方向盤下的玄機(一)：助力轉向系統解讀

　　[汽車之家 技術]  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的介紹各類常見的轉向系統，為大家解答這些問題，并與大家一起討論各種轉向系統的玄機和奧秘。

　　由于篇幅較長，所以我們本文介紹的是我們現在最常見的助力轉向系統，解讀“助力從何而來”并介紹助力轉向系統的分類。

　　助力轉向，顧名思義，就是通過增加外力來抵抗轉向阻力，讓駕駛者只需更少的力就能夠完成轉向，也稱動力轉向，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，但是現在已經非常普及，它讓駕駛變得更加簡單和輕松，并且讓車輛反應更加敏捷，一定程度上提高了安全性。助力轉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。

● 機械液壓助力

　　液壓動力轉向的由來最早要追溯到1902年的2月，英國的Frederick W. Lanchester發明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驅動轉向機構。之后類似的發明分別有美國和加拿大的發明家相繼注冊專利。而在汽車生產廠商中，克萊斯勒率先實現了液壓助力轉向系統的商業化生產，將其命名為Hydraguide油壓轉向系統，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。隨著技術的發展，出現了以電子泵代替機械泵的電子液壓助力轉向系統，所以目前液壓助力的主要分為機械式液壓助力和電子液壓助力兩類，另外，在機械式液壓助力的基礎上還派生出了電子伺服的液壓助力轉向系統。

　　我們來看機械式液壓助力轉向的主要原理，它是基于機械式的齒輪齒條轉向機構而來，增加了一整套液力系統，包括儲液罐、液壓助力泵、與轉向柱相連的機械閥、轉向機構上的液壓缸和能夠推動轉向拉桿的活塞等等。

　　機械式助力轉向提供液壓的液壓泵由發動機通過皮帶驅動，也就是說只有發動機運轉，轉向泵才能夠運轉，這就是為什么發動機熄火后方向盤助力消失的原因。在轉向機上，有一個能夠隨轉向柱轉動的機械閥，當方向盤未左右轉動時，活塞兩側腔室內壓力一一致，處于平衡狀態。當方向盤轉動時，連接在轉向柱上的機械閥就會相應的打開或關閉，一側油液不再經過液壓缸而直接回流至儲油罐，另一側油液繼續注入液壓缸內，活塞兩側產生壓差，便會在液力的作用下被推動，進而產生輔助力度推動轉向拉桿，讓車輪轉向，使我們轉動方向盤所需的力度大大減小。

　　液壓助力轉向系統還有一個好處，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致輪胎出現非自主的轉向時，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。同時這種結構還提升了安全性，比如使用傳統齒輪齒條機構的車輛在轉向時輪胎遇到坑洼突然變向，齒條會帶動齒輪使方向盤反轉，出現“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有這樣的問題。

　　機械式液壓助力特點：整套系統均為機械結構，從由皮帶驅動的機械式液壓泵到轉向柱上的液壓機械閥體，沒有任何電子系統，技術成熟穩定、可靠性高、適用范圍很廣，即使車輛的液壓系統出現故障，失去助力，還是能夠依靠傳統的齒輪齒條機構進行轉向。缺點是構造較復雜，占用空間較大，制造成本較高，也使得保養維護的難度和成本都比較高。并且由于液壓泵靠發動機皮帶驅動，所以會消耗發動機的一部分動力，影響燃油經濟性和車輛的動力性，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，單純的機械式液壓助力系統助力力度不可調節，很難兼顧低速和高速行駛時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，其助力原理與機械式液壓助力完全相同，而與機械式液壓助力最大的區別就是不再使用由發動機通過皮帶驅動的液壓泵，而是換成了電力驅動的電子泵。

　　電子液壓助力的優勢首先體現在能耗上，首先由電能驅動的電子泵使用發電機和電池輸出的電能，不再消耗發動機本身的動力，電子泵的啟動和關閉全部由電子系統控制，在不做轉向動作的時候，電子泵關閉，不像機械液壓助力泵那樣始終與發動機聯動，進一步減小能耗。

　　其次，電子液壓助力轉向系統的電子控制單元，能夠通過對車速傳感器、橫向加速度傳感器、轉向角度傳感器等傳感器的信息的處理，通過實時改變電子泵的流量來改變轉向助力的力度大小，也就是隨速可變助力功能。當然，并不是只有電子液壓助力能夠實現助力隨速可變，我們將會在之后的文章中為大家詳細介紹各種“可變”的助力轉向系統。

　　電子液壓助力從上世紀90年代后期開始逐漸普及，福特、大眾、豐田、本田、馬自達、標致、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統的車型。我們熟悉的馬自達3、凱旋等車型使用的都是這樣的系統。

『凱旋、老款的�？怂�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械液壓助力？

　　無論是從技術、功能、還是經濟性方面來看，電子液壓助力都較機械式液壓助力更具優勢，但是，目前電子液壓助力并沒能夠取代機械式液壓助力，主要原因有如下幾方面：

　　1.電子液壓助力成本更高。相對機械式的液壓助力系統，加入了電控系統換上電子泵后、電子液壓助力的制造成本更高，技術也更加復雜，保養維修的難度和成本也隨之提高。

　　2.可靠性不及機械液壓助力。電子液壓助力除了會出現轉向機構和液壓機構的故障外，還增加了電氣系統出現故障的可能性，因而可靠性不及傳統液壓助力系統。

　　3.助力力度有限。雖然使用電子泵有明顯優勢，但是，電子泵需要由發電機的電能驅動，而車載發電機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，電子液壓助力系統就有些鞭長莫及了。

　　4.進化的機械液壓助力系統。隨著技術的發展，電子液壓助力的隨速可變功能在進化的機械液壓助力系統上也已經能夠實現（使用電磁閥體技術），甚至在機械式液壓助力轉向系統的基礎上衍生出了可變速比的主動轉向系統，所以可靠性和可承載負荷都更高的機械液壓助力系統依然受到廠商的歡迎。