[汽車之家 技術(shù)] 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)。
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。
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，尤其是對于動(dòng)力本身就相對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)。
『凱旋、老款的?？怂?/a>等車型使用的都是電子液壓助力』
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，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，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。
