VDC車輛動態控制(Vehicle Dynamics Contral)

2020-12-04 專注汽車資訊解說

道路在雨後會因為路面的不平整或是排水系統不良,而在路面出現一灘灘的積水。為了到山林之中吸收大量的芬多精,而必需通過蜿蜒的山路。以上的路況都有機會使車輛發生難以控制的狀況。為了讓駕駛者能夠在難以控制車輛的慌亂情況之下把車輛安全的帶離危險地帶,以及將處於失控邊緣的車輛給安全的帶回到正常的行駛路線,或是預防車輛在極度操控時達到失控狀況,因此能夠主動控制車輛動態表現的「VDC車輛動態控制系統」於是因應而生。

為了讓VDC車輛動態控制系統能夠主動控制車輛的動態表現,因此VDC車輛動態控制系統就必須結合ABS防死鎖煞車系統、TCS循跡控制系統、BLSD煞車式防滑差速器等系統的功能,以控制四個車輪的轉動速度來改變車輛在行駛中的姿態,並且使車輛在道路上以更佳的路線去行駛。藉由VDC的控制讓以非直線狀態行駛的車輛能夠有最佳的行駛路線,這樣就能夠提升車輛在行駛中的穩定性,尤其是當車輛在溼滑路面或是在過彎時,因而在提升車輛穩定性的同時也大大的增加了車輛在行駛當中的安全性。

Nissan汽車是全球汽車製造廠中少數具有能力開發車身穩定系統的廠商,Nissan汽車的VDC車輛動態控制系統更是其中的翹楚。Nissan的VDC最早是配置在1998年的Cima車型(日規Infiniti Q45),之後陸續配置在Nissan與Infiniti品牌的車型之上,現今的Infiniti Q45、M45、G35、FX35等車型,更是將VDC列為標準配備。

當車輛在過彎時發生了轉向不足或是轉向過度的情況時,VDC系統會適時的利用ABS、TCS、BLSD的功能以介入控制車輛在行駛中的車身姿態。一輛行駛中的汽車,其車上的「VDC統合控制電腦」會隨時的接受「G值傳感器」、「方向盤角度傳感器」、「車輪速度傳感器」等等傳感器的信號,當「VDC統合控制電腦」判定出車輛正處於轉向不足或是轉向過度的不穩定狀態時,VDC系統會利用ABS系統去控制煞車系統進行煞車的動作,透過BLSD系統的控制去針對單一個或是多個車輪進行煞車的動作,再輔以TCS適當的降低引擎的扭力輸出,來調整汽車於變換車道或在過彎時的車身姿態,使汽車在變換車道或是過彎時能夠更加的平穩而安全。

車輪與驅動及轉向的關係

駕駛者在扭轉方向盤之後車輪就隨著這個動作而產生轉動,並且使車輛在道路上轉彎。為什麼車輛會轉彎呢?車輪又是如何的轉動呢?。

汽車的驅動方式分別有前輪驅動、後輪驅動、四輪驅動這三種模式。

前輪驅動:前輪要同時擔負驅動及轉向的工作。

後輪驅動:前輪負責轉向,後輪負責驅動。

四輪驅動:前輪要同時擔負驅動及轉向的工作,後輪也要負擔部分的驅動工作。

驅動輪與抓地力的關係

前輪驅動與後輪驅動的全部動力是經由二個驅動輪將引擎的扭力轉換成牽引力之後,並且將牽引力傳遞到地面使得車輛能夠前進。這種動力傳遞的方式使動力輸出強大的車輛在以大扭力進行起步及過彎時,容易使驅動輪與地面發生打滑,而影響到車輛的性能表現。

在前輪驅動車型的前車輪上面除了有牽引力之外,還有轉向的阻力;而在後輪驅動車型的後車輪上面則是有牽引力以及外滑的阻力;驅動輪的輪帶在受到這些力量的影響之後,一旦受力的總合大於輪帶與地面之間的摩擦力時,就會發生抓地力不足並使車輪產生滑移的情況,在這樣的情況下輕者僅是使車輛輕微的滑移或是轉向不足,嚴重者會使車輛衝出路面或是在車道上面旋轉。此一情形在多種的控制系統被研發出來之後已經逐漸的被改善了;尤其是在安裝VDC車輛動態控制系統之後,讓汽車在不減損動力性能的表現之下,又能夠保持車輛在行駛當中的安全性以及舒適性。

四輪驅動的全部動力是被分散到四個驅動輪上面,在每一個驅動輪都僅需要負擔少許的扭力的情形下,輪帶就不會因為引擎強大的動力輸出而發生打滑的情況,使得四輪驅動的車輛在轉向時會呈現出較為中性化的轉向特性。但是四輪驅動的車輛在轉向過度或是不足的情況發生時,就必須要進行較為複雜的操控動作,才能夠將車身的動態給修正到安全的範圍。此一情形在研發出多種的控制系統之後已經被改善了許多;尤其是在安裝VDC車輛動態控制系統之後,在車輛瀕臨失控的邊緣時,讓駕駛者不須要再進行複雜的操控動作,就能夠安全的駕駛車輛,並且很舒服的往目的地前進。

