方向盤可變轉向系統的原理知識

引言: 汽車已經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成為天經地義的汽車控制方式,但是它們各自的作用機理卻鮮有人明瞭。就以我們手中的方向盤為例,廣大車友對於常見的各類轉向系統概念仍舊模糊,比如“電動助力和液壓助力的差別”,“可變助力是怎麼回事”等等問題都是大家所好奇的,下面,將會針對近來流行的各類“可變”轉向系統進行系統的介紹,讓大家瞭解所謂的“可變”轉向的真面目。

方向盤可變轉向系統的原理知識

首先,我們要將“可變”助力大體劃分為兩個陣營:僅助力力度可變的助力轉向系統以及速比可變的助力轉向系統。我們先從僅能改變助力力度的轉向系統看起。

可變助力的優勢:能夠隨車速改變助力力度,在泊車等低速行駛狀態下轉動方向盤更加輕盈省力,對臂力較小的女性尤為方便,而當車輛高速行駛時,則能夠減少助力,使方向盤轉動阻力增大,手感變沉,不再像低速時那樣靈敏,車輛的方向會變得更容易控制,提升車輛的高速行駛穩定性。

“進化”的機械式液壓助力--增加電子控制單元+電磁閥

代表車型:別克新君威

在方向盤下的玄機(1)中,我們已經提到過,隨著技術的發展,在助力轉向系統中年代最久遠的機械式液壓助力系統也在不斷的進化著,當今的機械式液壓助力系統同樣能夠實現可變助力的功能,做到高速時沉穩、低速輕盈。

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新君威的magnasteer系統示意圖,該系統由德爾福提供

新君威使用的“MAGNASTEER磁力可變助力轉向系統”憑藉其特立獨行的名稱讓很多消費者雲裡霧裡琢磨不出其本質,但是其實它的原理並不複雜:與傳統的機械式液壓助力系統相比,這類系統多出了一套能夠讀取速度傳感器信息的電子控制單元,並與轉向柱連接的機械閥上增加了電磁閥機構。通過電流控制電磁閥開度,可以改變助力油液的流量,使得油液推動助力活塞的力量被改變,就實現了助力力度的調節。控制單元根據車速傳感器的信號對電磁閥開度進行控制,便做到了助力力度隨速可變的功能。而這種系統的轉向執行機構、液壓泵等部件仍然是我們所熟悉的。

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轉向系統透視圖

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安裝在轉向柱下端的電磁閥結構

Servotronic伺服式助力轉向

而這種在機械液壓助力系統上增加電磁閥的方法,並非只被新君威所採用,這類轉向系統目前的使用其實非常廣泛,耳熟能詳的Servotronic伺服式可變助力轉向系統也是這種類型的轉向系統。很多人把這套系統稱作電子液壓助力系統,從組成上看,它確實有電控單元不假,但是並沒有電子泵結構,系統的關鍵依然是加在傳統機械閥體之上的電磁閥結構,所以它不應當與電子液壓助力轉向相混淆,依舊是屬於“進化型”的機械式液壓助力轉向系統。

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Servotronic伺服式助力轉向

我們以汽車底盤、轉向、傳動技術的大牌--ZF(採埃孚)生產的Servotronic伺服式液壓助力轉向系統產品為例,給大家做一簡單介紹:Servotronic轉向系統的作用原理與新君威的magnasteer系統相同,控制單元根據車速傳感器的信號對電磁閥開度進行控制,通過改變助力液流量實現對轉向機構液壓缸內的油液壓力的調節,進而改變助力力度,相比使用電子泵的電子液壓助力系統有著更高的可靠性,並且依舊保持機械液壓助力系統的較高負載能力和可靠性較高等優勢,尤其適合那些對轉向系統的負載能力要求較高並且需要精準操控性的車型。

方向盤可變轉向系統的原理知識
方向盤可變轉向系統的原理知識

Servotronic伺服式助力轉向系統組成及結構簡圖

在市面上,搭載伺服式液壓助力轉向系統的車型不在少數,奧迪、大眾、寶馬、保時捷以及沃爾沃等知名歐洲廠商的產品(如大眾輝騰、寶馬3系等)都曾使用或仍在使用這種轉向系統。

這些車型匹配的都是Servotronic伺服式液壓助力轉向系統。

電子液壓助力

代表車型:凱旋、海馬歡動

關於電子液壓助力的特性我們已經介紹的很清楚了,由於電子液壓泵的運轉由控制單元一手掌握,所以其轉速高低不僅可變並且能夠隨時根據控制單元的指令進行變化,自然能夠輕鬆實現助力力度的改變。忘記電子液壓助力轉向的特點了?

在國內,電子液壓助力的使用非常廣泛,馬自達3、PSA(標緻雪鐵龍)旗下的凱旋、307(部分車型)等均採用電子液壓助力,在自主品牌中,海馬歡動則是電子液壓助力系統的典型代表,其“SSPS轉速可變式助力轉向系統”的真身實際上就是電子液壓助力系統。

比較有意思的是標緻雪鐵龍(PSA)家族的這套被稱作“GEP”的電子液壓助力轉向系統,在正常情況下,GEP電子泵的轉速與車速成反比,車速越高,電子泵轉速越低。通常在低速時電子泵轉速為3000rpm,而高速時會降到800rpm,帶來了泊車時轉向輕盈而高速行駛時厚重沉穩的手感。並且據稱該系統要比傳統的機械式液壓助力轉向系統節省油耗0.1-0.2L/100km。

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凱旋的電子液壓助力系統組成示

相比一般的電子助力轉向系統,它的特別之處在於其在結構上多出了一個檢測方向盤轉動速度的角速度傳感器,賦予了其大多數電子液壓助力轉向系統所不具備的“緊急避險模式”,當駕駛者以很快的速度轉動方向盤時,控制單元會根據收到的角傳感器信息瞬間提高電子泵轉速至5000rpm,轉向助力會瞬間提升,這種設計的本意是為了幫助駕駛者能夠在遇到突發情況時儘快改變方向避險,但是實際上,這套系統並未像理論上那般發揮其作用,原因在於很多消費者在購車後根本就不知道自己的愛車具備這樣的功能,在遇到突發狀況時他們仍然會以正常的轉向力度轉動方向盤,而此時方向盤卻比他們想象的要輕得多,導致方向盤轉動角度大大高於實際所需的角度,車輛會出現過度的轉向,在駕駛者意識到這種情況反打方向時又很容易造成糾正方向過度,反而增加了發生事故的風險。如果您一直都沒有想明白為什麼自己的車子突然像個瘋子般不聽使喚,那麼,這個“緊急避險模式”就是您一直在找的答案。請牢記:如果駕駛配置了GEP可變助力轉向系統的車型,緊急併線時一定要控制轉動方向盤的力度,並對轉向阻力突然大幅減小做好心裡準備。

電動助力

代表車型:新奧拓、6代高爾夫、睿翼

關於電動助力轉向,我想在這裡完全不需要再介紹其助力力度變化的機理了。我們知道以電子馬達提供助力的電動助力轉向系統在執行效率和響應速度方面都是液壓助力系統所不能比擬的。而且,與車輛系統總線連接的控制單元能夠讓這套系統發揮更多的作用,我們熟悉的“自動泊車”功能中車輛之所以能夠自動轉向,就是依靠行車電腦與電動助力轉向系統的聯動實現的。

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