文：張志軍

目前奧迪車系中（奧迪A4L、A5、A6L、A7及A8L等）普遍裝配了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠根據(jù)車速改變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，解決了恒定轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比的折中問題。無論是在駐車狀態(tài)、在多彎的鄉(xiāng)間公路，還是在高速公路上高速行車，系統(tǒng)都能提供最合適的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比。此外，系統(tǒng)因其具有動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向能力，還可以對(duì)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESP）提供支持。所以，這種智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能增加行駛和轉(zhuǎn)向舒適性，還能明顯提高行車安全性。

在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，方向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)是以機(jī)械型式直接相連的，因此轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角與車輪的轉(zhuǎn)角之間就存在一個(gè)固定的關(guān)系，通過轉(zhuǎn)向機(jī)齒條和主動(dòng)齒輪相嚙合，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的傳動(dòng)比特性曲線。但是一輛車只有一種轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比特性曲線，在設(shè)計(jì)時(shí)，為了使得不同的甚至是相互矛盾的需求得到滿足，這個(gè)固定的傳動(dòng)比特性曲線實(shí)際上是一種折中方案。

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則可以滿足車輛在低速和高速甚至處于臨界狀態(tài)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向比的要求，即通過附加的一套電動(dòng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)的主動(dòng)齒輪，使之與駕駛員的轉(zhuǎn)向動(dòng)力并存，進(jìn)而調(diào)整最終輸出到轉(zhuǎn)向機(jī)主動(dòng)齒輪上轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。當(dāng)該系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然可以當(dāng)做普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來使用。

當(dāng)車輛處于危險(xiǎn)的臨界行駛狀態(tài)時(shí)，由于在主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干預(yù)下，前輪回轉(zhuǎn)的大小可以有針對(duì)性地改變，所以主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)行駛的臨界范圍支持ESP的工作。由此可以產(chǎn)生以下2個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）由于制動(dòng)和轉(zhuǎn)向都介入，車輛的穩(wěn)定性得到提高。也就是說，車輛的主動(dòng)安全性能得到了提高，尤其是在高速時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更明顯。

（2）在少數(shù)極限行駛工況下，可以部分或者完全放棄制動(dòng)的介入，這樣可使車輛穩(wěn)定過程更舒適。與一般車輛相比，減少制動(dòng)的介入可以使車輛能更快地達(dá)到相同的穩(wěn)定狀態(tài)。

一、主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要功能和附加功能

1.主要功能

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元會(huì)一直根據(jù)車速和駕駛者所實(shí)施的轉(zhuǎn)角，計(jì)算出轉(zhuǎn)向角應(yīng)該增大還是減小。之后控制單元會(huì)操控電機(jī)，驅(qū)動(dòng)并行轉(zhuǎn)向機(jī)來工作。車輪總轉(zhuǎn)向角是這個(gè)并行轉(zhuǎn)角與駕駛者在轉(zhuǎn)向盤上施加的轉(zhuǎn)角之和。并行轉(zhuǎn)角可以通過駕駛者施加的轉(zhuǎn)角而增大或減小，并且可以在駕駛者未操縱方向盤時(shí)就能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角。

2.附加功能

ESP控制單元通過穩(wěn)定功能計(jì)算出動(dòng)態(tài)行駛時(shí)所期望的轉(zhuǎn)向角校正值。這些校正值通過CAN總線被傳送給主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元，該控制單元將相應(yīng)的校正值加到計(jì)算出的并行轉(zhuǎn)角中。于是作用到車輪上的轉(zhuǎn)角就是經(jīng)過校正后的轉(zhuǎn)向角。

（1）過度轉(zhuǎn)向

當(dāng)車輛過度轉(zhuǎn)向時(shí)，車尾容易甩動(dòng)（尤其是車速很高時(shí)），這種情況下，大多數(shù)駕駛者都是反轉(zhuǎn)向過遲或者根本就沒有實(shí)施反轉(zhuǎn)向，這會(huì)導(dǎo)致ESP系統(tǒng)強(qiáng)力介入。如果車輛裝備了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，反轉(zhuǎn)向就可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而降低駕駛者的疲勞，減少ESP的介入，提高行車速度。

