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2011年11月19日,奥迪旗下全新车型奥迪A7正式上市,这是一款5门豪华轿跑车,它的非凡性能将改变人们对奥迪车型稳重有余、激情不足的印象。其中奥迪A7 3.0TSI车型搭载3.0 L V6发动机,最大功率218kW,最大扭矩440 N·m。该车型主要配备新型常时四驱、可调式空气悬架、电动转向、平视显示、驾驶模式选择及主动式车道保持辅助等系统以及7挡自动变速器。在此我们对该车技术特点进行简要介绍。
一,底盘系统
该车底盘的设计目标是在保证安全的前提下,提高操控的灵活性和乘坐舒适性,同时展示更迷人的驾驶乐趣。为此,该车采用了五连杆前悬架系统和梯形连杆后悬架系统,并配以同轴式电动助力转向机和气动悬架系统。
1.五连杆前悬架系统
该系统中的上控制臂支点集成在车身上(图1)。这样,即减轻了整车质量又提高了悬架基础部分的刚性,同时还减小了上控制臂的装配公差。
每个上控制臂被分成前后2个部分,这样它们与转向节及车身在水平面上构成1个四边形。同样,下控制臂和导向杆与转向节及车身也在水平面上也构成1个四边形。这样的结构可为前轮提供额外的回正力,使车辆能够更好地抵抗车轮振动对行驶的干扰。
为提高车辆在行驶中的横向稳定性,横向稳定杆和减振器进行了动态匹配。这样,在车辆出现横摆时,横向稳定杆的回正力与减振器的阻尼力能更好地配合,使它们的作用相得益彰。
2.梯形连杆后悬架系统
该车后悬架系统采用了新型钢结构副车架(图2),使悬架的基础结构更加牢固。梯形连杆的小端在横向摆臂与横摆杆之间形成扭矩,使后轴在水平面中的定位更加稳固。
后轮轴承采用液压轴承,使轴承的运转更加灵活、寿命更长。
3.同轴式电动助力转向机
它通过一个与齿条同轴的电动机来实现转向助力(图3),其特点是结构紧凑、效率高。采用这种转向机,燃油消耗量可降低0.31 L/100 km。此外,该转向机还可实现按实际需要确定转向力的多种功能。
(1)转向助力控制单元J500
该控制单元根据助力电机转子位置和助力强度来确定供给助力电机的电流和相位,使助力电机精确输出相应的扭矩。该控制单元除了通过灵动网获取数据外,还直接从转向扭矩传感器得到实时数据。
(2)转向助力电机V187该电机用于产生转向助力所需的推力,它为一永磁三相交流同步电机(图4)。其定子由12个励磁线圈构成,每4个线圈为一组,均匀布置在圆周的3个不同位置上(图5)。这样,三相动力电便可在转子周围产生旋转磁场,使转子同步转动。转子由10个永久磁铁组成,它们的极性是交互布置的。电机转子为空心结构,套在齿条上。
循环球螺母与转向机齿条共同构成了丝杠传动机构。循环球螺母与空心转子是一体的,当电机运转时。转子连同循环球螺母一起转动,齿条便开始直线运动。滚珠丝杠机构的功耗极低。且由于滚珠与沟道的配合间隙很小,所以定位精度很高。
(3)转向扭矩传感器G269
转向控制单元为确定任一时刻所输出的转向助力,必须精确测量实际助力与所需助力之间的差值,这一任务是由转向扭矩传感器来完成的。转向主动齿轮与转向轴通过一个扭力杆连接(图7),这与带有液压控制阀的普通液压助力转向机结构是一样的。如果驾驶员转动转向盘,那么扭力杆相对于转向主动齿轮便发生扭转。扭转的程度取决于驾驶员施加在转向盘上的转向扣矩。