VDC的夥伴-ABS防死鎖煞車系統

當汽車在道路上做緊急煞車的時候,或是在溼滑路面上進行煞車時,如果有一個車輪發生打滑的情形,輕者會使車身發生晃動,重者則會使車身發生轉動與滑移。如果二個前輪同時發生死鎖的情形,則汽車將無法變換前進的方向,導致汽車循著原來前進的方向直衝過去,並使汽車衝出彎道或是撞上前方的車輛,而發生令人難以想像的危險。

ABS利用油壓泵的做用使煞車油管內的油壓能夠快速的降低,並且又迅速的讓油壓回復到原來的程度;這種有如快速的重複踩踏煞車的動作,使車輪不至於發生被死鎖的情形。ABS讓汽車在車輪可能發生死鎖的緊急狀況下,還能夠順利的改變前進方向以避免發生危險。目前幾乎所有的車型都有裝備ABS,而且ABS在汽車上經過多年的應用及改進之後,現在的ABS已經進入到四輪均可獨立控制的四迴路型ABS系統。

VDC的夥伴-TCS循跡控制系統

當汽車以大扭力做快速起步的動作時,驅動輪會因為車輪的牽引力過大,而導致輪帶與地面之間發生打滑,並且使輪帶發出尖銳叫聲;這種經常在電視畫面出現的情況相信大家並不陌生。然而汽車在加速與減速的過程中以及過彎的時,偶爾也會發生車輪打滑的現象,這種情形尤其會發生在激烈操控車輛的情況下。當驅動輪發生打滑時,會使車輪產生不平順的行駛軌跡;情況輕者讓車身產生晃動,而重者會讓車身產生旋轉。

TCS可以在偵測到驅動輪發生打滑現象時,TCS會立即控制ABS對打滑的車輪進行煞車的動作,同時也會透過ECM的控制使引擎降低輸出動力,以降低驅動輪的牽引力,並且防止驅動輪發生打滑的情況。

VDC的夥伴-BLSD煞車式防滑差速器

車輛行經低摩擦路面時,BLSD系統會對因為打滑而轉速過快的車輪進行煞車,讓行駛中的車輛不至於發生搖擺的現象,而能夠在低摩擦路面上平穩的做直線行駛,或是以順暢的弧形路線通過彎道。

當左、右驅動輪的其中之一陷入沙地等低摩擦力的路面時,位於低摩擦力路面的那一個車輪就會獲得較多的動力,而使車輛的行駛產生困難。萬一車輪是陷落到水溝時,則陷落到水溝的車輪就會獲得全部的動力,而使車輛停在原地動彈不得。BLSD系統能夠利用ABS煞車的作用降低位於低摩擦力路面或是水溝的車輪所獲得的動力,而讓停留在正常路面上的車輪獲得較多的動力,於是汽車的行駛就不再發生困難,或是讓受困的車輛得以脫離困境。

VDC對車身動態的修正-轉向過度

當車輛在過彎時發生了轉向過度的情況,VDC系統會依照「G值傳感器」、「方向盤角度傳感器」、「車輪速度傳感器」等等傳感器傳來的信號做計算,然後利用BLSD控制ABS對於彎外側的前車輪與後車輪進行煞車的動作。前車輪與後車輪的轉速被降低了以後,車身前後方向的軸線會逐漸往彎外側旋轉,同時也將重心的位置往彎外側移動。於是汽車的行進路線便會往彎外側滑移,使車輛的行進路線從轉向過度轉變成轉向中性,讓汽車得以平穩且安全的通過彎道。

VDC對車身動態的修正-轉向不足

當車輛在過彎時發生轉向不足的傾向時,VDC系統會依照「G值傳感器」、「方向盤角度傳感器」、「車輪速度傳感器」等等傳感器傳來的信號做計算,然後利用BLSD控制ABS對彎內側的後車輪進行煞車的動作,以降低彎內側後車輪的轉速,車身前後方向的軸線會逐漸往彎內側旋轉,同時也將重心的位置往彎內側移動。讓汽車的車身往彎內側偏滑,而使車輛的行進路線移往彎內側,最後車輛的行進路線就會從轉向不足變成轉向中性,於是車輛便得以平穩且安全的通過彎道。

當車輛在過彎的時發生轉向不足的情況,這時候由於車身需要修正的方向和轉彎的方一致,因此VDC在利用ABS對車輪進行煞車時,只需要針對彎內側的後輪做煞車動作,就可以讓車身獲得足夠的轉向力矩去改變車身在行駛中的動態,以避免車輛發生過度修正的情形而發生駕駛上的困擾與車身的晃動。所以在發生轉向不足時VDC只對彎內側的後輪做煞車,就是為了要在迅速調整車身動態的同時,讓車輛仍然保有優良的乘坐舒適性。

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