（2）轉(zhuǎn)向不足

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向不足時(shí)，車輛會(huì)駛向道路的外側(cè)。此時(shí)盡管駕駛者增大方向盤轉(zhuǎn)角，但由于側(cè)滑附著力減小，輪胎和路面之間的靜摩擦變成滑動(dòng)摩擦，從而造成轉(zhuǎn)向失控，進(jìn)而車輛滑出路面。這種情況下，ESP也常常起不到作用。而裝備主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛在沒有達(dá)到這種危險(xiǎn)程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自行實(shí)施一個(gè)“反轉(zhuǎn)向”，車輪實(shí)際的轉(zhuǎn)角小于駕駛員在方向盤上操作所要實(shí)現(xiàn)的角度，于是側(cè)向附著力就能保持，車輛會(huì)按照最小轉(zhuǎn)彎半徑行駛。如果這還不夠的話，ESP會(huì)介入，一個(gè)反向力矩作用在車輛上，使車輛達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）在不同摩擦系統(tǒng)路面上制動(dòng)

車輛在制動(dòng)過程中，如果路面的摩擦系統(tǒng)不均勻，車輛會(huì)向制動(dòng)力大（摩擦系數(shù)大）的一側(cè)偏滑。駕駛者一般會(huì)調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)角，來補(bǔ)償這個(gè)側(cè)滑。對(duì)于裝備有動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛來說，ESP和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角是自動(dòng)調(diào)整的。駕駛者并未感覺到方向盤保持在他所期望的行駛方向上。

二、主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1. 系統(tǒng)執(zhí)行元件（機(jī)械結(jié)構(gòu)）

轉(zhuǎn)向軸上部裝有一根空心軸，這個(gè)空心軸獨(dú)立地在執(zhí)行元件殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖1）。這個(gè)空心軸由一個(gè)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，為此電機(jī)的轉(zhuǎn)子在一側(cè)與空心軸連接在一起。空心軸的另一側(cè)與滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈連接在一起，這個(gè)內(nèi)圈并不是個(gè)精確的圓形，它給滾珠提供的是一個(gè)偏心的（橢圓）軌道（圖2）。軸承外圈是彈性鋼圈，軸承內(nèi)圈的偏心形狀可以傳遞到外圈上。杯形件通過較松的過盈配合裝在軸承外圈上。杯形件的彈性壁也會(huì)跟隨軸承的偏心形狀進(jìn)行變形。

圖1 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 滾動(dòng)軸承內(nèi)齒圈

由于具有偏心，所以杯形件的外齒并不是在整個(gè)圓周上都與齒圈的傳統(tǒng)（圓的）內(nèi)齒相嚙合。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，空心軸被驅(qū)動(dòng)，軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，于是偏心形狀也就隨之而轉(zhuǎn)動(dòng)。由于杯形件的齒數(shù)與齒圈齒數(shù)分別是100和102，那么在嚙合時(shí)，杯形件的一個(gè)齒就無法精確地與齒圈上的齒槽嚙合。杯形件的齒在側(cè)面是呈錯(cuò)開狀壓在齒圈的齒側(cè)上的，齒側(cè)上的這個(gè)作用力會(huì)導(dǎo)致齒圈產(chǎn)生一個(gè)極小的轉(zhuǎn)動(dòng)。齒圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，那么與之相連的轉(zhuǎn)向主動(dòng)齒輪也在轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪之間約為50：1的減速比。

2.系統(tǒng)控制元件

（1）電機(jī)

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在其穩(wěn)定作用介入時(shí)，要求根據(jù)工況的變化做出快速的反應(yīng)。所以系統(tǒng)采用了一個(gè)三相交流永久激勵(lì)型的同步電機(jī)。轉(zhuǎn)子與空心軸固定在一起，由8個(gè)磁極可變的永久磁鐵組成。定子由6個(gè)線圈構(gòu)成，線圈布置在轉(zhuǎn)向柱執(zhí)行元件殼體內(nèi)，由控制單元進(jìn)行觸發(fā)控制。

（2）主動(dòng)轉(zhuǎn)向鎖

為了能在系統(tǒng)失靈時(shí)保證系統(tǒng)回到原來的狀態(tài)，可以通過機(jī)械方式將主動(dòng)轉(zhuǎn)向鎖鎖止。在正常工作狀態(tài)下，只要發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)關(guān)閉，控制單元就停止給主動(dòng)轉(zhuǎn)向鎖的線圈供電，在彈簧力的作用下，將主銷推入卡槽，主動(dòng)轉(zhuǎn)向鎖鎖止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制單元給主動(dòng)轉(zhuǎn)向鎖的線圈供電，就會(huì)將主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開鎖，可以聽到開鎖時(shí)的“咔噠”聲。

