蘇夢(mèng)飛

摘 要 隨著我國(guó)汽車保有量越來越多，而市區(qū)道路擴(kuò)建滯后，使得車輛在狹窄道路上轉(zhuǎn)彎掉頭十分困難，給人們帶來的出行帶來很大的不便。而且在濕滑路面上，地面附著系數(shù)的降低會(huì)使車輛失控從而引發(fā)交通事故。而四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展可以很好地解決上述問題，所以研究四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)顯得尤為重要。本文主要介紹了四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)類型、工作原理以及所面臨的問題和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 四輪驅(qū)動(dòng) 汽車運(yùn)用 控制系統(tǒng) 操縱穩(wěn)定性

一、引言

四輪轉(zhuǎn)向是指汽車在轉(zhuǎn)向的過程中，4個(gè)車輪可依據(jù)前輪或行車速度等信號(hào)同時(shí)相對(duì)車身發(fā)生偏轉(zhuǎn)。四輪轉(zhuǎn)向的目的在于當(dāng)車輛低速行駛時(shí)依靠逆向轉(zhuǎn)向（前輪與后輪的轉(zhuǎn)角方向相反）改善汽車的操作性，獲得相對(duì)較小的轉(zhuǎn)向半徑。在中高速行駛時(shí)依靠同向轉(zhuǎn)向（前輪與后輪的轉(zhuǎn)角方向相同），從而提高汽車的操縱穩(wěn)定性。最近幾年各國(guó)的汽車公司對(duì)四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)有了更深的發(fā)展，從最初的以減小轉(zhuǎn)彎半徑為目的到現(xiàn)在以高速穩(wěn)定性為目的，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。

二、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型及原理

汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)有兩種運(yùn)動(dòng)，即重心的平移和繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合使汽車完成轉(zhuǎn)向的過程。對(duì)于2WS系統(tǒng)來說，當(dāng)汽車具有確定的車速和一定的方向盤轉(zhuǎn)角時(shí)，前輪轉(zhuǎn)向（FWS）汽車的行駛方向是單一的。且后輪轉(zhuǎn)向是由依靠離心力的側(cè)偏作用，故后輪方向的改變具有一定的遲滯性，從而導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向的靈敏度變差、汽車轉(zhuǎn)向半徑增大等現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)于4WS系統(tǒng)，其行駛狀態(tài)則因后輪與前輪之間的角度差異而變得更加靈活，產(chǎn)生不同的行駛狀態(tài)，從而達(dá)到汽車機(jī)動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性等使用性能需求。

（一）機(jī)械式

機(jī)械式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向器分別安裝在前后輪上，兩轉(zhuǎn)向器之間通過一機(jī)械裝置相連接。轉(zhuǎn)動(dòng)汽車方向盤時(shí)，齒輪—齒條式轉(zhuǎn)向器的齒條帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向器中的小齒輪，齒條的左右運(yùn)動(dòng)變換成為小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)中間傳動(dòng)裝置使后輪轉(zhuǎn)向齒輪產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度小時(shí)，后輪與前輪同向偏轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)量大時(shí)，后輪與前輪反向偏轉(zhuǎn)。

（二）液壓式

液壓式4WS系統(tǒng)由儲(chǔ)油罐、油泵、控制閥等組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，前輪油泵把油液送入到前輪齒輪齒條機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)閥中，導(dǎo)入前轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸中，此時(shí)前輪動(dòng)力缸及控制閥側(cè)壓力腔壓力升高，推動(dòng)柱塞移動(dòng)，同時(shí)后輪轉(zhuǎn)向油泵輸出油液經(jīng)過控制閥的特定通道進(jìn)入后轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸，使其中的柱塞產(chǎn)生位移，通過活塞桿對(duì)后輪懸架的中間球鉸接頭產(chǎn)生作用力，從而使后輪產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速越高、操縱力越大、轉(zhuǎn)角越大，油液壓力就越高，柱塞的移動(dòng)量也越大。

（三）電控式

電控式4WS系統(tǒng)主要由ECU、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車速傳感器、和執(zhí)行機(jī)構(gòu)成，其主要依靠安裝在后懸架上的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，達(dá)到駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)汽車的前后四個(gè)車輪的目的。

4WS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角度傳感器安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)，其作用就是向ECU傳送轉(zhuǎn)向角度和方向的電壓信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)ECU根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)向角度信號(hào)的輸入信息進(jìn)行運(yùn)算，同時(shí)通過比較兩個(gè)處理器的計(jì)算結(jié)果給予相應(yīng)的反饋，若確定轉(zhuǎn)向指令在正確執(zhí)行，那么ECU將啟動(dòng)后軸轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，來控制后輪的轉(zhuǎn)向方向和角度大小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式，電動(dòng)機(jī)接收ECU的信號(hào)后，控制操作桿移動(dòng)，從而可以放大前輪的轉(zhuǎn)向方向和角度，驅(qū)動(dòng)后輪偏轉(zhuǎn)。

三、四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)在應(yīng)用方面面臨的挑戰(zhàn)

雖然主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向既可以提升操控性，又可以提升安全性，但是目前僅有幾款高端車型在應(yīng)用這種技術(shù)，其主要原因來自三個(gè)方面：成本、空間和可靠性。對(duì)于較低端的車型，通常更注重性價(jià)比，對(duì)于這種客戶感受不那么明顯的配置通常不會(huì)采納。還有對(duì)于小型車，在原本后排空間就很緊張的情況下，在后橋上增加一套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)顯然不夠現(xiàn)實(shí)。其次就是可靠性，由于不是純機(jī)械式控制，所以需要大量的電子元件，可靠性會(huì)降低。

四、四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)應(yīng)用的前景分析

關(guān)于四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用，有學(xué)者提出四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向-獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車（4WIS-4WIDEV）的智能車構(gòu)型，即利用4個(gè)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)和轉(zhuǎn)向均獨(dú)立可控的車輪，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向和直接橫擺的一種避障智能車輛。同時(shí)四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)還可應(yīng)用于牽引汽車中，目前機(jī)場(chǎng)牽引汽車已普遍采用這種技術(shù)，但是仍存在甩尾和轉(zhuǎn)向過度的問題，通過車載PLCA11中編程與四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的結(jié)合，可更好控制車輛行駛。另外，此項(xiàng)技術(shù)還有望在丘陵山地車、混凝土攪拌車等方面得到廣泛應(yīng)用。

從20世紀(jì)80年代末期到今天，日本制造商一直有采用四輪轉(zhuǎn)向的傳統(tǒng)。但電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和橫向偏百控制系統(tǒng)的發(fā)展限制了四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這兩種裝置都能夠像四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一樣糾正轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度，而不會(huì)導(dǎo)致成本和重量增加。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，后輪首先逆向轉(zhuǎn)向，從而立刻導(dǎo)入后胎的滑動(dòng)響應(yīng)，這種響應(yīng)有助于轉(zhuǎn)彎的角度的調(diào)整。由于電腦監(jiān)控著整個(gè)過程，轉(zhuǎn)向過度量將一直得到抑制。所以現(xiàn)在除了一些大型卡車和賽車使用外，乘用車幾乎都沒有用，四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)極大地提升了大型車輛的操縱性、穩(wěn)定性、安全性及舒適性，是一項(xiàng)與防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS、牽引力控制系統(tǒng)TCS相媲美的具有劃時(shí)代意義的汽車技術(shù)革命，改變了大型車輛的未來，并可能成為大部分車輛最受歡迎的選裝件之一。

（作者單位為長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院）

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