Audi dynamic steering-奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案

./1.1奧迪動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)概述奧迪公司推出了動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),使用這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就解決了恒定轉(zhuǎn)向傳動比的折中問題。根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角就可實現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)向傳動比。無論是在駐車、在多彎道的鄉(xiāng)間公路行車還是在高速公路上高速行車,動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都能提供最合適的轉(zhuǎn)向傳動比。另外,動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因其具有行駛動態(tài)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向能力,所以還可以對EPS提供支持。因此,這種新型智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅能增加行駛和轉(zhuǎn)向舒適性,還能明顯提高主動的行車安全性。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上,轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向機之間是以機械方式直接相連的。因此轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角之間就存在著一個固定關(guān)系。通過轉(zhuǎn)向機齒條和主動齒輪之間齒部的配合,就可以實現(xiàn)不同的傳動比特性曲線了。但是,一輛車上只能有一種傳動比。在選擇合適的傳動比時,為了能使得不同的有時甚至是矛盾的要求盡可能地得到滿足,那么所選擇的傳動比實際就是個折中方案。在圖1中,黃色線所示的就是無動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的奧迪A4所用的傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比特性曲線。這些基本要求只有通過可變的傳動比特性曲線才能完美地得到滿足。這樣的特性曲線能夠根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向角來改變轉(zhuǎn)向車輪的實際轉(zhuǎn)動大小。奧迪A4車上的動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般可以實現(xiàn)兩條可變的特性曲線<分別為舒適型和運動型,如圖1所示中的紅色特性曲線>。轉(zhuǎn)向傳動比和相應(yīng)車速的關(guān)系可以很清楚地看出來。圖1傳動比特性曲線可變特性曲線是通過另加的一套電動機械式驅(qū)動裝置來驅(qū)動轉(zhuǎn)向機主動齒輪而實現(xiàn)的,這套驅(qū)動裝置與駕駛員的轉(zhuǎn)向動力是并行存在的。在緊急情況下,比如這套驅(qū)動裝置失靈了,那么轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍可當成普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來使用,其組成如圖2所示。圖2動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點就更多了。與ESP與其傳感器一同協(xié)作,該系統(tǒng)在危險的臨界行駛狀態(tài)時也會發(fā)揮作用。由于前輪回轉(zhuǎn)大小可以有針對性地改變,所以動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在動態(tài)行駛的臨界X圍可以支持ESP的工作。因此就產(chǎn)生了兩個主要優(yōu)點：第一,由于制動和轉(zhuǎn)向同時介入,車輛的整體穩(wěn)定性能得到了提高,也就是主動安全性明顯提高了。尤其是在車速很高時<>100km/h>,這個優(yōu)點的作用更明顯,因為在這種情況下,動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能充分展現(xiàn)出其快速反應(yīng)的優(yōu)點。第二,在少數(shù)極限行駛狀況下,可以部分或完全放棄制動的介入,這可使車輛穩(wěn)定過程更和諧、更舒適。與只通過制動介入來穩(wěn)定的車輛相比,在低摩擦路面<比如雪地>上行駛時,使用動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車通過減少制動介入,能更快地達到相同的穩(wěn)定狀態(tài)。在車輛過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向時,以與車輛在不同摩擦系數(shù)路面上制動時,ESP都可以獲得動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幫助。1.過度轉(zhuǎn)向的車輛在車輛過度轉(zhuǎn)向時,ESP與動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一同來穩(wěn)定車輛。這個穩(wěn)定過程是通過一個有針對性的反轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)的,這可避免車尾的"甩動"。車輛容易進入過度轉(zhuǎn)向的一個典型情形是：車輛快速變換車道。