（3）電機(jī)位置傳感器

用于感知空心軸的位置和軸承的偏心?？招妮S上有8個(gè)磁圈，其磁場(chǎng)由帶有3個(gè)霍爾元件的傳感器感知.所以空心軸每轉(zhuǎn)動(dòng)15o，就產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線送給控制單元。

（4）基準(zhǔn)傳感器

方向盤每轉(zhuǎn)1圈或者執(zhí)行元件輸出軸每轉(zhuǎn)1圈，基準(zhǔn)傳感器就輸出1個(gè)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)用于評(píng)定轉(zhuǎn)向器的中間位置以及完成故障維修后的初始化。輸出齒圈上的一個(gè)缺口由霍爾傳感器測(cè)出，并將該方波信號(hào)發(fā)給控制單元。

（5）ESP傳感器

用于測(cè)定車輛各方向的加速度信號(hào)。裝備主動(dòng)轉(zhuǎn)向的車輛上需要2個(gè)這樣的傳感器，以用于安全校驗(yàn)。ESP控制單元和主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元需要這些信號(hào)控制車輛。

（6）轉(zhuǎn)向角傳感器

控制單元需要轉(zhuǎn)向角信號(hào)計(jì)算所需要的并行轉(zhuǎn)向角，以便實(shí)現(xiàn)可變轉(zhuǎn)向比。而計(jì)算所需要的并行轉(zhuǎn)向角以便使車輛穩(wěn)定，也要用到轉(zhuǎn)向角信號(hào)。

主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在正常工作時(shí)，需要與CAN總線上其他控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具體交換的數(shù)據(jù)如下。

網(wǎng)關(guān)：時(shí)間、日期和里程。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元：系統(tǒng)狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。

車身電子1：駕駛者選擇的駕駛模式及系統(tǒng)工作狀態(tài)。

車身電子2：車輛底盤號(hào)。

制動(dòng)系統(tǒng)控制單元：行駛方向、車速、輪速和轉(zhuǎn)向角需求。

轉(zhuǎn)向角傳感器：轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)速。

ESP傳感器：系統(tǒng)狀態(tài)、橫向加速度和偏擺率。

儀表：系統(tǒng)警報(bào)燈控制和系統(tǒng)文字警報(bào)。

三、系統(tǒng)初始化

根據(jù)法規(guī)要求，盡管采用了電動(dòng)機(jī)械式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，但是方向盤和轉(zhuǎn)向機(jī)主動(dòng)齒輪之間仍然有機(jī)械連接部分。在關(guān)閉主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)后，也可以通過方向盤來轉(zhuǎn)動(dòng)車輪（例如將車舉升進(jìn)行修理時(shí)）。在下次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，前輪轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的就不是可變特性曲線規(guī)定的轉(zhuǎn)角了。初始化的任務(wù)，就是查明與規(guī)定值的偏差，并實(shí)現(xiàn)所要求的轉(zhuǎn)角疊加，以便再次形成前輪的正確轉(zhuǎn)角。

初始化是通過采用電機(jī)位置傳感器信號(hào)和轉(zhuǎn)向角傳感器信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)向角傳感器將當(dāng)前方向盤位置信息告知控制單元，而電機(jī)位置傳感器傳送的是空心軸位置信息和軸承的偏心狀態(tài)。控制單元計(jì)算出電機(jī)位置規(guī)定值和實(shí)際值之間的差值，然后操縱電機(jī)來進(jìn)行必要的修正。

如果出現(xiàn)嚴(yán)重故障，那么主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元將無法在關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)時(shí)可靠地存儲(chǔ)電機(jī)位置傳感器信號(hào)，這時(shí)會(huì)使用一種專門的初始化規(guī)程。這時(shí)初始化過程使用的是基準(zhǔn)傳感器信號(hào)，該傳感器發(fā)出的是轉(zhuǎn)向器處于中間位置的信號(hào)。使用基準(zhǔn)傳感器脈沖和轉(zhuǎn)向角傳感器位置信號(hào)，電機(jī)就可以重新初始化。隨后，“正常的”初始化規(guī)程會(huì)與可能斜置的方向盤進(jìn)行同步。

