汽車已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的部分，方向盤+換擋桿+踏板的組合似乎已經(jīng)成為天經(jīng)地義的汽車控制方式,，但是它們各自的作用機(jī)理卻鮮有人明了,。就以我們手中的方向盤為例，廣大車友對(duì)于常見的各類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概念仍舊模糊,，比如“電動(dòng)助力和液壓助力的差別”,，“可變助力是怎么回事”等等問題都是大家所好奇的，下面,，我們就要為大家系統(tǒng)的介紹各類常見的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，為大家解答這些問題，并與大家一起討論各種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的玄機(jī)和奧秘,。

 

     由于篇幅較長,，所以我們本文介紹的是我們現(xiàn)在最常見的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，解讀“助力從何而來”并介紹助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類,。

    助力轉(zhuǎn)向,，顧名思義，就是通過增加外力來抵抗轉(zhuǎn)向阻力,，讓駕駛者只需更少的力就能夠完成轉(zhuǎn)向,，也稱動(dòng)力轉(zhuǎn)向，英文為power steering,，最初是為了讓一些自重較重的大型車輛能夠更輕松的操作,，但是現(xiàn)在已經(jīng)非常普及,，它讓駕駛變得更加簡單和輕松，并且讓車輛反應(yīng)更加敏捷,，一定程度上提高了安全性,。助力轉(zhuǎn)向按照助力的來源不同，可以分為兩大類---液壓助力和電動(dòng)助力,。

液壓助力

    液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的由來最早要追溯到1902年的2月,，英國的Frederick W. Lanchester發(fā)明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。之后類似的發(fā)明分別有美國和加拿大的發(fā)明家相繼注冊(cè)專利,。而在汽車生產(chǎn)廠商中,，克萊斯勒率先實(shí)現(xiàn)了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的商業(yè)化生產(chǎn)，將其命名為Hydraguide油壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，并于1951年將其搭載在克萊斯勒的第六代Imperial（譯為帝王）車型上,。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以電子泵代替機(jī)械泵的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，所以目前液壓助力的主要分為機(jī)械式液壓助力和電子液壓助力兩類,，另外,，在機(jī)械式液壓助力的基礎(chǔ)上還派生出了電子伺服的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),。

克萊斯勒第六代Imperial的1951款車型，是最早正式配備液壓助力轉(zhuǎn)向的車型

    機(jī)械式液壓助力

    我們來看機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向的主要原理,，它是基于機(jī)械式的齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)而來,，增加了一整套液力系統(tǒng)，包括儲(chǔ)液罐,、液壓助力泵,、與轉(zhuǎn)向柱相連的機(jī)械閥、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上的液壓缸和能夠推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿的活塞等等,。

機(jī)械式液壓助力示意
機(jī)械式液壓助力正視結(jié)構(gòu)圖

    機(jī)械式助力轉(zhuǎn)向提供液壓的液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng),，也就是說只有發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向泵才能夠運(yùn)轉(zhuǎn),，這就是為什么發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后方向盤助力消失的原因,。在轉(zhuǎn)向機(jī)上，有一個(gè)能夠隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械閥,，當(dāng)方向盤未左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，活塞兩側(cè)腔室內(nèi)壓力一一致，處于平衡狀態(tài),。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，連接在轉(zhuǎn)向柱上的機(jī)械閥就會(huì)相應(yīng)的打開或關(guān)閉，一側(cè)油液不再經(jīng)過液壓缸而直接回流至儲(chǔ)油罐,，另一側(cè)油液繼續(xù)注入液壓缸內(nèi),，活塞兩側(cè)產(chǎn)生壓差,，便會(huì)在液力的作用下被推動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生輔助力度推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿,，讓車輪轉(zhuǎn)向,，使我們轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤所需的力度大大減小。

 
在轉(zhuǎn)向時(shí),，機(jī)械閥的開閉使活塞兩側(cè)產(chǎn)生液壓差,，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿

