可变转向系统2.doc

详解可变转向系统 首先，我们要将“可变”助力大体划分为两个阵营：仅助力力度可变的助力转向系统以及速比可变的助力转向系统。我们先从仅能改变助力力度的转向系统看起。 可变助力的优势：能够随车速改变助力力度，在泊车等低速行驶状态下转动方向盘更加轻盈省力，对臂力较小的女性尤为方便，而当车辆高速行驶时，则能够减少助力，使方向盘转动阻力增大，手感变沉，不再像低速时那样灵敏，车辆的方向会变得更容易控制，提升车辆的高速行驶稳定性。 “进化”的机械式液压助力-增加电子控制单元+电磁阀代表车型：老款宝马3系（E90）、老款奥迪A6（C6）、辉腾、君威 在方向盘下的玄机（1）中，我们已经提到过，随着技术的发展，在助力转向系统中年代最久远的机械式液压助力系统也在不断的进化着，当今的机械式液压助力系统同样能够实现可变助力的功能，做到高速时沉稳、低速轻盈。-Servotronic伺服式助力转向 虽然电动助力转向系统正在成为潮流，但是基于传统机械液压助力转向技术而衍生的Servotronic伺服式助力转向至今仍然活跃在众多车型上。 Servotronic可谓老当益壮。与传统的机械式液压助力系统相比，这类系统多出了一套能够读取速度传感器信息的电子控制单元，并与转向柱连接的机械阀上增加了电磁阀机构。通过电流控制电磁阀开度，可以改变助力油液的流量，使得油液推动助力活塞的力量被改变，就实现了助力力度的调节。控制单元根据车速传感器的信号对电磁阀开度进行控制，便做到了助力力度随速可变的功能。而这种系统的转向执行机构、液压泵等部件仍然是我们所熟悉的。 很多人把这套系统称作电子液压助力系统，从组成上看，它确实有电控单元不假，但是并没有电子泵结构，系统的关键依然是加在传统机械阀体之上的电磁阀结构，所以它不应当与电子液压助力转向相混淆，依旧是属于“进化型”的机械式液压助力转向系统。 这种基于机械液压助力系统的可变助力转向系统，相比使用电子泵的电子液压助力系统有着更高的可靠性，并且依旧保持机械液压助力系统的较高负载能力和可靠性较高等优势，尤其适合那些对转向系统的负载能力要求较高并且需要精准操控性的车型。 在市面上，搭载伺服式液压助力转向系统的车型不在少数，大众、奥迪、宝马、保时捷以及沃尔沃等知名欧洲厂商的产品（如大众辉腾、宝马3系等）都曾使用或仍在使用这种转向系统。这些车型匹配的都是Servotronic伺服式液压助力转向系统不过宝马3系及奥迪A6L的接班人都已经装上了电动助力转向系统-MAGNASTEER磁力可变助力转向系统 虽然最新款的君威已经跟随迈锐宝投靠了“电动助力”的阵营，但是我们仍记得在它当初上市时，那套“MAGNASTEER磁力可变助力转向系统”曾凭借其特立独行的名称让很多消费者如坠五里雾中琢磨不出其本质。其实它的原理和上面提到的Servotronic一样，依然是机械式液压助力转向系统的进化产品。虽然2012款君威投靠了电动助力转向的阵营，但2011款君威以及之前的车款都还在使用机遇机械液压助力转向而来的MAGNASTEER转向系统 德尔福提供的这套助力转向系统在通用旗下可谓门生众多，除了国产的君威君越当年曾经搭载之外，在欧洲、北美、大洋洲的欧宝、萨博、雪佛兰、凯迪拉克、霍顿等品牌上广泛服役，至今已经有十多年的历史。电子液压助力代表车型：凯旋、老款福克斯 关于电子液压助力的特性我们已经介绍的很清楚了，由于电子液压泵的运转由控制单元一手掌握，所以其转速高低不仅可变并且能够随时根据控制单元的指令进行变化，自然能够轻松实现助力力度的改变。忘记电子液压助力转向的特点了？点击这里回顾 在国内，电子液压助力的使用非常广泛，老款福克斯、老款马自达3、PSA（标致雪铁龙）旗下当年的凯旋、307（部分车型）等均采用电子液压助力，在自主品牌中，海马欢动则是电子液压助力系统的典型代表，其“SSPS转速可变式助力转向系统”的真身实际上就是电子液压助力系统。这些车型使用的都是电子液压助力转向系统 比较有意思的是标致雪铁龙（PSA）家族的这套被称作“GEP”的电子液压助力转向系统，在正常情况下，GEP电子泵的转速与车速成反比，车速越高，电子泵转速越低。通常在低速时电子泵转速为3000rpm，而高速时会降到800rpm，带来了泊车时转向轻盈而高速行驶时厚重沉稳的手感。并且据称该系统要比传统的机械式液压助力转向系统节省油耗0.1-0.2L/100km。 相比一般的电子助力转向系统，它的特别之处在于其在结构上多出了一个检测方向盘转动速度的角速度传感器，赋予了其大多数电子液压助力转向系统所不具备的“紧急避险模式”，当驾驶者以很快的速度转动方向盘时，控制单元会根据收到的角传感器信息瞬间提高电子泵转速至5000rpm，转向助力会瞬间提升。 