四輪轉向系統

四輪轉向系統（4WS），是指後輪也和前輪相似，具有一定的轉向功能，不僅可以與前輪同方向轉向，也可以與前輪反方向轉向。

基本介紹

• 中文名：四輪轉向系統
• 簡稱：4WS

功用

四輪轉向系統（4WS），是指後輪也和前輪相似，具有一定的轉向功能，不僅可以與前輪同方向轉向，也可以與前輪反方向轉向。

四輪轉向系統的主要作用是：

（1）提高汽車在高速行駛或在側向風力作用時的操作穩定性；

（2）能在整個車速範圍內提高車輛對轉向輸入的回響速度；

（3）改善在低速下的操縱輕便性，以及減小汽車轉彎半徑，改善機動性。

4WS 汽車在低速轉彎時，前後車輪逆相位轉向，可減小車輛的轉彎半徑；在高速轉彎時，前後輪主要作同相位轉向，能減少車輛質心側偏角，降低車輛橫擺率的穩態超調量等，進一步提高車輛操縱穩定性。

原理

汽車轉向的基本過程都是使汽車在轉彎時產生重心的平移和繞著重心的轉動，這兩種運動的結合促使汽車完成了轉向的過程。

當汽車方向盤的轉角和車速確定的時候，那么前輪轉向（FWS）汽車的行駛狀態是單一的，而四輪轉向汽車的行駛狀態則會隨著後輪與前輪之間的角度不同或相同而變得多種多樣，產生不同的行駛狀態，以滿足汽車安全性、機動性操縱穩定性等性能需求。

減小轉彎半徑

下圖所示的是汽車低速轉向行駛軌跡，前輪轉向（2WS）汽車的情況是後輪不轉向，所以轉向中心大致在後軸的延長線上。4WS汽車的情況是對後輪進行逆向操縱，轉向中心比2WS汽車靠近車體處。在低速轉向時，若兩車前輪轉向角相同，則4WS汽車的轉向半徑更小，內輪差也小，轉向性能好。對乘用車而言，如果後輪逆向轉向5度，則可以減少最小轉向半徑0.5米，內輪差約0.1米。

圖2 汽車低速轉向行駛軌跡

改善穩定性

汽車轉向是下列兩運動的合成運動：汽車質心繞轉向中心的公轉和汽車繞質心的自轉。如下圖所示為2WS汽車中高速轉向時車輛的運動狀態：前輪轉向時，前輪產生側偏角α，並產生旋轉向心力使車體開始自轉，當車體出現自轉時，後輪產生側偏角β，和旋轉向心力，車速越高，離心力越大，所以必須給前輪更大的側偏角，使它產生更大的旋轉向心力，與此同時，後輪也產生與此相應的側偏角，車體的自轉趨勢更加嚴重。也就是說，車速越高，轉向時容易引起車輛的旋轉和側滑。

圖3 2WS汽車中高速轉向時車輛的運動狀態

理想的高速轉向運動狀態是儘可能使車體的傾向和前進方向一致，以防多餘的自轉運動使前後輪產生足夠的旋轉向心力。在4WS汽車通過對後輪同向轉向操縱，使後輪也產生側偏角α，使它與前輪的旋轉向心力相平衡，從而抑制自轉運動，得到車體方向和車輛前進方向一致的穩定轉向狀態，如下圖所示。

圖4 高速轉向時2WS與4WS汽車運動狀態比較

汽車在做高速直線行駛時，由於受到不平路面和側向風的影響經常會走偏。這時有四輪轉向裝置的汽車的微處理機就會根據車速和前輪轉角加以計算，確定後輪的轉角數值，以變動對變動來保持車子行駛的穩定性。

分類

從不同的角度考慮問題可以得到不同的分類，主要的分類有以下幾種。

按功能，分為後輪小角度偏轉系統和後輪在中高速時小角度偏轉在低速時大角度偏轉系統。

按照前後輪的偏轉角和車速之間的關係分為兩種類型：轉角感應型和車速感應型。

①轉角感應型，是指前輪和後輪的偏轉角度之間存在著一定的因變關係，即後輪可以按前輪偏轉方向做同向偏轉，也可以做反向偏轉。

②車速感應型，是根據事先設計的程式規定當車速達到某一預定值時(通常為35至40公里/小時)，後輪能與前輪同方向偏轉，當低於某一預定值時，則與前輪反方向偏轉。

目前的四輪轉向轎車既有採用轉角感測型，也有採用車速感測型，還有二者兼而用之的。例如馬自達929型轎車的四輪轉向就是具有兩種類型的特點。

按照車輪偏轉執行機構的動力形式可以分為液壓四輪轉向系統、機械液壓四輪轉向系統和電子控制四輪轉向系統（電控-電動四輪轉向，電控-液壓驅動四輪轉向）等三大類，下圖所示的是電控-液壓驅動四輪轉向系統。

圖5 電控-液壓驅動四輪轉向系統

電子控制四輪轉向系統的套用越來越廣泛，其特點是：

（1）車輛的操縱性能好

在使用 4WS 的場合，轉向系統不受發動機停、轉的影響，即使在停車時，駕駛員也可以獲得最大的轉向動力。 汽車在行駛過程中， 因為後輪隨著前輪的轉動而作與前輪方向相反（逆相位）的轉動，所以其最小轉彎半徑和傳統的轉向系統相比就小些。 同時由於電子控制部分可以通過調節轉向助力的大小來改善駕駛員的 “路感”，因此，車輛的整體操縱性能大大提高。

（2）轉向助力特性可變

電子轉向四輪轉向系統可以十分靈活地修改扭矩、 轉向角和車速信號的軟體控制邏輯，可以自由地設定轉向助力特性。

（3）抗外來干擾的穩定性效果好

由於四輪轉向系統採用了後輪隨動的技術，從而使其在路面附著係數發生突變的情況下可以依然保持較高的附著能力，對抗外來干擾的穩定性較好。 同時利用電機慣性的質量阻尼效應可以使轉向軸的顫動和反衝降到最低。

（4）可以提供更最佳化的轉向返回特性

通過對轉向角進行回復控制和轉向角進行的阻尼控制可以提高更為最佳化的轉向返回特性。

（5）具有向智慧型化方向發展的潛力，便於與汽車上其他技術聯合使用，增強汽車的智慧型化水平。