四、系統(tǒng)基本設(shè)定

通過基本設(shè)定，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元就會(huì)獲知轉(zhuǎn)向角傳感器的測(cè)量值（方向盤位置）、電機(jī)位置傳感器信號(hào)（偏心位置）以及基準(zhǔn)傳感器信號(hào)（轉(zhuǎn)向器主動(dòng)齒輪的位置）。這個(gè)基本設(shè)定過程是初始化的先決條件，也是在平坦路面上直線行駛時(shí)，方向盤能保持在水平狀態(tài)（不傾斜）的前提條件。下述情況下，應(yīng)對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行基本設(shè)定。

①更換新的或替換另一個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元。

②更換新的或替換另一個(gè)轉(zhuǎn)向柱，因?yàn)榛鶞?zhǔn)傳感器和電機(jī)位置傳感器安裝在轉(zhuǎn)向柱上。

③更換新的或替換另一個(gè)轉(zhuǎn)向角傳感器，或者對(duì)轉(zhuǎn)向角傳感器進(jìn)行了校準(zhǔn)。

④修改了車輪定位值，因?yàn)榍笆底兓?，?yīng)重新校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向角傳感器。

在做基本設(shè)定時(shí)，應(yīng)使用故障診斷儀，在“引導(dǎo)性功能”中選擇主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元，進(jìn)入“基本設(shè)定”功能。開始基本設(shè)定前，首先需要對(duì)轉(zhuǎn)向角傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)需要用到專用工具VAS 6458——方向盤水平儀。這個(gè)校準(zhǔn)就是要通知主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元，轉(zhuǎn)向輪在直線行駛位置轉(zhuǎn)向角是多少。

接下來，控制單元將檢查編碼，編碼正確，診斷儀會(huì)提示通過四輪定位儀將前輪設(shè)置到左右輪前束值相等的位置。這時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元就能確定當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角以及電機(jī)位置信息。

將方向盤轉(zhuǎn)到中間位置，以確定基準(zhǔn)傳感器相對(duì)于轉(zhuǎn)向角的關(guān)系。此時(shí)，前束位置時(shí)與方向盤在正中位置時(shí)的轉(zhuǎn)角差就確定了。如果需要，方向盤偏斜狀態(tài)會(huì)由控制單元控制電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)校正。這樣就可以保證車輛直線行駛時(shí)，方向盤在正中位置了。

五、維修中遇到的問題

日常維修中，維修人員會(huì)接到客戶投訴，說車輛在直線行駛時(shí)，方向盤歪斜；或者在更換完轉(zhuǎn)向器后，方向盤不正。按照常規(guī)的故障診斷思路，維修人員首先會(huì)檢查車輪的定位，在調(diào)整完定位參數(shù)后試車，如果發(fā)現(xiàn)方向盤不正，就調(diào)整方向盤。實(shí)際上這種方法是錯(cuò)誤的。正確的做法應(yīng)該是先檢查四輪定位，利用診斷儀校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向角，然后進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本設(shè)制。

另外一種情況是，維修人員知道車輛直線行駛時(shí)方向盤不正與主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有關(guān)，但是在進(jìn)行基本設(shè)定時(shí)，不使用方向盤對(duì)中儀和四輪定位儀，憑感覺來擺正方向盤和前輪。這樣即使做完基本設(shè)定后，方向盤還是不正。

該車起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，在沒有任何接觸的情況下，方向盤會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這是正?，F(xiàn)象。這是因?yàn)橹鲃?dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在收到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的信號(hào)后會(huì)自檢，并進(jìn)行初始化。發(fā)生這種情況的可能原因是，在車輛沒有打開點(diǎn)火開關(guān)的情況下，方向盤發(fā)生過移動(dòng)。系統(tǒng)在自檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)偏差角度超過8o，電機(jī)會(huì)自行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將方向盤轉(zhuǎn)角與電機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)正。因此車主有時(shí)會(huì)察覺到方向盤輕微轉(zhuǎn)動(dòng)。如果偏差角度小于8o，系統(tǒng)的初始化將在行車過程中進(jìn)行，此時(shí)車主就感覺不到了。