转向扭矩传感器的2个环形磁性靶轮分别与转向轴和转向主动齿轮刚性连接(图8)。2个靶轮各有8个齿孔,且齿孔是错开布置的,即1个靶轮的齿孔处在另1个靶轮的齿隙中。在2个传感器靶轮的中间有2个霍尔传感器,它们与传感器壳体刚性连接。如果没有转动转向盘,那么上下靶轮将磁力线隔开,2个霍尔传感器上没有信号输出(图9)。如果转动转向盘使扭力杆扭转,靶轮之间发生相对转动。于是,靶轮之间的磁场发生了改变,2个霍尔传感器输出不同的信号(图10)。2个霍尔传感器输出的信号取决于2个靶轮相对位移的大小和方向。这样,转向扭矩传感器便得到了实际助力与驾驶员期望助力之间的差值,并送给转向控制单元。
(4)主动转向功能
该功能在制动过程中可为驾驶员提供帮助。例如车辆行驶中,左侧车轮处于结冰路面上,右侧车轮处于干燥路面上。如果此时制动的话,就会产生向右的偏转。驾驶员要想让车辆保持正确的行驶路线,就必须施加一个反向转向扭矩来进行修正。但由于受到驾驶员反应速度的限制,这种修正往往不能及时进行以致出现危险状况。
在这种情况下,防抱死制动系统控制单元J104会通过灵动网获得这种异常数据,并根据车速和偏转趋势来确定所需要的转向扭矩,然后将转向请求发给转向控制单元J500。此时转向系统会主动在相应方向上对转向盘施加一个最大为2~3N·m的转向扭矩(图11)。
4.气动悬架系统
该系统可根据车辆的行驶状态对车身的离地高度进行调整。
(1)气泵单元
气泵单元包括干式电动空气压缩机、空气干燥器、吸气口及相应的气管。空气供给装置安装在备胎坑下方,上述所有元件都通过弹簧及橡胶支承固定在一个钢板支架上,以隔离噪声。空气压缩机可输出1.18MPa的系统压力,其内部有一个压力限制阀,用来防止该装置的压力过高。吸入的空气是从左后车轮拱板处经吸气消音器和空气干燥器而来的。空气干燥器可自行完成再生修复,不需要进行任何保养。
(2)悬架调节策略 该车型气动悬架系统可实现车辆的3种不同高度(图12)。如果人为地选择车身高位,那么,当车辆低速行驶时,车身会一直处于高位。但当车速达到或超过100km/h,车身会立即自动回落到基本高度。如果车辆以120km/h的车速行驶30s,那么车身会自动下降到低位。如果车速低于70km/h长达120s或低于35km/h,那么车身会自动升到基本高度。
二、平视显示系统
该系统通过光学系统将各种车辆信息投影显示到驾驶员视野中。驾驶员只需保持端坐姿态,将目光稍加移动即可看到这些信息。与组合仪表相比,平视显示系统具备以下优点:①平视显示内容靠近驾驶员正常驾驶时视野的边缘,驾驶员观察信息时目光移动范围较小;②驾驶员在观察信息时,眼睛不必像查看组合仪表时那样对明暗环境做出调整:③由于平视显示系统的显示内容成像在驾驶员前方2~2.5m处,悬浮在发动机舱盖上方(图13),所以眼睛的聚焦时间明显短于观察组合仪表时所需的时间。
1.投影控制单元J898
平视显示系统的核心元件是投影控制单元J898。平视显示系统所需的所有光学、机械和电气元件都安装在这个控制单元中。
2.光学系统
为产生平视显示,平视显示系统用一个非常明亮的光源从后部透射1个高分辨率液晶显示器。光源共由15个发光二极管组成。所发出的光束通过2面转向镜投射到前风挡玻璃上。其中一面转向镜是可调的,用于设置平视显示的高度。这2面转向镜的另一个作用是纠正由前风挡玻璃的曲率造成的图像变形。
液晶显示器由薄膜晶体管矩阵构成,可使显示图像的亮度持续地与当前的环境光线相匹配。为此。控制单元J898分析由雨量/光线传感器G397探测到的环境亮度后,自动调节显示亮度,使驾驶员在阳光直射的条件下也能清晰准确地读取显示内容。
