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你知道四轮转向吗?

作者:车猫 2016年01月06日

四轮转向,顾名思义就是四个轮子都能转弯。

我们通常开的汽车都是前轮负责左右转动,拐弯时方向盘通过转向机控制前轮转动继而带着车身移动,如果后两个轮子也能左右转动一定角度,那就成了四轮转向(four-wheel steering)。

一、什么车需要四轮转向?

汽车的体积和灵活性是一对矛盾体,最直观的感受就是越大的汽车,转弯抹角越“笨”,也就是转向半径越大。

四轮转向

所以通常轴距越短的车越容易改变行驶轨迹,不论是在郊外的羊肠小道、老城的小胡同还是在赛道上。但是汽车是有功能属性的,比如卡车要载货、公交要拉人,家用车太小也会影响空间,而且轴距越短越不利于直线稳定性,这也是赛车不能轴距过短的原因。

为了解决实用性/直线稳定性和灵活性这个矛盾,工程师们想到了四轮转向甚至多轮转向这个方案。四轮转向技术及解决了如下几种尴尬:

体积巨大的卡车或公交车在狭窄的道路上灵活移动;

具备一定装载能力的越野车在复杂路况的脱困能力;

提升运动型汽车的弯道操控性。

二、四轮转向是怎样做到的?

四轮转向从最初诞生逐步发展到今天,主要分为被动式和主动式两种。

被动式就是像雪铁龙赛纳、富康那样后轴没有转向机的结构,这两款车仅仅只是在后轮与悬挂、悬挂与车身之间布置了一些橡胶软垫,由于橡胶存在一定弹性,所以在汽车转弯时,在横向力的作用下能发生一定程度的弹性形变,从而带动车轮做一定角度的前束角变化,做出一个很小角度的转向。

四轮转向2

▲ 新一代奥迪Q7主动式后轮转向系统

而我们今天深入讨论的是结构更为复杂的主动式后轮转向。狭义的主动式四轮转向,是指后轴也像前轴那样,有一个转向机,通过转向拉杆控制后轮的左右转动。当然,后轮的转动角度不像前轮那么大,一般是5度之内,如果太大了车子会灵活到失控......

四轮转向3

▲ 你能脑补开着这款车上高速么...

大多数车型都采取这样的策略:车辆速度较低时,后轮和前轮转向相反,这样车子会绕着一个近似的弯内的圆心转过去,转弯半径一般缩小20-30%;而当车速较高时,后轮和前轮转动方向相同,这时车辆在弯中会有一点点“横向滑移”的特性,高速转向更稳定。

当然,也有其他脑洞大开的方式,比如上图这辆2005年推出的Jeep Hurricane概念车,除了前后轮同向转动的“横行”模式,还能四个轮子转动呈一个圆,从而实现原地掉头!不过毕竟只是概念,没有量产。

三、四轮转向技术在欧洲的萌芽

四轮转向的历史可以追溯上世纪初,德国殖民办公室向戴姆勒公司订购了一种在非洲通过能力强且机动性强的汽车。 1907年, 戈特利布?戴姆勒的儿子工程师保罗?戴姆勒设计了一辆这辆全轮驱动四轮转向的汽车,叫Dernburg Wagen。

四轮转向4

▲ Dernburg Wage

Dernburg Wagen车长约4.9米,高达2.7米,轮距仅为1.42米,而轴距长达为4米,全重3.6吨,包括所殖民办公室特殊要求的装备,这样的体重对车辆的动力性提出了较高要求。尽管其只采用了四缸自然发动机,但由于6.8升的排量和工程师们对发动机的改进和优化,使得发动机在800转时能够获得约26kw的可观动力输出(这在当时是很不错的动力,许多熟知的汽车品牌那年还没诞生呢),保证了能够以40公里的最大时速行驶。

四轮转向5

如同二战中美军的吉普车同时由威利斯、福特和Bantam公司一同生产,德国二战中不少党卫军使用的KFZ-B20/奔驰G5/宝马325指的都是一辆高机动性越野车,四轮驱动、四轮转向,且前中后三把差速锁和干式油底壳,性能十分强悍。不过这辆车的后轮和前轮转向角度相同,因此其后轮转向系统是可断开设计,在接通后轮转向时,由于车辆围绕一个同心圆旋转,转弯半径异常小,不过也因此容易导致翻车事故。

四、日本厂商让四轮转向大放异彩

四轮转向技术在乘用车领域大放异彩的时间是90年代,以日本厂商的运动型车居多。

1987年,本田推出第三代Prelude,这是基于雅阁平台的一款双门运动轿车,竞争对手是丰田赛利卡、日产Silvia等运动车型。其装配了B20A系列2.0升四缸发动机和四速自动/五速手动变速箱,并采用了一套机械式四轮转向装置,方向盘通过长长的拉杆直接控制后桥的转向机。1992-2001年的四、五代Prelude车型把机械式四驱系统换装了电控四轮转向。