在轉(zhuǎn)回新車道時,車尾容易甩動<尤其是在車速很高時>。大多數(shù)情況下,駕駛員都是實施反轉(zhuǎn)向過遲或者根本就沒有實施這個反轉(zhuǎn)向。這就導(dǎo)致ESP制動的強力介入。使用了動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的話,這個反轉(zhuǎn)向就可自動實現(xiàn)了,且駕駛員并沒有注意到這個過程。因此就可明顯減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向疲勞。駕駛員只需在一般的穩(wěn)定行駛狀態(tài)來增加所需的轉(zhuǎn)向角即可。ESP的制動介入也同樣明顯減少了。因此在變道時,不但提高了車輛穩(wěn)定性,還提高了車輛的穿行速度。2.不足轉(zhuǎn)向的車輛在轉(zhuǎn)向不足時,轉(zhuǎn)動的前輪會迫使車輛駛向道路的外緣。這種行駛狀態(tài)的特點是：盡管增大了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角,但側(cè)滑阻力卻降低了,由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎半徑增大,在這種情況下,大多數(shù)駕駛員都是采用增大轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的方式來應(yīng)對。因此可用的側(cè)向滑動阻力就更小了。輪胎和路面之間的靜摩擦變成了滑動摩擦,轉(zhuǎn)向失控,車輛滑離道路。在這種情況下,ESP也經(jīng)常起不到幫助的作用了。當車輛還沒有到達這個程度時,動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就開始起作用了。動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實施"反向控制"。車輪的實際回轉(zhuǎn)角度小于駕駛員在轉(zhuǎn)向盤上所要實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)角度。于是側(cè)向滑動阻力就保持住了,車輛按最小轉(zhuǎn)彎半徑行駛。如果這個還不夠的話,ESP會主要在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)車輪上實施制動。于是圍繞著汽車豎軸線就另外產(chǎn)生了一個起穩(wěn)定作用的反向力矩。于是車輛又被制動并轉(zhuǎn)向到駕駛員期望的彎道上了。3.不同摩擦系數(shù)<μ-split>路面上的制動所謂的μ-split表面是這樣的：車輛一側(cè)的路面摩擦系數(shù)很大<比如是干燥的瀝青路面>,車輛另一側(cè)的路面摩擦系數(shù)很小<比如有水或冰>。比如：路面上部分積雪或冰,或者潮濕的樹葉散落在干燥的路面上。在這種路面上進行車輛制動,車輛就會向制動力大的一側(cè)<摩擦系數(shù)大的一側(cè)>偏滑。要想繼續(xù)向前行駛,在沒有動態(tài)行駛系統(tǒng)的車上就由駕駛員來調(diào)整轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角,以便補償這個側(cè)滑。對于裝備有動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車來說,ESP和動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角是自動來調(diào)整的。駕駛員并未感覺到轉(zhuǎn)向盤保持在他所期望的行駛方向上。由于ESP和動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以比駕駛員更快而準確地調(diào)節(jié)所需要的轉(zhuǎn)角,那么在這種情況下,裝備有動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車就比未裝備動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車平均制動距離要短?；窘Y(jié)構(gòu)和基本功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)集成了一個并行的〔疊加的〕轉(zhuǎn)向機〔執(zhí)行元件〕。轉(zhuǎn)向盤和前橋之間的機械式耦合器總是通過這個并行的轉(zhuǎn)向機來保持接合。在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時,這個并行轉(zhuǎn)向機的電機軸就被鎖住了,這樣可避免功能失誤,如圖3所示。圖3并行的轉(zhuǎn)向機控制單元會計算出轉(zhuǎn)向角應(yīng)該增大還是應(yīng)該減小了,控制原理如圖4所示。圖4轉(zhuǎn)角的控制原理這個控制單元會操縱一個電機,這個電機會驅(qū)動并行轉(zhuǎn)向機來工作。車輪總轉(zhuǎn)向角是這個并行轉(zhuǎn)角與駕駛員在轉(zhuǎn)向盤上施加的轉(zhuǎn)角之和。并行轉(zhuǎn)角可以：通過駕駛員施加的轉(zhuǎn)角而增大；通過駕駛員施加的轉(zhuǎn)角而減??；在駕駛員未操縱轉(zhuǎn)向盤時就能實現(xiàn)轉(zhuǎn)角。.1主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元J792該控制單元位于駕駛員腳坑處的座椅橫梁前,它的功能可分成兩個。基本功能該控制單元用于計算出并行轉(zhuǎn)角,以便實現(xiàn)可變轉(zhuǎn)向傳動比。一般是根據(jù)車速和駕駛員所實施的轉(zhuǎn)角來確定的,如圖5所示。只要系統(tǒng)無故障,這個調(diào)節(jié)過程就一直在進行著。圖5主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元基本功能輔助功能:具有穩(wěn)定作用的介入ESP控制單元通過穩(wěn)定功能來計算出動態(tài)行駛時所期望的轉(zhuǎn)向角校正值。