文档介绍：方向盘下的玄机(1):助力转向系统解读
汽车已经成为我们生活中不可或缺的部分,方向盘+换挡杆+踏板的组合似乎已经成为天经地义的汽车控制方式,但是它们各自的作用机理却鲜有人明了。就以我们手中的方向盘为例,广大车友对于常见的各类转向系统概念仍旧模糊,比如“电动助力和液压助力的差别”,“可变助力是怎么回事”等等问题都是大家所好奇的,下面,我们就要为大家系统的介绍各类常见的转向系统,为大家解答这些问题,并与大家一起讨论各种转向系统的玄机和奥秘。
 
     由于篇幅较长,所以我们本文介绍的是我们现在最常见的助力转向系统,解读“助力从何而来”并介绍助力转向系统的分类。
    助力转向,顾名思义,就是通过增加外力来抵抗转向阻力,让驾驶者只需更少的力就能够完成转向,也称动力转向,英文为power steering,最初是为了让一些自重较重的大型车辆能够更轻松的操作,但是现在已经非常普及,它让驾驶变得更加简单和轻松,并且让车辆反应更加敏捷,一定程度上提高了安全性。助力转向按照助力的来源不同,可以分为两大类---液压助力和电动助力。
液压助力
    液压动力转向的由来最早要追溯到1902年的2月,英国的Frederick W. Lanchester发明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驱动转向机构。之后类似的发明分别有美国和加拿大的发明家相继注册专利。而在汽车生产厂商中,克莱斯勒率先实现了液压助力转向系统的商业化生产,将其命名为Hydraguide油压转向系统,并于1951年将其搭载在克莱斯勒的第六代Imperial(译为帝王)车型上。随着技术的发展,出现了以电子泵代替机械泵的电子液压助力转向系统,所以目前液压助力的主要分为机械式液压助力和电子液压助力两类,另外,在机械式液压助力的基础上还派生出了电子伺服的液压助力转向系统。
克莱斯勒第六代Imperial的1951款车型,是最早正式配备液压助力转向的车型
    机械式液压助力
    我们来看机械式液压助力转向的主要原理,它是基于机械式的齿轮齿条转向机构而来,增加了一整套液力系统,包括储液罐、液压助力泵、与转向柱相连的机械阀、转向机构上的液压缸和能够推动转向拉杆的活塞等等。
机械式液压助力示意
机械式液压助力正视结构图
    机械式助力转向提供液压的液压泵由发动机通过皮带驱动,也就是说只有发动机运转,转向泵才能够运转,这就是为什么发动机熄火后方向盘助力消失的原因。在转向机上,有一个能够随转向柱转动的机械阀,当方向盘未左右转动时,活塞两侧腔室内压力一一致,处于平衡状态。当方向盘转动时,连接在转向柱上的机械阀就会相应的打开或关闭,一侧油液不再经过液压缸而直接回流至储油罐,另一侧油液继续注入液压缸内,活塞两侧产生压差,便会在液力的作用下被推动,进而产生辅助力度推动转向拉杆,让车轮转向,使我们转动方向盘所需的力度大大减小。
 
在转向时,机械阀的开闭使活塞两侧产生液压差,推动活塞,带动转向拉杆
    液压助力转向系统还有一个好处,就是提升舒适性和安全性,车轮的剧烈跳动和遇到坑洼路面导致轮胎出现非自主的转向时,通过液压对活塞的作用能够很好的缓冲和吸收震动,使传递到方向盘上的震动大大减少。同时这种结构还提升了安全性,比如使用传统齿轮齿条机构的车辆在转向时轮胎遇到坑洼突然变向,齿条会带动齿轮使方向盘反转,出现“打手”的情况,很容易使驾驶者的手部受到伤害,在液压助力的车辆上就不会有这样的问题。
    机械式液压助力特点:整套系统均为机械结构,从由皮带驱动的机械式液压泵到转向柱上的液压机械阀体,没有任何电子系统,技术成熟稳定、可靠性高、适用范围很广,即使车辆的液压系统出现故障,失去助力,还是能够依靠传统的齿轮齿条机构进行转向。缺点是构造较复杂,占用空间较大,制造成本较高,也使得保养维护的难度和成本都比较高。并且由于液压泵靠发动机皮带驱动,所以会消耗发动机的一部分动力,影响燃油经济性和车辆的动力性,尤其是对于动力本身就相对孱弱的小排量车型的影响比较明显。另外,单纯的机械式液压助力系统助力力度不可调节,很难兼顾低速和高速行驶时对指向精度的不同需求。
电子液压助力
所谓的电子液压助力,Electro-hydraulic power steering,简称EHPS,其助力原理与机械式液压助力完全相同,而与机械式液压助力最大的区别就是不再使用由发动机通过皮带驱动的液压泵,而是换成了电力驱动的电子泵。
    电子液压助力的优势首先体现在能耗上,首先由电能驱动的电子泵使用发电机和电池输出的电能,不再消耗发动机本身的动力,电子泵的启动和关闭全部由电子系统控制,在不做转向动作