶时,车辆会马上变得不稳定了,一般的司机会很难控制车辆。

通过动态全轮转向系统在需要时就可以平衡直接转向比与行驶稳定性之间的冲突了,下图展示的就是这种关系的示例。黑色的车轮轮廓是传统转向过程,通过动态转向在前轮上实现了一个更大的转向角,与此同时,后轮也朝同一方向转动。在此例中,转弯半径保持不变,就是说车辆的直接性保持不变。通过虚拟增大轴距,明显提高了行驶稳定性。

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工作过程

一般而言,调节过程包含两个不同的转向过程,即先朝着前轮转向的反方向转动,再朝着相同转动方向转动。

反方向转动

反方向转动前轮和后轮的主要目标是改进低速操作,并缩小行驶车道。对于驾驶员而言,这个操作就降低了同等弯道半径和相同车速下的转向需求,因此,主观上更易操纵车辆,并且更加敏捷。为了全面利用这些优点,只在低速范围(最高约为60km/h)内激活反向转向功能。

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图中以最小弯道为例,显示了四轮驱动转向系的优点。半径R2是使用四轮驱动转向系时达到的,明显比使用传统转向系时可能出现的半径R1小。

同向转动

1、前转车辆的第一个转向过程

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驾驶员用方向盘进行弯道行驶,并改变行驶方向,前桥车轮被转入。前车轮通过转入车轮时导致轮胎与地面接触面发生的(强制)变形来传递侧向力。

为了能够绕着车辆竖轴做侧滑运动,必须对后桥车轮上施加相应的侧向力助力。


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只有当侧向力因车辆重量偏向弯道外侧而改变方向时,才能形成横向加速度。

通过只改变前桥的行驶方向生成相对大的偏航力矩,直至将车辆调成固定不变的状态。结果可能是降低舒适性,直至出现不稳定的行驶状态。例如,当驾驶员为了避开某个障碍物而加大转向时,绕着车辆竖轴意外出现的振动过程会对行驶稳定性产生负面影响。

2、对车辆后桥进行转向时的第二个转向过程

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驾驶员用方向盘进行弯道行驶,并改变行驶方向,前桥车轮被转入。系统对施加的转向过程作出反应,即随着后桥车轮同向转向。因所有四个车轮的轮胎与地面接触面发生强制性变形,除了与前桥车轮平行,相同方向上的后桥车轮施加的侧向力也会激活。得出的偏航力矩明显比只使用前轮车轮的车辆更低。通过在两个车桥上实时形成侧向力大大减弱了纯前转车辆上常见的效应——即从施加的转向运动过度到固定不变的状态。更加协调、更加舒适地改变方向,降低了偏转振动风险。

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上图为已经达到了固定不变的状态,驾驶员将车辆行驶到规定的弯道上。

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配备传统转向系车辆的车道变换过程

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配备动态全轮转向系车辆的车道变换过程

技术实现

通过主动式调节元件更改后桥车轮的前束值。车轮支架上的转向横拉杆与传统后桥一样,安装在橡胶金属轴承上。与传统车桥不同的是,转向横拉杆不是直接固定在副车架上,而是在此与橡胶金属轴承两侧固定在调节元件上。

调节元件、驱动装置和电子调节系统构成的整个单元固定在副车架上,同时转动车轮相同的转向角。由于前束角度最多更改约5°,因此不像前桥一样需要使用摆动轴承。通过摆臂与车轮支架之间轴承元件的弹簧实现改动角度。

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主轴传动机构

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电机通过驱动皮带驱动螺杆螺母。螺杆螺母的转动运动转换成螺杆的直线运动。相连的转向横拉杆将这种直线运动传递到车轮支架上,车轮一同向左或向右转动(取决于电机的转动方向)。该系统通过螺杆和螺杆螺母的传动比和使用的梯形螺线实现自锁。

只能在调节过程中激活该电机,其余时间保持关闭状态。只能通过螺纹驱动自锁力生成保持力。

螺杆最大调节行程(从中间位置算起)约为9mm,它相当于约5°的最大车轮转角。

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