這些校正值通過組合儀表-底盤CAN總線被傳送給控制單元J792,如圖6所示?？刂茊卧狫792將相應(yīng)的校正值加到計算出的并行轉(zhuǎn)角中。作用到車輪上的就是經(jīng)過了校正的轉(zhuǎn)向角了。圖6控制單元J792有一個安全系統(tǒng)用于監(jiān)控控制單元的這個校正功能,這個安全系統(tǒng)可以判斷出有可能導(dǎo)致執(zhí)行元件誤動〔可能影響安全〕的所有故障。具體會根據(jù)故障情況來采取相應(yīng)措施,從關(guān)閉部分功能直至完全關(guān)閉系統(tǒng)。該控制單元不參與15號線-CAN-總線延時。該控制單元通過一個集成的溫度傳感器來監(jiān)控,切斷極限值為100℃。.2.執(zhí)行元件轉(zhuǎn)向角的校正是通過執(zhí)行元件帶動轉(zhuǎn)向主動齒輪轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)的,結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7執(zhí)行元件這個執(zhí)行元件由一個軸齒輪構(gòu)成,這個軸齒輪用一個電機來驅(qū)動。這套齒輪裝置尤其適用于將較快的轉(zhuǎn)動〔比如電機〕轉(zhuǎn)換成很慢的轉(zhuǎn)動時。基本原理：兩個齒數(shù)不同的齒輪彼此嚙合。在裝備了動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時,由電機直接驅(qū)動的齒輪有100個齒,輸出齒輪是102個齒。在動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上,與轉(zhuǎn)向盤直接相連的轉(zhuǎn)向軸也與轉(zhuǎn)向主動齒輪相連。這個連接是通過齒輪來實現(xiàn)的。杯形件與轉(zhuǎn)向軸上部〔它也直接與轉(zhuǎn)向盤相連〕通過花鍵實現(xiàn)無間隙連接。這個杯形件外形像個盆,壁薄而有彈性。這個壁上裝備有100個齒的外齒,與之配對使用的是一個內(nèi)齒圈,齒數(shù)為102個。這個齒圈與轉(zhuǎn)向軸下部與轉(zhuǎn)向主動齒輪剛性連接。如果駕駛員轉(zhuǎn)動了轉(zhuǎn)向盤,那么杯形件與齒圈就像軸與輪轂?zāi)菢舆\動了,轉(zhuǎn)動動作就傳遞下去。這個工作模式與普通轉(zhuǎn)向器是一樣的。轉(zhuǎn)向軸上部裝有一根空心軸,這個空心軸獨立地在執(zhí)行元件殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動。這個空心軸由一個電機直接驅(qū)動,如圖8所示。圖8空心軸為此,電機的轉(zhuǎn)子在一側(cè)與空心軸連接在一起。空心軸的另一側(cè)與滾動軸承的內(nèi)圈連接在一起。這個內(nèi)圈并不是個精確的圓形,它給滾珠提供的是一個離心的〔橢圓〕軌道。軸承外圈是彈性鋼圈,軸承內(nèi)圈的離心外形可以傳遞到外軸承內(nèi)圈圈上。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跟隨軸承的離心外形進行變形。由于具有離心,所以杯形件的外齒并不是在整個圓周上都與齒圈的傳統(tǒng)〔圓的〕內(nèi)齒相嚙合的。如果電機工作了,那么空心軸就被驅(qū)動起來了。滾動軸承內(nèi)圈就在轉(zhuǎn)動。于是離心形狀就隨著這個轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。由于杯形件的齒數(shù)與齒圈齒數(shù)是不同的,那么在嚙合時,杯形件的一個齒就無法精確地與齒圈上的齒槽嚙合。杯形件的齒在側(cè)面是呈錯開狀壓到齒圈的齒側(cè)上的。于是齒側(cè)上就作用有一個力,這會導(dǎo)致齒圈產(chǎn)生一個極小的轉(zhuǎn)動。在電機工作時,由于離心率的"轉(zhuǎn)動",所有的齒在整個圓周上都會暫時出這種錯開嚙合現(xiàn)象。于是齒圈就會連續(xù)轉(zhuǎn)動,那么與之相連的轉(zhuǎn)向主動齒輪也在轉(zhuǎn)動。車輪的轉(zhuǎn)動就會發(fā)生變化。這個過程可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動齒輪之間約為50∶1的減速比。.3電機采用的是永久激勵型的同步電機。其轉(zhuǎn)子與空心軸固定在一起,該轉(zhuǎn)子由8個磁極可變的永久磁鐵構(gòu)成,如圖9所示。圖9轉(zhuǎn)子.4動態(tài)轉(zhuǎn)向鎖為了能在動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈時保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回到原來的狀態(tài),可以通過機械方式將動態(tài)轉(zhuǎn)向鎖鎖止。在正常工作狀態(tài)下,只要發(fā)動機熄火,這個鎖就是鎖止的,當發(fā)動機起動后動態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就會將動態(tài)轉(zhuǎn)向鎖打開,此時可以聽到開鎖時的一聲"卡嗒"響。動態(tài)轉(zhuǎn)向鎖的鎖止是通過一個電磁鐵來完成的,這個電磁鐵用螺栓擰在殼體上。在電動機驅(qū)動的空心軸上安裝有一個鎖圈,其外側(cè)有很多缺口。當電磁線圈不通電時,電磁鐵的圓筒狀推桿在彈簧彈力的作用下進入缺口中,從而實現(xiàn)鎖止作用。如果J792激活了電磁線圈,那么推桿就在電磁力的作用下克服彈簧的彈力而向電磁線圈方向移動,離開缺口,松開了空心軸。.5電動機位置傳感器空心軸的位置由一個電動機位置傳感器來檢測,電動機每轉(zhuǎn)15°,就會產(chǎn)生一個信號,該信號經(jīng)單獨的導(dǎo)線被傳送至J792。當斷開點火開關(guān)時,J792內(nèi)會存儲當前的位置信息。在30號線突然斷電時,通過基準傳感器來識別零位。.6基準傳感器電動機位置傳感器和基準傳感器共同安裝在一個殼體內(nèi)。轉(zhuǎn)向盤每轉(zhuǎn)一圈或者執(zhí)行元件輸出軸每