汽车底盘故障综合检修的项目18 汽车四轮转向技术简介.ppt

出版社 理工分社 汽车底盘故障综合检修 * 项目18 汽车四轮转向技术简介 18.1 概述 四轮转向（4WS—4 Wheel Steering）汽车是指四个车轮都是转向车轮的汽车，或4个车轮都能起转向作用的汽车。它是在传统两轮转向系统的基础上，增设了一个安装在后悬架上的后轮转向机构，能够使驾驶员操纵转向盘时转动汽车的前后四个车轮，不仅提高了高速时的稳定性和可控性，而且提高了低速时的机动性。 汽车的四轮转向系统在20世纪80年代中期开始发展，二十世纪八、九十年代的本田、马自达及通用概念车都曾经应用了四轮转向技术。此外，最近几年的丰田概念车、日产以及雷诺等车型都用到了四轮转向技术。目前该技术被很多公司所采用，其中大多应用在了高级轿车、大型车辆上，也有一些SUV以及跑车具有四轮转向的功能。 18.2 4WS车辆的转向特性 采用四轮转向系统的车辆，在低速行驶时为逆相转向（前、后轮旋转方向相反），使转弯时具有较小的转弯半径，灵活性良好；中高速时为同相转向（前、后轮旋转方向相同），以提高在高速时抗侧风能力及车道变换或车辆转弯时的操纵稳定性。 （1）逆相位转向 如图18-1所示，在低速行驶或者方向盘转角较大时，前、后轮实现逆相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反，且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大（后轮最大转向角一般为5°左右）。这种转向方式可改善汽车低速时的操纵轻便性，减小汽车的转弯半径，提高汽车的机动灵活性。便于汽车掉头转弯、避障行驶、进出车库和停车场。 （2）同相位转向 如图18-3所示，在中、高速行驶或方向盘转角较小时，前、后轮实现同相位转向，即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同（后轮最大转角一般为1°左右）。使汽车车身的横摆角速度大大减小，可减小汽车车身发生动态侧偏的倾向，保证汽车在高速超车、进出高速公路、高架引桥及立交桥时，处于不足转向状态。 * * 18.3 4WS车辆的结构和控制原理 18.3.1 转向角比例控制的四轮转向系统 1. 系统的结构与工作原理 转向角比例控制的四轮转向系统是指后轮转角与前轮转角成比例，在低速区前、后轮逆相，而中高速区同相的转向操纵控制，使车体的前进方向与车体朝向一致，得到稳定的转向性能。 该转向系统主要由车速传感器、转角比传感器、转向控制单元、4WS转换器、转向枢轴、前后转向齿轮箱等组成。 前后轮的转向机构机械连接，转向盘的转动传到前轮转向齿轮箱（齿轮齿条式），齿条带动前转向横拉杆左右运动，以控制前轮转向。同时，输出小齿轮旋转，通过连接轴传递到后轮转向齿轮箱，后轮的转角与转向盘的转角成比例变化，使其低速转向时，后轮与前轮反相转动，中高速行驶时，后轮与前轮同相转动。 * * 图18-3 转向角比例控制的四轮转向系统的结构示意图 如图18-4a所示为转向枢轴的结构，转向枢轴位于后转向齿轮箱内，是一个大的轴承，其外圈与扇形齿轮成为一体，围绕枢轴可左右旋转；内圈与连杆突出的偏心轴相连，连杆通过4WS转换器的电动机以连杆旋转中心做正反旋转。偏心轴在转向枢轴机构内可上下回转约55°。 通过连接轴的输入使输入小齿轮向左或向右旋转时，带动扇形齿轮转动，再由转向枢轴通过偏心轴使连杆向左右方向移动，连杆带动后转向横拉杆和后转向节臂实现后轮的转向。如图18-4b所示为枢轴与偏心轴的运动，形成后轮的同相位和逆相位的转向原理图。 偏心轴的前端与枢轴左右旋转中心重合时，即使转向枢轴左右转动，连杆也完全不动，后轮就在中立状态；随着偏心轴前端位置与枢轴的旋转中心上下方向的偏离，枢轴左右转动时连杆的移动量就会变大，偏心轴与后轮转向之间的动态关系是：偏心轴前端位置在转向枢轴的上侧时为逆相位，而下侧时为同相位，如图18-4c所示。 * * (a) 转向枢轴的结构示意图 (b)偏心轴和枢轴的运动 (c) 枢轴的旋转角与连杆移动量之间的关系 图18-4 转向枢轴的结构和工作原理示意图 2. 控制原理 如图18-5所示为该系统ECU控制流程图。通过转向角传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制： （1）转向角比例控制 车速主要由车速表的传感器提供（SP1），用ABS车速传感器中的前轮的一个传感器输入信号作为辅助信号（SP2）。转向角比传感器是检测后转向齿轮箱内的连杆的旋转角度，其工作原理与电位计式节气门位置传感器类似，根据与旋转角度的变化，传感器内的滑动电阻值发生变化，进而使得电路中的电压发生变化，将不同的电压信号输入到ECU即可得出对应的角度。 （2）前轮转向选择功能 前轮转向开关为ON且变速器为倒挡状态时，因车速较低，故将后轮的转向操纵量设定为零。对前轮转向车倒