这种设计的本意是为了帮助驾驶者能够在遇到突发情况时尽快改变方向避险，但是实际上，这套系统并未像理论上那般发挥其作用，原因在于很多消费者在购车后根本就不知道自己的爱车具备这样的功能，在遇到突发状况时他们仍然会以正常的转向力度转动方向盘，而此时方向盘却比他们想象的要轻得多，导致方向盘转动角度大大高于实际所需的角度，车辆会出现过度的转向，在驾驶者意识到这种情况反打方向时又很容易造成纠正方向过度，反而增加了发生事故的风险。如果您一直都没有想明白为什么自己的车子突然像个疯子般不听使唤，那么，这个“紧急避险模式”就是您一直在找的答案。请牢记：如果驾驶配置了GEP可变助力转向系统的车型，紧急并线时一定要控制转动方向盘的力度，并对转向阻力突然大幅减小做好心理准备。 电动助力代表车型：奥迪A6L（C7）、迈锐宝、速腾 关于电动助力转向，我想在这里完全不需要再介绍其助力力度变化的机理了，(点击这里温习方向盘下的玄机（一）)我们知道以电子马达提供助力的电动助力转向系统在执行效率和响应速度方面都是液压助力系统所不能比拟的。而且，与车辆系统总线连接的控制单元能够让这套系统发挥更多的作用，我们熟悉的“自动泊车”功能中车辆之所以能够自动转向，就是依靠行车电脑与电动助力转向系统的联动实现的。 可变转向比（齿比）转向系统-主动转向系统代表车型：宝马5系（E60、F10）、雷克萨斯LS460L、奥迪Q5、奥迪A6L（C7）、奔驰新E级、奔驰S级 前面提到的几种“可变”转向，能够改变的仅仅是助力力度，说白了只是能够改变方向盘转动时的阻力而已，但是转向比（可简单理解为方向盘转动的角度与对应的车轮转动角度的比值）是不可变化的，我们接下来要说到的可变齿比（速比）的转向系统则要先进的多，不仅能够改变转向的助力力度，在不同情况下，方向盘转角对应的车轮转动角度也是可以变化的。 不同厂家对这类系统的叫法可谓五花八门，比如宝马称之为AFS主动转向系统（Active Front Steering，这个缩写与我们熟悉的随动转向大灯缩写是相同的），奥迪将其称之为动态转向系统（Audi Dynamic Steering），雷克萨斯/丰田使用的则是可变齿比转向系统VGRS(Variable Gear Ratio Steering)，本田的这类系统名称为VGR，与丰田命名类似；而奔驰的可变转向比系统则以“直接转向系统”（Direct-Steer）命名。虽然功能类似，但是他们使用的技术却是截然不同的。不同厂商的可变转向比技术奔驰直接转向系统（Direct-Steer）宝马AFS主动前轮转向系统（Active Front Steering）奥迪动态转向系统（Audi Dynamic Steering）丰田/雷克萨斯VGRS（Variable Gear Ratio Steering）本田VGR（Variable Gear Ratio） 简单地说，可变齿比转向系统在技术层面上并不是一个水平的，目前主要有两种方式实现这种功能，一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单，成本也相对较低，没有过高的技术含量，而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结构和电子系统实现的。由于目前并没有明确的分类，所以我们姑且将它们分为机械式和电控式吧。-机械式可变转向比系统：奥秘在于齿条，原理简单奔驰的E级、S级都搭载了“直接转向系统”奔驰的直接转向系统就是第一种方式的典型代表，名字叫“直接转向”，解决方案也确实“直接”。它主要是在“齿轮齿条机构”的“齿条”上做文章，通过特殊工艺加工出齿距间隙不相等的齿条，这样方向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合，转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密，转动方向盘，齿条在这一范围内的位移相对较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时），车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏，在这个范围内，转动方向盘，齿条的相对位移会变大，所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等），车轮会变得更加灵活。