3.风挡玻璃
风挡玻璃是平视光学系统的重要组成部分。在风挡玻璃中夹有聚乙烯醇缩丁醛夹层,光学系统正是利用夹层界面的反射光来成像的。为使驾驶员不会看到重影,风挡玻璃夹层做成了楔形(图14)。这一点在更换风挡玻璃时要特别注意,切不可用普通风挡玻璃替代。
一,底盘系统
该车底盘的设计目标是在保证安全的前提下,提高操控的灵活性和乘坐舒适性,同时展示更迷人的驾驶乐趣。为此,该车采用了五连杆前悬架系统和梯形连杆后悬架系统,并配以同轴式电动助力转向机和气动悬架系统。
1.五连杆前悬架系统
该系统中的上控制臂支点集成在车身上(图1)。这样,即减轻了整车质量又提高了悬架基础部分的刚性,同时还减小了上控制臂的装配公差。
每个上控制臂被分成前后2个部分,这样它们与转向节及车身在水平面上构成1个四边形。同样,下控制臂和导向杆与转向节及车身也在水平面上也构成1个四边形。这样的结构可为前轮提供额外的回正力,使车辆能够更好地抵抗车轮振动对行驶的干扰。
为提高车辆在行驶中的横向稳定性,横向稳定杆和减振器进行了动态匹配。这样,在车辆出现横摆时,横向稳定杆的回正力与减振器的阻尼力能更好地配合,使它们的作用相得益彰。
2.梯形连杆后悬架系统
该车后悬架系统采用了新型钢结构副车架(图2),使悬架的基础结构更加牢固。梯形连杆的小端在横向摆臂与横摆杆之间形成扭矩,使后轴在水平面中的定位更加稳固。
后轮轴承采用液压轴承,使轴承的运转更加灵活、寿命更长。
3.同轴式电动助力转向机
它通过一个与齿条同轴的电动机来实现转向助力(图3),其特点是结构紧凑、效率高。采用这种转向机,燃油消耗量可降低0.31 L/100 km。此外,该转向机还可实现按实际需要确定转向力的多种功能。
(1)转向助力控制单元J500
该控制单元根据助力电机转子位置和助力强度来确定供给助力电机的电流和相位,使助力电机精确输出相应的扭矩。该控制单元除了通过灵动网获取数据外,还直接从转向扭矩传感器得到实时数据。
(2)转向助力电机V187该电机用于产生转向助力所需的推力,它为一永磁三相交流同步电机(图4)。其定子由12个励磁线圈构成,每4个线圈为一组,均匀布置在圆周的3个不同位置上(图5)。这样,三相动力电便可在转子周围产生旋转磁场,使转子同步转动。转子由10个永久磁铁组成,它们的极性是交互布置的。电机转子为空心结构,套在齿条上。
循环球螺母与转向机齿条共同构成了丝杠传动机构。循环球螺母与空心转子是一体的,当电机运转时。转子连同循环球螺母一起转动,齿条便开始直线运动。滚珠丝杠机构的功耗极低。且由于滚珠与沟道的配合间隙很小,所以定位精度很高。
(3)转向扭矩传感器G269
转向控制单元为确定任一时刻所输出的转向助力,必须精确测量实际助力与所需助力之间的差值,这一任务是由转向扭矩传感器来完成的。转向主动齿轮与转向轴通过一个扭力杆连接(图7),这与带有液压控制阀的普通液压助力转向机结构是一样的。如果驾驶员转动转向盘,那么扭力杆相对于转向主动齿轮便发生扭转。扭转的程度取决于驾驶员施加在转向盘上的转向扣矩。
转向扭矩传感器的2个环形磁性靶轮分别与转向轴和转向主动齿轮刚性连接(图8)。2个靶轮各有8个齿孔,且齿孔是错开布置的,即1个靶轮的齿孔处在另1个靶轮的齿隙中。在2个传感器靶轮的中间有2个霍尔传感器,它们与传感器壳体刚性连接。如果没有转动转向盘,那么上下靶轮将磁力线隔开,2个霍尔传感器上没有信号输出(图9)。如果转动转向盘使扭力杆扭转,靶轮之间发生相对转动。于是,靶轮之间的磁场发生了改变,2个霍尔传感器输出不同的信号(图10)。2个霍尔传感器输出的信号取决于2个靶轮相对位移的大小和方向。这样,转向扭矩传感器便得到了实际助力与驾驶员期望助力之间的差值,并送给转向控制单元。
