动态转向系统技术

方斌

摘 要：奥迪汽车的特点是将运动性驾驶乐趣与驾驶安全性相结合。动态转向系统是转向助力系统的扩展功能。车身稳定系统ESP的制动干预和动态转向系统的转向干预相互组合，为稳定车身提供了更安全可靠的保证。动态转向系统控制单元会根据传感器反馈的信号计算出转向角增大或是减小，从而操纵执行电机，与转向机协同工作。

关键词：动态转向系统；基本原理；部件组成；故障诊断

0 引言

奥迪汽车的特色点是将运动性驾驶乐趣与驾驶安全性相结合。曾获得德国工程师协会颁发的机电创新大奖的动态转向系统就非常具有代表性。

目前奥迪A6LC7和奥迪A4LB8等主流车型的高配置车型安装了动态转向系统。动态转向系统不仅能增加行驶和转向舒适性，还会对车身稳定系统ESP提供支持，从而明显改善主动的行车安全性。

1 动态转向系统的概念

助力转向系统是协作驾驶员的方向调整，低速时减轻驾驶员操纵方向盘的力度，高速时保证安全增加驾驶员操纵方向盘的力度。动态转向系统是转向助力系统的扩展功能。在此先介绍什么是转向比。假设方向盘转向角是X，车轮转向角是Y，则传动比i=X/Y。传统的转向系统中直接以机械方式连接转向器和方向盘，而且转向轮与方向盘转向角度的传动比保持固定不变。动态转向系统则采用可变化的传动比，根据车速和方向盘转向角度来改变车轮的实际转向角。实现舒适与动力两种不同驾驶体验。随时匹配的传动比和转向力矩，使转向直接、高效、快速、安全、稳定、精确、舒适。例如驾驶员起步、停车、转弯、掉头、城市道路、在山间蜿蜒道路等中低速行驶时转动方向盘角度小，但车轮转向角度大，使转向直接、轻便、舒适；而在高速行驶时，驾驶员转动方向盘角度大，转向扭矩增大，而车轮转向角度小，防止转向过于敏锐。该系统按需提供转向比，燃油消耗减少。若一旦出现故障，但方向盘和前轴之间的机械连接并未分开，仍可实现普通的转向系统功能。

2 动态转向系统的优点

动态转向系统与车身稳定系统ESP的协助使用，在面临危险和恶劣的行车情况下，也能发挥作用。动态转向系统通过适当的改变前轮转向角，从而在动态行驶极限范围内为车身稳定系统ESP系统提供支持。

转向系统和制动系统的共同进行，使这个车辆的整体稳定性能得到了很大的提高，尤其是在车速超过100公里/小时后，就更加能体现出动态转向系统更加快速反应的优点。

在有些危险驾驶的特殊情况下，制动系统无需介入或部分介入，从而使车辆的行驶更加平滑、更加稳定。减少侧滑和偏移的危险率。尤其是在湿滑路面（比如雪地）上行驶时，制动系统较少工作，车辆更加稳定安全。

转向建议DSR功能：当车辆左、右侧车轮在不同路面行驶时，若进行制动，车辆会往路面一侧偏转。动态转向系统会自动完成原来需要驾驶者手动调整方向盘转角的偏转角度，从而提高驾驶舒适性，缩短制动距离。

3 动态转向系统的工作原理

可变传动比通过一个附加的转向机构主动齿轮电子机械式驱动装置来实现，该机构用于将驾驶员的转向运动叠加。动态转向系统控制单元会根据传感器反馈的信号计算出转向角增大或是减小，从而操纵执行电机，与转向机协同工作。方向盘上施加的转角与执行电机合并转角之和等于车轮总转向角。驾驶员施加的转角增大和减小可以使合并转角发生变化。

4 动态转向系统的部件组成

动态转向系统的部件是在原有电动助力转向系统部件基础上增加了部分零部件。主要部件如下：

4.1 主动转向控制单元J792

主动转向控制单元J792会根据当前车速和驾驶员施加的转向角，计算并实施可变转向传动比所学需叠加角度，即合并转角。只要系统无故障，这个调节过程就一直在进行。辅助功能是稳定干预。根据车身稳定系统ESP控制单元给出的转向角校正值进行不断调节。该控制单元通过数据总线诊断接口J533与其它控制单元进行通讯。如接收车身稳定系统ESP控制单元传递的车速信号。接收发动机控制单元传递的发动机转速信号。

4.2 电机位置传感器

电机位置传感器是传输电机的运转角度。电机位置传感器空心轴上的磁线圈就是电机位置传感器。4对电极组成了这个磁线圈。由带有三个霍尔元件的传感器与磁场发生作用，从而判别空心轴的位置及轴承的偏信度，从而识别到电机的运转角度。电机旋转15度角（相当于方向盘旋转3度角），就会向动态转向控制单元J792输出一个信号。当点火开关关闭时，当前的位置信息会由动态转向控制单元J792自动存储。