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外，并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限，并且不能灵活变化，而它优势也很明显-完全的机械结构，可靠性较高，耐用性好，结构也非常简单。本田的VGR技术与奔驰的“直接转向技术”如出一辙，同样是在齿条的齿距变化上面做文章，依靠齿条上齿距的疏密设计来实现所谓的“可变转向比”。-电控式：科技含量高，可主动改变齿比 与上面的方式相比，宝马、丰田、奥迪等品牌所使用的可变齿比转向系统明显要先进许多，它们使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用。这些系统能够更好的实现“低速时轻盈灵敏，高速稳健厚重”的需求，其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变助力转向系统和单纯的“机械式”可变齿比转向无法比拟的。宝马AFS主动转向系统新老5系都搭载了主动转向系统，宝马在这一领域算得上是先行者宝马和ZF（采埃孚）联合开发AFS主动前轮转向系统正是要找到一种灵活性和高速稳定性兼得的解决方案，事实证明他们做到了。下面我们就来深入了解一下“可变转向比”实现的过程。 首先需要明确的一点是，宝马的主动转向系统和助力转向系统完全是两个独立的系统，千万不要因为它有个“主动”的名字，就以为“车道保持”“自动泊车”之类的功能全是它的杰作，那其实是电动助力转向系统的功劳，和“主动转向系统”一点关系都没有。当然，也有一些厂商出于集成化和模块化的考虑，将电动助力转向与可变齿比机构整合在了一起。 下面是一辆老款宝马5系（E60）转向系统的组成图，其中的助力转向系统是一套我们前面提到过的servotronic伺服式助力转向机构，其助力力度的变化是依靠图中与液压泵紧连的ECO阀（电控阀）实现，而改变转向比的机构，则是位于在转向柱底部的主动转向系统执行单元。 我们来看主动转向系统执行单元的剖视图，这里就是AFS的秘密所在。转向柱被从当中打断，我们将连接方向盘的转向柱一端称为输入轴，将直接连接转向齿轮的一端称为输出轴，二者间通过行星齿轮连接，行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮，能够由电机驱动旋转。这套系统有独立的电子控制单元，根据转向角传感器、左右车轮转速传感器、横向加速度传感器的信号控制电动机的开关及运转方向。 当系统未通电或者系统发生故障时，电磁锁会在弹簧的作用下卡在蜗杆的锁槽内，锁止蜗杆，壳体不可旋转，此时输入轴与输出轴的转速是相同的，传动比不会发生任何变化。而当系统通入电流，电磁锁打开，电动机开始旋转时，变化就发生了。当车辆低速行驶时，电动机驱动蜗轮与输入轴同向运转，蜗轮壳体与输入轴的旋转角度相叠加，输出轴的旋转角度便大于输入轴，车轮便能转动更大的角度，我们的转向动作被“放大”，使车辆变得非常灵活，而当车速较高时，我们需要更大的转向比来提供精准沉稳的指向，辅助电机会驱动蜗轮反向旋转，与输入轴的部分旋转角度相抵，最终输出轴的旋转角度会低于输入轴，我们的转向动作被“缩小”。这套AFS系统的转向比可在10:1到18:1之间连续调节。丰田在雷克萨斯的诸多车型所使用的VGRS系统也是依靠行星齿轮结构对方向盘的转向动作进行放大或缩小，原理与宝马的AFS系统一致，只是在电机的布置位置和结构的设计上有所差异。我们在这里就不做详尽的介绍了。奥迪所使用的动态转向系统（Audi Dynamic Steering）从原理上来讲依然是运用了叠加的方式，但是使用的结构却与宝马和丰田的系统有着天壤之别，也是在所有的可变转向比技术里最特别的一种-其核心部件是一套含有谐波齿轮传动机构的电控系统。目前该系统已经出现在诸多国产的奥迪车型上。奥迪A6L（C7）上就搭载了Dynamic Steering动态转向系统 大家对于“谐波齿轮”的概念可能都比较陌生，它是利用柔轮、刚轮和波发生器（椭圆转子）的相对运动，特别是柔轮的可控弹性变形(形状改变)来实现运动和动力传递的（定义来自网络）。改变转向比的原理是谐波传统系统的错齿运动。连着方向盘的输入轴与柔轮（薄型环齿圈）相连，其内有柔性滚珠轴承，中心为电机驱动的椭圆转子，与输出轴相连的是外环面构成的刚轮，在转子被锁止时（电机未通电或发生故障），转向系统转向比保持恒定。而电机驱动中央转子旋转时，会带动柔轮旋转，当转子与柔轮同向旋转时，由于柔轮的齿数比外环刚轮的齿数小，所以刚轮的转动角度便会大于柔轮，使转向角度被放大，而当转子反转时，就能够