摘要：介绍四轮转向汽车的发展、构成、工作原理及类型，阐述四轮转向系统的控制策

　　四轮转向(4WS,4WheelSteering)除了传统的以前轮为转向轮，后两轮也是转向轮，即

　　四轮转向。在20世纪80年代中期开始发展，其主要目的是提高汽车在高速行驶或在侧向风

　　力作用时的操作稳定性，改善在低速下的操纵轻便性，以及减小在停车场时的转弯半径。四

　　轮转向主要有两种方式：当后轮转向与前轮转向方向相同时称为同向位转向；当后轮转向与

　　前轮转向方向相反时称为逆向位转向。随着现代道路交通系统和先进汽车技术的发展，汽车

　　的主动安全技术日益受到重视。先进的主动底盘控制技术是汽车发展的重要方向，而四轮转

　　被很多公司所采用，其中大多应用在了大型车辆上，也有一些SUV以及跑车具有四轮

　　转向的功能。配备四轮转向之后，车辆可以减少转弯半径、提高低速行驶时的机动性以及高

　　速行驶时的操纵性和可控制能力。我们以德尔福公司的OUADRASTEER四轮转向系统为例对四

　　轮转向进行介绍，它也是目前最为先进的四轮转向系统之一。OUADRASTEER是在传统的前

　　轮转向基础上增加了一个电动盾轮转向系统。系统有四个主要部件——前轮定位传感器、可

　　转向的整体准双曲面后轴、电动机驱动的执行器以及一个控制单元。前轮定位传感器和车辆

　　速度传感器连续不断地向控制单元报告数据，控制单元根据报告的数据确定后轮合适的角

　　4WS汽车在转向过程中，根据不同的行驶条件，前、后轮转向角之间应遵循一定的规律。

　　该系统有三种主要运行方式：负相、中相、正相。低速行驶时．后轮转弯方向与前轮相反，

　　这就是负相。中速行驶时，后轮笔直而保持中相。高速行驶时，后轮处于正相，和前轮转弯

　　方向相同。在低速行驶时，负相拖曳操纵，尾部跟随车辆的真实轨迹，比两轮转向更紧密。

　　这使得在城市交通中的驾驶更容易。低速操纵时，如倒车上船板或野营带拖车停车时，

　　OUADRASTEER将使操纵更容易。倒拖车时。负相极大地改进拖车对转向动作的反应，更容易

　　使车辆就位。QUADRASTEER提高了车辆的高速行驶平稳性。高速行驶时后轮和前轮的转向

　　相同，有助于减少车辆侧滑或扭摆，对平衡车辆在超车、变道、或躲避不平路面时的反应均

　　有帮助。此外，OUADRASTEER和四轮驱动系统也可以完全兼容，并能提高四轮驱动系统的

　　性能，根据制造厂商的要求，既能由驾驶员选择，又能实现全自动化。比如，使用选择界面，

　　驾驶员就能调节不同驾驶条件下后轮转向的性能。选择模式包括一个一般驾驶，一个拖车

　　拖运，一个两轮转向。如果四轮转向系统损坏的话，QUADRSEER系统还可控制回到正常两轮

　　4WS汽车是在前轮转向系统的基础上，在汽车的后悬架上安装一套后轮转向系统，两者

　　之间通过一定的方式联系，使得汽车在前轮转向的同时，后轮也参与转向，从而达到提高汽

　　车低速行驶的机动性和高速行驶的稳定性。经过几十年的研究与开发，已经成型的4WS汽车

　　类型有多种，组成、结构不同，控制方式及工作原理也各异。典型的电控4WS系统主要由前

　　轮转向系统、传感器（如转向角度传感器、车速传感器、横摆角速度传感器等）、ECU、后轮

　　转向执行机构和后轮转向传动机构等。目前，以电控液压式4WS系统应用最多。

　　如图2所示，转向时，传感器将前轮转向的信号和汽车运动的信号送入ECU，ECU进行

　　分析计算，向后轮转向执行机构输出驱动信号，后轮转向执行机构动作，通过后轮转向传动

　　机构，驱动后轮偏转。同时，ECU进行实时监控汽车运行状况，计算目标转向角与后轮实时

　　转向角之间的差值，来实时调整后轮的转角。这样，可以根据汽车的实际运动状态，实现汽

　　低速转向行驶轨迹，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WS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。对小轿

　　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。

　　直线行驶的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

　　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，从而使后轮产生足

　　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，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

　　（2）发动汽车10秒后将方向盘左右各转动20度，连续多次，然后踩放刹车踏板5次。

　　（3）手动变速器车：踩离合器踏板，将档位杆从空档挂入任何档位，再挂入空档；自

　　动变速器车：先将手刹拉紧后放松，将档位杆排入任何一档，然后再挂回P档，让车子

　　以1.6km/h的车速走10尺（就是入档后让车子动一下即可），HICAS警告灯就开始闪故

　　（8）失效保护功能是否起作用：失效保护状态时，后轮处在中央（直属）位置。

　　（9）是否有阻尼控制：失效保护状态时，后轮迅速回正反而会对转向盘转向控制发生

　　目前，对于4WS汽车的研究和开发仍处于不断发展和完善阶段，未来对4WS系统的研究

　　（１）进一步研究、开发新型的后轮转向执行机构和后轮转向传动机构，提高转向时的

　　（２）针对4WS系统，进一步开发、设计高性能、高精度、高灵敏度的传感器，以便于

　　（３）深入研究转向过程中轮胎的瞬态特性，将其作为主要因素加入到4WS系统的数学

　　（５）从主观评价出发，考虑闭环综合性能指标，将“人—车—路”看成一个系统。

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