四轮转向系统

4WS

四轮转向系统（4WS），是指后轮也和前轮相似，具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。

功用

四轮转向系统（4WS），是指后轮也和前轮相似，具有一定的转向功能，不仅可以与前轮同方向转向，也可以与前轮反方向转向。

四轮转向系统的主要作用是：

（1）提高汽车在高速行驶或在侧向风力作用时的操作稳定性；

（2）能在整个车速范围内提高车辆对转向输入的响应速度；

（3）改善在低速下的操纵轻便性，以及减小汽车转弯半径，改善机动性。

4WS 汽车在低速转弯时，前后车轮逆相位转向，可减小车辆的转弯半径；在高速转弯时，前后轮主要作同相位转向，能减少车辆质心侧偏角，降低车辆横摆率的稳态超调量等，进一步提高车辆操纵稳定性。

原理

汽车转向的基本过程都是使汽车在转弯时产生重心的平移和绕着重心的转动，这两种运动的结合促使汽车完成了转向的过程。

当汽车方向盘的转角和车速确定的时候，那么前轮转向（FWS）汽车的行驶状态是单一的，而四轮转向汽车的行驶状态则会随着后轮与前轮之间的角度不同或相同而变得多种多样，产生不同的行驶状态，以满足汽车安全性、机动性操纵稳定性等性能需求。

减小转弯半径

下图所示的是汽车低速转向行驶轨迹，前轮转向（2WS）汽车的情况是后轮不转向，所以转向中心大致在后轴的延长线上。4WS汽车的情况是对后轮进行逆向操纵，转向中心比2WS汽车靠近车体处。在低速转向时，若两车前轮转向角相同，则4WS汽车的转向半径更小，内轮差也小，转向性能好。对乘用车而言，如果后轮逆向转向5度，则可以减少最小转向半径0.5米，内轮差约0.1米。

改善稳定性

汽车转向是下列两运动的合成运动：汽车质心绕转向中心的公转和汽车绕质心的自转。如下图所示为2WS汽车中高速转向时车辆的运动状态：前轮转向时，前轮产生侧偏角α，并产生旋转向心力使车体开始自转，当车体出现自转时，后轮产生侧偏角β，和旋转向心力，车速越高，离心力越大，所以必须给前轮更大的侧偏角，使它产生更大的旋转向心力，与此同时，后轮也产生与此相应的侧偏角，车体的自转趋势更加严重。也就是说，车速越高，转向时容易引起车辆的旋转和侧滑。

理想的高速转向运动状态是尽可能使车体的倾向和前进方向一致，以防多余的自转运动使前后轮产生足够的旋转向心力。在4WS汽车通过对后轮同向转向操纵，使后轮也产生侧偏角α，使它与前轮的旋转向心力相平衡，从而抑制自转运动，得到车体方向和车辆前进方向一致的稳定转向状态，如下图所示。

汽车在做高速直线行驶时，由于受到不平路面和侧向风的影响经常会走偏。这时有四轮转向装置的汽车的微处理机就会根据车速和前轮转角加以计算，确定后轮的转角数值，以变动对变动来保持车子行驶的稳定性。

分类

从不同的角度考虑问题可以得到不同的分类，主要的分类有以下几种。

按功能，分为后轮小角度偏转系统和后轮在中高速时小角度偏转在低速时大角度偏转系统。

按照前后轮的偏转角和车速之间的关系分为两种类型：转角感应型和车速感应型。

①转角感应型，是指前轮和后轮的偏转角度之间存在着一定的因变关系，即后轮可以按前轮偏转方向做同向偏转，也可以做反向偏转。

②车速感应型，是根据事先设计的程序规定当车速达到某一预定值时(通常为35至40公里/小时)，后轮能与前轮同方向偏转，当低于某一预定值时，则与前轮反方向偏转。

目前的四轮转向轿车既有采用转角传感型，也有采用车速传感型，还有二者兼而用之的。例如马自达929型轿车的四轮转向就是具有两种类型的特点。

按照车轮偏转执行机构的动力形式可以分为液压四轮转向系统、机械液压四轮转向系统和电子控制四轮转向系统（电控-电动四轮转向，电控-液压驱动四轮转向）等三大类，下图所示的是电控-液压驱动四轮转向系统。

电子控制四轮转向系统的应用越来越广泛，其特点是：

（1）车辆的操纵性能好

在使用 4WS 的场合，转向系统不受发动机停、转的影响，即使在停车时，驾驶员也可以获得最大的转向动力。汽车在行驶过程中，因为后轮随着前轮的转动而作与前轮方向相反（逆相位）的转动，所以其最小转弯半径和传统的转向系统相比就小些。同时由于电子控制部分可以通过调节转向助力的大小来改善驾驶员的 “路感”，因此，车辆的整体操纵性能大大提高。

（2）转向助力特性可变

电子转向四轮转向系统可以十分灵活地修改扭矩、转向角和车速信号的软件控制逻辑，可以自由地设置转向助力特性。

（3）抗外来干扰的稳定性效果好

由于四轮转向系统采用了后轮随动的技术，从而使其在路面附着系数发生突变的情况下可以依然保持较高的附着能力，对抗外来干扰的稳定性较好。同时利用电机惯性的质量阻尼效应可以使转向轴的颤动和反冲降到最低。

（4）可以提供更优化的转向返回特性

通过对转向角进行回复控制和转向角进行的阻尼控制可以提高更为优化的转向返回特性。

（5）具有向智能化方向发展的潜力，便于与汽车上其他技术联合使用，增强汽车的智能化水平。

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