四轮转向系统分析

听过全轮驱动,但很少提及全轮转向,全轮转向是指方向盘向任一方向转动时可以同时使四个车轮转动,我们先通过下面这个视频了解下All Wheel Steering-AWS:

01

前轮转向

汽车中最常见的转向就是前轮转向,根据驱动方式的不同又有:后轮驱动前轮转向和前轮驱动前轮转向两种,其中后轮驱动前轮转向主要是一些载重车辆,例如货车就是使用这一配置方式,来自发动机的动力通过传动轴经差速器将不同的扭矩分配给左右两轮,这种配置方式,一方面由于零部件增加造成成本增加,另一方面也会压缩车内空间和后备箱空间,使乘坐舒适性和实用性明显降低。对于轿车这种底盘较低的车辆来说会使后排车厢底部有隆起,影响后排乘客的乘坐舒适性,所以很多轿车品牌都采用前轮驱动兼转向的配置方式,既降低了成本又具有节省车辆空间,提升乘坐舒适性等优点。

对于前驱车来说,由于前驱车的重心靠前后轮又没有动力,在过弯时车头较重,受离心力的影响更严重,一旦这种力量达到轮胎抓地的极限,就会出现转向不足,但另一方面前驱车成本相较更低,其次由于驱动轮承受着发动机的重量,可以增加驱动轮的附着力,这对于在湿滑路面上行驶的汽车将会有很大的帮助。

对于后轮驱动的汽车来说,分工上就相对“公平”,后轮负责驱动,前轮来导向。这个驱动的形式在爬坡时会更好,因抓地力更强(例如在爬坡时车辆倾斜,根据受力分析大部分重量都分在后轮上从而增加了附着力),但在路面附着力偏低的时候,当急加速后轮会出现驱动打滑使后轮的抓地力会迅速下降,从而后轮没有足够的横向抓地力来使车尾保持预定轨迹行驶,车的尾部沿着圆弧的外切线发生滑移,这就形成了转向过度。而且后轮驱动成本比较高,但中高级的轿车基本大都采用后轮驱动。

汽车漂移其实就是利用了“转向过度”这一特性来完成的。由于后轮驱动的汽车更容易转向过度,所以,后轮驱动的汽车更容易实现漂移。很多性能车都采用后驱就是这个原因。

但当车辆以较高速度切弯时,出现的转向不足和转向过度情况,ESP的车辆动力学控制系统VDC会进行干预纠正,避免失控打滑或倾倒,例如,弯道中转向不足时通过对内侧后轮施加制动力进行修正,而弯道中转向过度则通过对外侧前轮施加制动力进行修正。

这也是为什么玩漂移要关闭ESP的原因。但不管怎样,对于前轮转向车辆,在急转弯时,车辆都会出现不同程度的侧倾。

此外在低速有限空间进行转弯时,转弯的角度也会非常受限。若后轮能在转弯时也能偏转一定角度可抵消这样的侧偏,保证了高速转弯时车辆的稳定性,避免侧滑、推头等现象的产生。

同时在一些空间狭小,运动环境较差的环境中,使用四轮驱动四轮转向可以提高机动性、转向的响应速度。

02

四轮转向系统

奥迪的动态四轮转向系统构成如下,这套系统由electronic suspension platform (ESP)进行控制:

所谓的动态指转向比(方向盘转动角度与车轮相应转动的角度之比)与驾驶状况进行最佳匹配,可在9．5到17的范围内调整,其主要有两种工作模式:

低速转向模式:

例如奥迪,两个后轮在低速转弯时会朝与前轮相反的方向转动。当后轮沿转向方向逆时针旋转时,它可以加快转向速度,并将整个转向半径减少约一米。这被称为“反相”转向,因为后轮沿与前轮相反的方向旋转,可提供较小的转弯半径和在狭小空间内更好的灵活性。

高速转向模式:

在较高的速度下(通常超过30～40 mph),后轮的旋转方向与前轮相同。这被称为“同相转向”,因为所有四个车轮同时朝相同方向转动。在高速情况下进行全轮转向的优点是,车辆将更稳定(例如在改变车道时),而在通过高速弯道时则更不会倾斜。当车辆高速转弯且所有四个车轮都在转弯时,两个轴都与前轴相反,而分担了施加到车辆上的力。

本田讴歌的全轮转向 P-AWS系统,还有一种模式就是:高速行驶状态的刹车情况,此时两侧的后轮则向内旋转,使前束增加,能增强车辆的高速行驶制动时车身的稳定性。

03

总结

总体来说,四轮驱动系统具有如下几点优势:

较小的转弯半径:车辆在停车掉头时可以转的更灵活。

更高的稳定性:四轮转向使车辆更易于控制,因此可以在更高的速度下进行更多的控制。

更好的转向响应:具有四轮转向的车辆在驾驶员转动车轮时会感觉更加灵敏。

更快的换道:当四个车轮都向同一方向旋转时,车辆将更快地换道。

安全性更高:稳定的汽车更安全。四轮转向可以减少车辆的侧倾,这可能意味着失去控制是否进入弯道与发生事故之间的区别。

但有利就有弊,任何东西都有其两面性,该系统主要有两个弊端:

成本和价格高:尽管四轮转向系统既安全又好用,但目前主要用于一些高端车型,与传统的转向系统相比,它们需要更多的组件和匹配工作,因此要付出相应的成本。维护困难 :由于四轮转向系统具有更复杂的机械和电气组件,因此,如果其中一个发生故障,则可能会损害整个转向系统。由于四轮转向系统较为复杂,因此维修时间也较长,同时用户还要考虑这部分的费用支出。

参考文献:

1、VW、Audi技术材料