四轮转向6

1989年诞生的马自达MX-6的GT和GE版本上也使用了电控的四轮转向系统,其中GT版本还销售到美国。一直到1998年第二代MX-6退出市场,电动四轮转向都没有被马自达抛弃,马自达称其显著提升了MX-6这辆前驱双门运动轿车在刁钻弯角中的转向能力。

三菱GTO于1990年开始使用这项技术。不同于前述两款前驱双门四座运动轿车,三菱GTO是地地道道的双门双座跑车,是三菱与克莱斯勒公司合作的产物,和道奇Stealth是双生车型。3.0V6发动机、四轮驱动、四轮转向带来的运动性让其大受改装爱好者欢迎。

1992年,马自达在其旗舰轿车929上开始使用四轮转向系统。马自达929是马自达最辉煌时期推出的旗舰轿车,超过4.9的车长、前置后驱、无框车门这些比较高级的配置暗示了这是一款对标丰田皇冠、日产公爵的高级轿车。

五、新世纪后,欧美厂商四轮转向的运用

新世纪以后,欧美部分厂商也尝试这项技术。通用推出了名叫Quadrasteer的全轮驱动技术,用在2002-2005年的雪佛兰西尔维拉多、GMC Sierra皮卡、和全尺寸SUV雪佛兰Suburan和GMC育空XL上,之后通用则停用了这一技术。

四轮转向7

2008年代的雷诺拉古娜GT上也有后轮转向。雷诺拉古娜GT有点类似于当下的君威GS,也是运动型中型车。其2.0升涡轮增压汽油机最大功率150kW,最大扭矩300Nm,可以在7.8秒完成0-100km/h加速,极速232km/h。四轮转向系统供了快速的动态响应性,也让转弯半径比自家的小型车Clio还小,仅为10.08米。

四轮转向8

2008年推出的第五代宝马7系(F01/02)上也部分配置了四轮转向系统。宝马设计总监此时由激进的班戈换成了霍伊顿克,7系也向着稳重舒适发展,长轴版的7系轴距已经超过3.2米。为了保证宝马家族的“运动美誉”也为了标榜技术,宝马给7系装上了四轮转向。同时5系、6系轿车也可以选装带有四轮转向系统的运动包。

四轮转向9

如果你觉得小C前面列举的那些车运动的还不够纯粹,那这辆带有四轮转向的车出现后,你的看法也许就不一样了。2013年,保时捷991世代的911GT3带着这项技术高调出场。911GT3可不仅仅是辆超跑,动力不追求极致,但是骨子里就是一辆披着民用车外皮的赛车,仅仅475马力的它在纽北环跑出了7分25秒的惊人成绩。GT3之后,911 Turbo系列也开始用上了四轮转向技术,也许以后会继续下探到普通911版本上。保时捷这家跑车名门对该技术的青睐似乎又让人们重拾四轮转向的优势。

四轮转向10

刚刚推出不久的奥迪新Q7也配备了四轮转向系统。奥迪在国内官车身份认同度越来越低时给自己了新的方向——运动,S、RS车系不断引进国内就是最好的证明。不过仔细体会奥迪的运动范儿,和宝马比更偏技术和时尚,有点像健身教练和职业运动员的区别。奥迪在这代Q7更是将运动进行到底,车身减重300公斤,2.0 T发动机的车型,从静止加速至100公里/小时仅需7.1秒。四轮转向系统的加入不但确实提高了运动性,科技感上也增色不少。

四轮转向11

六、四轮转向为啥没有“全民参与”?

先说说这项技术自身的缺点。显然,要想实现四轮转向,我们就不得不在后轴上增加一整套转向机、转向拉杆,从前还需要有一根转向杆从方向盘传递到后轴,既占空间又增加重量。现在虽然方向盘的转角能通过电信号传递给后轴转向机,但是需要诸多传感器监控车辆状态。无论哪种方式都会增加车辆的复杂性,发生故障的概率也就更大。

另一方面,一时瑜亮的ESP、TC等电子系统以及能实现左右轮动力分配的四驱系统,都在一定程度上替代了后轮转向的功能,通过将动力分配给外侧车轮或对内侧车轮进行一定程度的制动,都能主动给车辆带来一定的偏航角度,既能实现辅助过弯的功能又能降低重量和复杂性。

四轮转向12

比如我们熟知的雷克萨斯LX570,在越野模式下,通过电子系统巧妙地对转弯内侧后轮施加制动,这样转向半径就大大缩短,硕大的身躯在山间小路转不过来的问题就迎刃而解了,还省去了一套转向机构的重量和空间。

因此,四轮转向在汽车技术舞台上始终有一席之地,却并没红得发紫。

车猫小结:

说到底,每一项技术都有两面性,除了技术本身的优势,还要考虑增加的重量、空间、故障率和成本,所以我们评价四轮转向的好坏也要具体分析每款车型上的得与失。

同时,每一项技术也都有其时代特征,主动转向通过后桥转向机构让车辆更灵活,新世纪后牵引力控制系统等又产生了新的主动转向解决方案。如果我们放眼未来,电动汽车的时代,轮毂电机的出现或许会带来更夸张的转向术。

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