    液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有一個(gè)好處,，就是提升舒適性和安全性,，車輪的劇烈跳動(dòng)和遇到坑洼路面導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)非自主的轉(zhuǎn)向時(shí)，通過液壓對(duì)活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動(dòng),，使傳遞到方向盤上的震動(dòng)大大減少,。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)還提升了安全性，比如使用傳統(tǒng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)的車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎遇到坑洼突然變向,，齒條會(huì)帶動(dòng)齒輪使方向盤反轉(zhuǎn),，出現(xiàn)“打手”的情況，很容易使駕駛者的手部受到傷害,，在液壓助力的車輛上就不會(huì)有這樣的問題,。

    機(jī)械式液壓助力特點(diǎn)：整套系統(tǒng)均為機(jī)械結(jié)構(gòu)，從由皮帶驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式液壓泵到轉(zhuǎn)向柱上的液壓機(jī)械閥體,，沒有任何電子系統(tǒng),，技術(shù)成熟穩(wěn)定、可靠性高,、適用范圍很廣,，即使車輛的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，失去助力,，還是能夠依靠傳統(tǒng)的齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)向,。缺點(diǎn)是構(gòu)造較復(fù)雜，占用空間較大,，制造成本較高,，也使得保養(yǎng)維護(hù)的難度和成本都比較高。并且由于液壓泵靠發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng),，所以會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分動(dòng)力,，影響燃油經(jīng)濟(jì)性和車輛的動(dòng)力性，尤其是對(duì)于動(dòng)力本身就相對(duì)孱弱的小排量車型的影響比較明顯,。另外,，單純的機(jī)械式液壓助力系統(tǒng)助力力度不可調(diào)節(jié)，很難兼顧低速和高速行駛時(shí)對(duì)指向精度的不同需求,。

    電子液壓助力 

    所謂的電子液壓助力,，Electro-hydraulic power steering,，簡稱EHPS，其助力原理與機(jī)械式液壓助力完全相同,，而與機(jī)械式液壓助力最大的區(qū)別就是不再使用由發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)的液壓泵,，而是換成了電力驅(qū)動(dòng)的電子泵。

    電子液壓助力的優(yōu)勢(shì)首先體現(xiàn)在能耗上,，首先由電能驅(qū)動(dòng)的電子泵使用發(fā)電機(jī)和電池輸出的電能,，不再消耗發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力，電子泵的啟動(dòng)和關(guān)閉全部由電子系統(tǒng)控制,，在不做轉(zhuǎn)向動(dòng)作的時(shí)候,，電子泵關(guān)閉，不像機(jī)械液壓助力泵那樣始終與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng),，進(jìn)一步減小能耗,。

    其次，電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元,，能夠通過對(duì)車速傳感器,、橫向加速度傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器等傳感器的信息的處理,，通過實(shí)時(shí)改變電子泵的流量來改變轉(zhuǎn)向助力的力度大小,，也就是隨速可變助力功能。當(dāng)然,，并不是只有電子液壓助力能夠?qū)崿F(xiàn)助力隨速可變,，我們將會(huì)在之后的文章中為大家詳細(xì)介紹各種“可變”的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

    電子液壓助力從上世紀(jì)90年代后期開始逐漸普及,，福特、大眾,、豐田,、本田、馬自達(dá),、標(biāo)致,、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統(tǒng)的車型。我們熟悉的馬自達(dá)3,、凱旋等車型使用的都是這樣的系統(tǒng),。

我們熟悉的馬自達(dá)3等車型使用的就是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

    電子液壓助力為何無法取代機(jī)械液壓助力？

    無論是從技術(shù),、功能,、還是經(jīng)濟(jì)性方面來看，電子液壓助力都較機(jī)械式液壓助力更具優(yōu)勢(shì),，但是,，目前電子液壓助力并沒能夠取代機(jī)械式液壓助力,，主要原因有如下幾方面：

