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轉向系統(tǒng)的稱霸:方向盤底下的秘密你知道多少?

發(fā)布時間:2016-02-04 責任編輯:susan

【導讀】轉向系統(tǒng)對主觀操控感受的影響甚至高于懸架本身,想選臺操控滿意的車子,還真得懂點轉向技術。而平時我們聽到的多是:“這車裝備的是電子轉向”,“它的轉向是可調的”,“電子可變轉向省油”,“主動轉向應該是最厲害的”… 已經暈了吧?別說你,4S店銷售自己也不明白,但還得“專業(yè)地”向你介紹。
 
【液壓助力轉向系統(tǒng)】
  
可能有些學車早的人跟我一樣,開過駕校里不帶助力的桑塔納。而如今的轎車已經極少再有純靠人力轉向的了,基本都配備了轉向助力。液壓助力轉向系統(tǒng)是歷史最悠久的轉向助力技術,統(tǒng)治地球已經快70年了,至今還占據新車型的大半江山(簡稱HPS)。
 
圖2.經典液壓助力轉向系統(tǒng)(HPS)
  
助力泵通過皮帶連著發(fā)動機,轉向機負責把方向盤的動作變?yōu)榫_的液壓推動力,拉動車輪轉向。
  
這個系統(tǒng),只要發(fā)動機工作,系統(tǒng)就有助力,一直被廣泛沿用,因為如下優(yōu)點:
 
1.功率密度高。不必占用太多空間,就可以實現很大助力,這也是液壓系統(tǒng)的先天優(yōu)勢,車子越重,優(yōu)勢越突顯;
2.路感清晰敏銳。這也是HPS的先天優(yōu)勢,因為系統(tǒng)機械慣量很小。注意,這個優(yōu)勢至今還沒有被任何新技術逾越;
3.手感柔滑。液壓油具有天然粘滯特性,因此HPS天生手感絲滑柔順。
 
圖3.寶馬E46轉向機總成(ZF制造)
 
當然,HPS的市場配套份額也在逐年遞減,因為如下缺點:
 
1.經濟性不好。發(fā)動機時刻帶著助力泵轉,不管你是否打方向都在消耗燃料。浪費掉的能量變成熱量讓油液升溫,因此HPS通常還需要一個專用散熱器;
2.助力特性無法兼顧全車速。大家都知道,車速越快,方向盤越輕。這可難壞了工程師:若要低速輕便,那高速就會發(fā)飄;要高速穩(wěn)定,那低速轉向就會費勁;取平均的話,又可能兩邊挨罵。最讓工程師不省人事的是,在停車挪車時,發(fā)動機通常工作在怠速,泵的輸出功率也處于最小,這時司機卻需要最大助力,矛盾+郁悶啊!
3.天冷天熱,手感會不一樣。原因很簡單,轉向油的粘度受溫度影響大唄!
4.系統(tǒng)零件種類多,裝車工藝繁雜耗時。
5.無法做到免維護。以諾諾上海店修過的BMW為例,E46的助力泵下課是常事兒,當你原地轉向時發(fā)現機艙內悶響,就說明離下課不遠了。轉向機漏油要換總成也不少見,還有漂移愛好者半個月燒爛兩套轉向系統(tǒng),才知道對HPS如此缺乏認識。
 
圖4.寶馬E46使用的助力泵(Luk造)
 
1.容易造成連帶損壞。轉向油如同HPS的血液,血液可以運輸能量也能傳播病毒,擴散感染。當轉向泵過度磨損后,金屬磨屑會隨油液在系統(tǒng)里循環(huán)流動,繼續(xù)使用就會造成系統(tǒng)精密零件的二次損壞,比如轉向機里的轉閥(超精密)或其他密封零件。遇到這種維修,必須把系統(tǒng)里每根“血管”翻來覆去洗干凈,再檢查是不是發(fā)生了二次損壞。
2.液壓油容易污染環(huán)境。核心介質是油嘛,漏油、換油都有環(huán)境風險,不多說了。
  
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【電控液壓助力轉向系統(tǒng)】
  
如果夢見上帝說“我只能幫你實現一個愿望”,那么轉向工程師將首選HPS的助力隨車速可變。
  
自從HPS問世以來,工程師就致力于如何讓HPS的助力隨車速增加而減少。早期應用的方案是在泵上做文章,通過巧妙的技術手段,讓泵在高轉速下的輸出反而減少,這樣在高轉速的助力就會有所收斂,方向盤略沉穩(wěn)。一汽大眾早期就有不少車型裝過變排量泵。
  
可是轉速高并不代表車速高,尤其是在中國的駕駛習慣下,因此這樣的設計依然只是過客。
  
可變助力應用最為成熟的方案是在傳統(tǒng)HPS的轉閥附近增加一個電磁閥,根據當前車速對液流特性進行調節(jié),真正實現“原地輕盈,高速穩(wěn)健”的轉向手感。
 
圖5.ZF的Servotronic產品
 
圖6.EHPS使用的電磁閥(奔馳S65 AMG)
 
圖7.火柴盒大小的EHPS電控單元(奧迪A6)
  
這套系統(tǒng)就叫電控液壓助力轉向系統(tǒng)(簡稱EHPS),因為增加了電控部件和電控單元,轉向機也變得更加復雜、精密,系統(tǒng)價格基本翻了一番,因此在高端車里才比較多見。歐洲的奧迪A4老早就不惜血本,用上了EHPS,但以操控著稱的寶馬3系,卻是這輩子都沒想過用它(驚訝吧?)。
 
當然,聰明的寶馬在助力選擇上其實是走了折中路線,只是在懸架上通過技術手段做了補償,提高了高速穩(wěn)定性;并借“路感至上”的名義,冠冕堂皇地解釋了為什么原地轉向比別人重,成功預防了車主抱怨。處處都說明,有個性多么重要!
 
圖8.奧迪A4的EHPS轉向機(ZF造)
  
自從EHPS問世,調校助力大小和車速的關系,就變成一件相當精妙有趣的事情了。當年為了調出一組曲線,在試車場上掛著設備開上一整天車是常事。事實上,最終的手感,在很大程度上依然受制于轉向機核心零件的設計水準和加工精度。
  
當然,還有其他的類型的EHPS。比如在最早的那批Polo上應用的EHPS系統(tǒng),液壓泵終于告別了發(fā)動機,換用電機驅動,而電機的輸出完全聽命于ECU根據車速和方向盤轉速計算出來的“真實需求”。
 
圖9.電動泵EHPS(電子液壓助力)
  
這款EHPS不但實現了助力隨車速變化,還切斷了發(fā)動機和泵的關聯,首次證明了轉向系統(tǒng)節(jié)能是可行的??上Σ⒉婚L,因為對電機要求高,系統(tǒng)造價昂貴,成本和收益無法平衡,加之一些固有短板,因此在后來的Polo降本行動中,EHPS首當其沖被換為了普通HPS。后來還看到??怂沟壬贁弟囆筒捎眠^類似系統(tǒng),但都是經過降本取舍后才有一定的應用價值。
 
圖10.電動泵單元(福特Focus)
  
EHPS家族中還有一些奇葩方案,比如用各種方法人為制造浪費來“消耗”助力能量換取路感的,丟西瓜撿芝麻,不屬于主流技術,這里就不多講了。EHPS的命名也有多個版本,主要應各個廠商的喜好,比如ECPS,ECHPS,EPHS都出現過,指的是同一類事物。
  
我見過好幾次4S店銷售員混淆概念,推銷時把EHPS說成是電子轉向,但其本質還是液壓轉向系統(tǒng),液壓系統(tǒng)的缺點一個沒少。
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