(4)主动转向功能
该功能在制动过程中可为驾驶员提供帮助。例如车辆行驶中,左侧车轮处于结冰路面上,右侧车轮处于干燥路面上。如果此时制动的话,就会产生向右的偏转。驾驶员要想让车辆保持正确的行驶路线,就必须施加一个反向转向扭矩来进行修正。但由于受到驾驶员反应速度的限制,这种修正往往不能及时进行以致出现危险状况。
在这种情况下,防抱死制动系统控制单元J104会通过灵动网获得这种异常数据,并根据车速和偏转趋势来确定所需要的转向扭矩,然后将转向请求发给转向控制单元J500。此时转向系统会主动在相应方向上对转向盘施加一个最大为2~3N·m的转向扭矩(图11)。
4.气动悬架系统
该系统可根据车辆的行驶状态对车身的离地高度进行调整。
(1)气泵单元
气泵单元包括干式电动空气压缩机、空气干燥器、吸气口及相应的气管。空气供给装置安装在备胎坑下方,上述所有元件都通过弹簧及橡胶支承固定在一个钢板支架上,以隔离噪声。空气压缩机可输出1.18MPa的系统压力,其内部有一个压力限制阀,用来防止该装置的压力过高。吸入的空气是从左后车轮拱板处经吸气消音器和空气干燥器而来的。空气干燥器可自行完成再生修复,不需要进行任何保养。
(2)悬架调节策略 该车型气动悬架系统可实现车辆的3种不同高度(图12)。如果人为地选择车身高位,那么,当车辆低速行驶时,车身会一直处于高位。但当车速达到或超过100km/h,车身会立即自动回落到基本高度。如果车辆以120km/h的车速行驶30s,那么车身会自动下降到低位。如果车速低于70km/h长达120s或低于35km/h,那么车身会自动升到基本高度。
二、平视显示系统
该系统通过光学系统将各种车辆信息投影显示到驾驶员视野中。驾驶员只需保持端坐姿态,将目光稍加移动即可看到这些信息。与组合仪表相比,平视显示系统具备以下优点:①平视显示内容靠近驾驶员正常驾驶时视野的边缘,驾驶员观察信息时目光移动范围较小;②驾驶员在观察信息时,眼睛不必像查看组合仪表时那样对明暗环境做出调整:③由于平视显示系统的显示内容成像在驾驶员前方2~2.5m处,悬浮在发动机舱盖上方(图13),所以眼睛的聚焦时间明显短于观察组合仪表时所需的时间。
1.投影控制单元J898
平视显示系统的核心元件是投影控制单元J898。平视显示系统所需的所有光学、机械和电气元件都安装在这个控制单元中。
2.光学系统
为产生平视显示,平视显示系统用一个非常明亮的光源从后部透射1个高分辨率液晶显示器。光源共由15个发光二极管组成。所发出的光束通过2面转向镜投射到前风挡玻璃上。其中一面转向镜是可调的,用于设置平视显示的高度。这2面转向镜的另一个作用是纠正由前风挡玻璃的曲率造成的图像变形。
液晶显示器由薄膜晶体管矩阵构成,可使显示图像的亮度持续地与当前的环境光线相匹配。为此。控制单元J898分析由雨量/光线传感器G397探测到的环境亮度后,自动调节显示亮度,使驾驶员在阳光直射的条件下也能清晰准确地读取显示内容。
3.风挡玻璃
风挡玻璃是平视光学系统的重要组成部分。在风挡玻璃中夹有聚乙烯醇缩丁醛夹层,光学系统正是利用夹层界面的反射光来成像的。为使驾驶员不会看到重影,风挡玻璃夹层做成了楔形(图14)。这一点在更换风挡玻璃时要特别注意,切不可用普通风挡玻璃替代。