    1.電子液壓助力成本更高。相對(duì)機(jī)械式的液壓助力系統(tǒng),，加入了電控系統(tǒng)換上電子泵后,、電子液壓助力的制造成本更高，技術(shù)也更加復(fù)雜,，保養(yǎng)維修的難度和成本也隨之提高,。

    2.可靠性不及機(jī)械液壓助力。電子液壓助力除了會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)的故障外,，還增加了電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性,，因而可靠性不及傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)。

    3.助力力度有限,。雖然使用電子泵有明顯優(yōu)勢(shì),，但是，電子泵需要由發(fā)電機(jī)的電能驅(qū)動(dòng),，而車載發(fā)電機(jī)的本身功率和蓄電池能夠提供的最大電流都有限,，所以電子泵的功率也受到限制，能承載的負(fù)荷也有限,。所以目前使用電子液壓助力的車型大多為中小型車輛,。對(duì)于需要較大助力力度的車輛而言，電子液壓助力系統(tǒng)就有些鞭長莫及了,。

    4.進(jìn)化的機(jī)械液壓助力系統(tǒng),。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子液壓助力的隨速可變功能在進(jìn)化的機(jī)械液壓助力系統(tǒng)上也已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)（使用電磁閥體技術(shù)）,，甚至在機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上衍生出了可變速比的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，所以可靠性和可承載負(fù)荷都更高的機(jī)械液壓助力系統(tǒng)依然受到廠商的歡迎。

電動(dòng)助力

圖為ZF的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品

    電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric power steering 簡稱EPS or EPAS) ）也是上世紀(jì)90年代后期開始才逐漸應(yīng)用到量產(chǎn)車上的轉(zhuǎn)向技術(shù),，與液壓助力系統(tǒng)一樣,，仍然是基于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)而來，只不過助力機(jī)構(gòu)由復(fù)雜的液壓機(jī)構(gòu)變成了依靠電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力的系統(tǒng),。

    從示意圖上我們可以看出,，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單，沒有了液壓泵,、儲(chǔ)液罐,、液壓管路和轉(zhuǎn)向柱閥體結(jié)構(gòu)，而是由傳感器,、控制單元和助力電機(jī)構(gòu)成,。在轉(zhuǎn)向柱位置安裝了轉(zhuǎn)矩傳感器，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)矩傳感器探測(cè)到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,，并將之轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給控制器,，車速傳感器也同時(shí)信號(hào)傳給控制器，控制器運(yùn)算夠供給電機(jī)適當(dāng)?shù)碾妷?，?qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),，電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)將扭矩放大推動(dòng)轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)助力,。其根據(jù)速度可變助力的特性能夠讓方向盤在低速時(shí)更輕盈,，而在高速時(shí)更穩(wěn)定。

    電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向根據(jù)作用位置的不同主要有兩種結(jié)構(gòu),。這兩種結(jié)構(gòu)分別是對(duì)轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向拉桿施加助力,。對(duì)轉(zhuǎn)向柱施加助力的電動(dòng)助力結(jié)構(gòu)，是將助力電機(jī)（帶有減速機(jī)構(gòu),，起放大扭矩作用）直接接駁在轉(zhuǎn)向柱上,，電機(jī)輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上，相當(dāng)于電機(jī)直接幫助我們轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤,。

