四轮转向技术(Four wheel Steering)并非全新的概念。上世纪80年代的本田Prelude轿车、 马自达602轿车及GM BlazerXT-1概念车都曾经应用了四轮转向技术。对于这些原本灵巧的紧凑车型而言,四轮转向技术在改善转向性能方面收效甚微,并最终无功而返。所以,从提高车辆的操纵性能及减小转向半径的角度来说,紧凑型轿车并不是四轮转向技术的主要适用车型,SUV及MPV等大型车辆才是四轮转向系统最大的目标受益群体。
由GM公司与德尔福公司联合开发的Quadrasteer四轮转向系统不仅具有传统的前轮转向功能,而且该系统的后轴还具有转向功能。Quadrasteer通过安装在后轴壳体内的电控电机驱动执行器(类似转向齿条)来控制后轮的转向动作,其控制指令的生成源自传感器与复杂的电子控制单元ECU。与机械式连杆操纵方式不同,Quadrasteer系统的后轮转向应用了最新的汽车电子技术—线控技术(Steer by Wire)。
Quadrasteer系统简介
根据现时车速的不同,系统转向后轴具有三种转向动作:异相(Out of Phase/Negative Phase)、中立(Neutral)和同相(1n Phase/Positive Phase)。当车速低于64km/h时,Quadrasteer进行异相动作,即前轮与后轮的转向相反,异相角度最大可达12度。随着车速的不断提高,后轮转向角度逐渐减少。当车速达到64km/h时,后轮转向角度为0,即系统达到了后轮转向的拐点(Crossover Point)。当车速超过64km/h时,Quadrasteer进行同相动作,即与前轮的转向相同。
通常,Quadrasteer具有如下三种驾驶模式可供选择:
1.2WS模式,即传统的前轮转向。
2.4WS模式,即便Quadrasteer处于4WS时,系统仍能够根据车辆的行驶及转向状况在4WS及2WS之间进行切换。
3.4WS挂车模式。Quadrasteer处于4WS挂车时,后轴具体的转向角度取决于车速:车速降低,转向角度减少;车速提高,转向角度增加。在实际操纵过程中,驾驶者根据实际需要通过仪表板上的按钮来选择/设定具体的驾驶模式。
三种转向示意图(Quadrasteer控制单元ECU根据转向角度传感器及车速传感器输入的检测信号,实时地通过复杂的运算程序决定满足现时路况所需的四轮转向控制指令,既异相、中立或同相)
Quadrasteer系统的优点
德尔福Quadrasteer四轮转向技术极大地提高了SUV、MPV、大型皮卡和卡车的操纵性及舒适性。简单地说,Quadrasteer系有如下优点:
1.缩小车辆低速转向时的转弯半径。在低速转向时,车辆因前后轮的反向转向能够缩小转弯半径达20%。四轮转向技术使大型车辆具有如同小型车班的操纵及泊车敏捷性。
2.明显改善车辆高速行驶的稳定性。当在高速行驶中转向时,四轮转向系统通过后轮与前轮的同相转向,有效降低/消除车辆侧滑事故的发生几率,明显改善车辆高速行驶的稳定性及安全性,进而缓解驾驶者在各种路况下(尤其是在风雨天)高速驾车的疲劳程度。
3.提高了车辆的挂车能力。通过转向后轴对挂车的转向牵引,四轮转向系统极大地提高了车辆挂车行驶的操纵性、稳定性及安全性。
不同车型转向半径的比较(Quadrasteer技术极大地缩小了大型车辆的转向半径,使得这些车辆具有紧凑性轿车般的转向操纵性)
Quadrasteer系统的优点一览
优 四轮转向功能
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极大地缩小了转弯半径
提高了车辆的稳定性
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可集成于主动安全底盘系统
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一旦系统出现故障,车辆立即退入传统的 2 操作性
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驾驶者能够根据不同路况对后轮转向进行调整
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不影响前排座椅的腿部空间
<span style="" font-size:="" 9pt;="" font-family:="" 宋体;="" mso-ascii-font-family:="" 'times="" new="" roman';="" mso-hansi-font-family:="" roman'""="">不降低车辆的离地间隙
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四轮转向的工作原理
Quadrasteer系统主要由四大部件组成,即转向角度传感器、可转向后轴、电控电机驱动执行器及控制单元ECU。
当按动按钮选定四轮转向(4WS或4WS挂车)模式时,Quadrasteer系统处于激活状态。Quadrasteer系统配备了两个传感器,其中一个传感器安装在转向柱上,用以检测转向盘的转向角度;同时另一个传感器安装在变速器上,用于提供车速信号。来自这两个传感器的信号都能及时传递至ECU。事实上,ECU是一个包含两个具有10MHz运行速度及128K内存的微处理器的集成单体。每只微处理器根据转向及车速传感器的输入信息进行独立运算,并同时启动系统自检功能以确定系统自身功能是否正常。然后,ECU通过比较两个微处理器的计算数据来确定转向令是否正在正确执行。如果一切正常,那么ECU将启动后轴转向驱动电机。在此过程中,微处处器以0.004s/次的频率持续不断地反复进行转向角度的计算和转向系故障自检。一旦四轮转向系出现异常或传感器出现错误时,后轴转向执行电机立即自动驱动后轴回正,同时,系统由4WS切换进入2WS(传统的2前轮转向)的安全转向模式。即便在转向过程中ECU出现灾难性故障,后轴转向齿条机构内部的回位弹簧也能够使后轴慢慢回复中立位置,并同时使后轮转向电机关闭以阻塞后轮的转向动作。
Quadrasteer的挂车模式
当车辆挂车行驶时,Quadrasteer技术极大地提升了车辆的转向稳定性。与前轮转向牵引车相比,四轮转向牵引车能有效避免或消除牵引车与挂车在转向时存在的前后振动/抖动或推拉现象,车辆的转向操作平流畅。同时,4WS挂车模式也不同于标隹的4WS模式,它们之间的主要区别如下:首先,当处于挂车模式时,Quadrasteer将限制最小转向角度,从而有效避免存在翻滚危险的过度转向。其次,后轮转向拐点从64km/h降低为40km/h。最后,当车辆以高于转向拐点的车速进行转向操纵时,系统提供额外的同相后轮转向以避免牵引车侧滑,即降低了牵引车与挂车之间铰接的转动角度。此时牵引车与挂车形同一体,由牵引车的转向后轴对挂车进行有效的转向牵引。与优良的低速转向操纵性相比,Quadrasteer的高速转向性能则更令人惊叹不己。即使在进行高速急转弯操作时,挂车仍能够沿着牵引车的转向轨迹圆滑转向,并且牵引车与挂车均无急骤抖动现象。
发展前景
四轮转向技术极大地提升了大型车辆的操纵性、稳定性、安全性及舒适性,是一项与防抱制动系统ABS、牵引力控制系统TCS相媲美的具有划时代意义的汽车技术革命,改变了大型车辆的未来,并可望于未来的5年内成为大型车辆最受欢迎的选装件之一。