助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解讀

1、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解讀    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

2、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-液壓助力和電動助力。 機(jī)械液壓助力    液壓動力轉(zhuǎn)向的由來最早要追溯到1902年的2月，英國的Frederick

3、W. Lanchester發(fā)明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驅(qū)動轉(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

4、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)動機(jī)通過皮帶驅(qū)動，也就是說只有發(fā)動機(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，有一個能夠隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動的機(jī)械閥，當(dāng)方向盤未左右轉(zhuǎn)動時(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)動時(shí)，連接在轉(zhuǎn)向柱上的機(jī)械閥就會相應(yīng)的打開或關(guān)閉，

5、一側(cè)油液不再經(jīng)過液壓缸而直接回流至儲油罐，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，便會在液力的作用下被推動，進(jìn)而產(chǎn)生輔助力度推動轉(zhuǎn)向拉桿，讓車輪轉(zhuǎn)向，使我們轉(zhuǎn)動方向盤所需的力度大大減小。    液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有一個好處，就是提升舒適性和安全性，車輪的劇烈跳動和遇到坑洼路面導(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，使傳遞到方向盤上的震動大大減少。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，齒條會帶動齒輪使方向盤反轉(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

6、上就不會有這樣的問題。    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)動機(jī)皮帶驅(qū)動，所以會消耗發(fā)動機(jī)的一部分動力，影響燃油經(jīng)濟(jì)性和車輛的動力性，尤其是對于動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)

7、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)動機(jī)通過皮帶驅(qū)動的液壓泵，而是換成了電力驅(qū)動的電子泵。    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)動機(jī)本身的動力，電子泵的啟動和關(guān)閉全部由電子系統(tǒng)控制，在不做轉(zhuǎn)向動作的時(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)動機(jī)聯(lián)動，進(jìn)一步減小

8、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?？怂沟溶?/p>

9、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出現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)

10、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，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

11、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上衍生出了可變速比的主動轉(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。 電動助力    電動助力轉(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)變成了依靠電動機(jī)產(chǎn)生助力的系統(tǒng)。    從示意圖上我們可以看出，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單，沒有了液壓泵、儲液罐、液壓管路和轉(zhuǎn)向柱閥體結(jié)構(gòu)，而

12、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)動時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器探測到轉(zhuǎn)動力矩，并將之轉(zhuǎn)化成電信號傳給控制器，車速傳感器也同時(shí)信號傳給控制器，控制器運(yùn)算夠供給電機(jī)適當(dāng)?shù)碾妷?，?qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)將扭矩放大推動轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿運(yùn)動，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)分別是對轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向拉桿施加助力。對轉(zhuǎn)向柱施加助力的電動助力結(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

13、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)動方向盤。    另一種結(jié)構(gòu)是將助力電機(jī)布置在轉(zhuǎn)向機(jī)上，直接作用于轉(zhuǎn)向拉桿，用助力電機(jī)（帶有減速機(jī)構(gòu)，起放大扭矩作用）推動拉桿幫助車輪轉(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。我們所熟悉的寶馬、奧迪、大眾、通用等品牌使用的都是這種作用方式的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。我們所熟悉的寶馬、奧迪、大眾、通用等品牌使用的都是這種直接作用于轉(zhuǎn)向拉

14、桿的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)    電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣    相比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向有諸多優(yōu)勢：    1.其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造成本低，工藝相對簡單，后期的維護(hù)和保養(yǎng)也更加簡單。    2.系統(tǒng)損耗低（不會像液壓助力一樣有助力液損耗），運(yùn)行噪音低，不會有液壓泵或電子泵運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音，提升舒適性    3.同時(shí)，電動助力轉(zhuǎn)向有著良好的經(jīng)濟(jì)性，純電能驅(qū)動，較機(jī)械液壓助力能耗低。    4.它可與其它電子系統(tǒng)

15、聯(lián)用，有著強(qiáng)大的功能擴(kuò)展性。最基本的是“助力力度隨速可變”，能夠根據(jù)車速傳感器的信息調(diào)節(jié)助力力度大小，滿足車輛高速和低速行駛時(shí)對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。    在一些高端車型上，電動助力轉(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，提升車輛的操控性能和主動安全表現(xiàn)。同時(shí)，伺服式的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠依靠電機(jī)非常精確的控制車輛的轉(zhuǎn)向角度，因此，自動泊車的功能和車道保持系統(tǒng)自動糾正方向的功能（還有一種依靠制動實(shí)現(xiàn)方向糾正的方式）才得以實(shí)現(xiàn)。     之前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比較

16、大的問題是可靠性的問題，現(xiàn)在電動助力轉(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。尤其是在激烈駕駛情況下，助力電機(jī)容易出現(xiàn)過載，影響助力系統(tǒng)工作，所以很多考慮激烈駕駛工況的性能車型都還在使用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。    其次，就像電子液壓助力系統(tǒng)一樣，電動助力轉(zhuǎn)向遇到的仍然是功率的瓶頸問題，對于目前的大多數(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，對于轉(zhuǎn)向負(fù)荷較大的大型車輛來說，電動助力仍然有些力不從心，只有在搭載高容量電池的混合動力車或電動車這類車型上上，才能夠有希望匹配大功率的助力轉(zhuǎn)向電機(jī)。