（上圖）對(duì)轉(zhuǎn)向柱作用的電動(dòng)助力系統(tǒng)直接接駁在轉(zhuǎn)向柱上,，對(duì)轉(zhuǎn)向柱施加助力

    另一種結(jié)構(gòu)是將助力電機(jī)布置在轉(zhuǎn)向拉桿上，直接用助力電機(jī)（帶有減速機(jī)構(gòu),，起放大扭矩作用）推動(dòng)拉桿幫助車輪轉(zhuǎn)向,，這種結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且便于布置,，目前使用比較廣泛,。而且這種結(jié)構(gòu)相對(duì)第一種結(jié)構(gòu)而言，方向盤轉(zhuǎn)向部分與電機(jī)輔助是相對(duì)獨(dú)立的,，路面的信息能夠很好的通過輪胎,、齒輪齒條機(jī)構(gòu)回饋至方向盤處，較第一種結(jié)構(gòu)擁有更加清晰的“路感”,，更好的兼顧了駕駛樂趣,。目前在國內(nèi)，我們熟悉的第六代高爾夫,、睿翼都采用了這種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

第二種結(jié)構(gòu)是用助力電機(jī)推動(dòng)轉(zhuǎn)向拉桿,，電機(jī)和轉(zhuǎn)向柱機(jī)構(gòu)是分開的
睿翼的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，使用的就是第二種結(jié)構(gòu)
高爾夫6采用也就是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，使用的也是第二種結(jié)構(gòu)

    電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣

    相比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向有諸多優(yōu)勢(shì)：

    1.其結(jié)構(gòu)簡單緊湊,，制造成本低，工藝相對(duì)簡單,，后期的維護(hù)和保養(yǎng)也更加簡單,。

    2.系統(tǒng)損耗低（不會(huì)像液壓助力一樣有助力液損耗）,，運(yùn)行噪音低，不會(huì)有液壓泵或電子泵運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音,，提升舒適性

    3.助力力度能夠隨速可變,，滿足車輛高速和低速行駛時(shí)對(duì)助力大小的不同需求，響應(yīng)速度較液壓助力系統(tǒng)更快更直接,。

    4.同時(shí),，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向有著良好的經(jīng)濟(jì)性，純電能驅(qū)動(dòng),，較機(jī)械液壓助力能耗低,。

    5.它可與其它電子系統(tǒng)聯(lián)用。在一些高端車型上,，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與其他系統(tǒng)共享總線數(shù)據(jù),，與可變阻尼懸掛、電子穩(wěn)定系統(tǒng)等電子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),，提升車輛的操控性能和主動(dòng)安全表現(xiàn),。

    當(dāng)然，它也有一些缺點(diǎn),，首先是可靠性的問題,，雖然現(xiàn)在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是電子系統(tǒng)還是要比純機(jī)械結(jié)構(gòu)“嬌氣”一些,。其次,，就像電子液壓助力系統(tǒng)一樣，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向遇到的仍然是功率的瓶頸問題,，對(duì)于目前的大多數(shù)車輛來說,，使用的都是12V的電源系統(tǒng)，能夠帶動(dòng)的助力電機(jī)功率有限,，雖然可以通過搭配不同的減速機(jī)構(gòu)改變助力電機(jī)的承載能力,，適應(yīng)范圍較電子液壓助力更廣，但是改變范圍畢竟有限,，對(duì)于轉(zhuǎn)向負(fù)荷較大的大型車輛來說,，電動(dòng)助力仍然有些力不從心，只有在搭載高容量電池的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車這類車型上上,，才能夠有希望匹配大功率的助力轉(zhuǎn)向電機(jī),。

小結(jié)：

    本文簡單介紹了目前主要的兩大類轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，并將它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)做了簡單的介紹,，相信大家都已經(jīng)有了初步的理解,。在接下來的文章中我們將會(huì)針對(duì)實(shí)際車型做“可變助力”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的解讀，并將帶領(lǐng)大家回顧傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，敬請(qǐng)期待,。

下期預(yù)告：

    在方向盤下的玄機(jī)（2）中,，我們將帶您詳細(xì)了解各種“可變”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：凱旋與標(biāo)致307的GEP、高爾夫等車型的EPS,、別克新君威的Magnasteer,、寶馬的AFS、豐田新皇冠,、雷克薩斯LS上的VGRS...我們將一一為您揭開“光環(huán)”下的玄機(jī),。