4.3 基准位置传感器

基准位置传感器也称为初始化传感器。基准位置传感器负责识别基准位置。它和电机位置传感器安装在一起。转向器的中间位置由基准位置传感器初始化记录和确认。空心轴外部的霍尔传感器使用了输出侧齿圈外面的一个缺口。方向盘或执行元件的输出轴每旋转360度，基准传感器就向控制单元输出一个矩形波信号，从而确认转向器的中间位置，进行初始化。

4.4 叠加传动装置

叠加传动装置是动态转向系统核心的机械部件，集成在转向系统内。两个齿数不同的齿轮在电机传递机构内部彼此啮合，100个齿组成的齿轮为主动齿轮由电动马达带动，102个齿组成的输出齿轮是从动齿轮。主動齿轮与从动齿轮减速比约为50：1。当驾驶员操纵方向盘时，齿轮逐渐啮合从而传递动力，此时与普通转向器工作情况相同。为了避免发生动态转向系统功能失效，方向盘与转向轴通过转向主动齿轮相连始终保持机械连接。一旦出现严重故障时，电机轴将被锁止。控制单元计算出增加还是减小转向角后，控制电机将转向机构主动齿轮扭转完成叠加角度。叠加角度根据需要可以增大和减小驾驶员在方向盘上施加的转向角度。从而合并为车轮的实际转向角度。

4.5 执行电机

执行电机也称电动机。电动机V187由控制单元来控制驱动力，从而完成转向角的调节功能。电动机采用永磁同步电动机。转子由4对永久磁铁组成，定子由六对绕组线圈组成。转子与空心轴固定在一起。三相交流电驱动电机工作，固定线圈形成可转动的磁场带动空心轴上永磁铁的转子转动。电动机V187的转子的实时位置，来自电机位置传感器。电动机达可以在驾驶员未打方向盘时自动实现一定的转向角度。

5 动态转向系统常规说明

5.1 动态转向安全说明

动态转向锁功能是保证系统失灵时，机械方式操纵方向的安全可靠。在正常工作状态下，只要发动机机已经关闭，这个锁就已经锁止了。发动机起动就会将动态转向系统开锁，可以听到开锁时的一声“喀哒噪音”。在系统出现严重故障时，这个合并转向机的电机轴就被锁止，这样可避免功能失误，使驾驶人的安全更加保障。

5.2 驾驶模式选择说明

动态转向系统统是奥迪驾驶模式选择系统的一部分。驾驶者可以个性化换选择个人喜好，选择舒适、自动或是动态驾驶模式；舒适模式动态转向舒适间接；自动模式动态转向直接适中；动态模式动态转向运动而直接。奥迪A6多了一种选择模式。效率模式动态系统直接适中。可以提高驾驶乐趣、行驶舒适性和安全性。其选择模式实际是根据根据所需的转向角（方向盘转动角度）和转向力矩（方向盘操纵力）选择所需的转向传动比和转向力。

5.3 初始化说明

初始化采用转向角传感器和电机位置传感器信号完成。转向角传感器将当前方向盘位置信息传递给控制单元。控制单元会自动计算出电机位置的规定值和实际值之间的差是否符合要求，若电机位置的规定值和实际值差值超过8°时，控制单元会驱动电机来进行相应的修正，即初始化，初始化是点火开关打开后，方向盘会自行转动。发动机在起动时进行初始化，指示灯会闪亮，且显示屏会有初始化提示。如果在初始化过程中车辆是在行进中，那么这个显示内容就一直在显示，直到初始化结束。初始化时驾驶员不会察觉。停车初始化过程中，驾驶员不进行操作，方向盘也会自行运动。转速表上有一个指示灯，它用来作为动态转向系统的功能显示和故障显示。中央显示屏上还有文字显示。在接通点火开关时，该指示灯会进行自检。该指示灯一直亮着，直至发动机起动。只有在发动机运转时，动态转向系统才能解锁来工作。

5.4 动态转向系统锁

通过来自主动转向控制单元J792的一根单独的导线控制。便于在系统故障和失灵时仍能使用，动态转向器能够进行机械锁止。当发动机停止运行时，在正常运行模式下动态转向系统始终锁止。发动机起动后才被解锁，解锁时可以听到“咔哒”的声音。锁止作用是利用一个与齿轮箱外壳拧在一起的电磁铁完成，从而还起到一定的防盗作用。

6 动态转向系统维修与注意事项

动态转向系统如果替换了转向柱、直线行驶时方向盘偏斜、替换了动态转向控制单元J792、替换了转向角传感器G85、改变过前、后轴、改装过车辆底盘等维修工作后，需要进行基本设定。动态转向系统的基本设定需要通过诊断仪VAS6150B中的引导性功能的提示，按步骤操作；前提是动态转向系统控制单元已经编码。动转向系统控制单元的编码，需要在线通过软件版本管理来执行。

以上是关于奥迪动态转向系统作用、原理、工作情况和故障诊断的内容，通过对动态转向系统的学习，使我们对奥迪车的动态转向系统有了更多的了解。

参考文献

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