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轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的稱霸:方向盤底下的秘密你知道多少?

發(fā)布時(shí)間:2016-02-04 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)主觀操控感受的影響甚至高于懸架本身,想選臺(tái)操控滿意的車子,還真得懂點(diǎn)轉(zhuǎn)向技術(shù)。而平時(shí)我們聽到的多是:“這車裝備的是電子轉(zhuǎn)向”,“它的轉(zhuǎn)向是可調(diào)的”,“電子可變轉(zhuǎn)向省油”,“主動(dòng)轉(zhuǎn)向應(yīng)該是最厲害的”… 已經(jīng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)】
  
可能有些學(xué)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(jīng)極少再有純靠人力轉(zhuǎn)向的了,基本都配備了轉(zhuǎn)向助力。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是歷史最悠久的轉(zhuǎn)向助力技術(shù),統(tǒng)治地球已經(jīng)快70年了,至今還占據(jù)新車型的大半江山(簡(jiǎn)稱HPS)。
 
圖2.經(jīng)典液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)
  
助力泵通過皮帶連著發(fā)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)向機(jī)負(fù)責(zé)把方向盤的動(dòng)作變?yōu)榫_的液壓推動(dòng)力,拉動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。
  
這個(gè)系統(tǒng),只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作,系統(tǒng)就有助力,一直被廣泛沿用,因?yàn)槿缦聝?yōu)點(diǎn):
 
1.功率密度高。不必占用太多空間,就可以實(shí)現(xiàn)很大助力,這也是液壓系統(tǒng)的先天優(yōu)勢(shì),車子越重,優(yōu)勢(shì)越突顯;
2.路感清晰敏銳。這也是HPS的先天優(yōu)勢(shì),因?yàn)橄到y(tǒng)機(jī)械慣量很小。注意,這個(gè)優(yōu)勢(shì)至今還沒有被任何新技術(shù)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(zhuǎn)向機(jī)總成(ZF制造)
 
當(dāng)然,HPS的市場(chǎng)配套份額也在逐年遞減,因?yàn)槿缦氯秉c(diǎn):
 
1.經(jīng)濟(jì)性不好。發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)刻帶著助力泵轉(zhuǎn),不管你是否打方向都在消耗燃料。浪費(fèi)掉的能量變成熱量讓油液升溫,因此HPS通常還需要一個(gè)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(huì)發(fā)飄;要高速穩(wěn)定,那低速轉(zhuǎn)向就會(huì)費(fèi)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(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)通常工作在怠速,泵的輸出功率也處于最小,這時(shí)司機(jī)卻需要最大助力,矛盾+郁悶??!
3.天冷天熱,手感會(huì)不一樣。原因很簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)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(shí)。
5.無法做到免維護(hù)。以諾諾上海店修過的BMW為例,E46的助力泵下課是常事兒,當(dāng)你原地轉(zhuǎn)向時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)艙內(nèi)悶響,就說明離下課不遠(yuǎn)了。轉(zhuǎn)向機(jī)漏油要換總成也不少見,還有漂移愛好者半個(gè)月燒爛兩套轉(zhuǎn)向系統(tǒng),才知道對(duì)HPS如此缺乏認(rèn)識(shí)。
 
圖4.寶馬E46使用的助力泵(Luk造)
 
1.容易造成連帶損壞。轉(zhuǎn)向油如同HPS的血液,血液可以運(yùn)輸能量也能傳播病毒,擴(kuò)散感染。當(dāng)轉(zhuǎn)向泵過度磨損后,金屬磨屑會(huì)隨油液在系統(tǒng)里循環(huán)流動(dòng),繼續(xù)使用就會(huì)造成系統(tǒng)精密零件的二次損壞,比如轉(zhuǎn)向機(jī)里的轉(zhuǎn)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(zhì)是油嘛,漏油、換油都有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),不多說了。
  
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【電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)】
  
如果夢(mèng)見上帝說“我只能幫你實(shí)現(xiàn)一個(gè)愿望”,那么轉(zhuǎn)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(yīng)用的方案是在泵上做文章,通過巧妙的技術(shù)手段,讓泵在高轉(zhuǎn)速下的輸出反而減少,這樣在高轉(zhuǎn)速的助力就會(huì)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(zhuǎn)速高并不代表車速高,尤其是在中國(guó)的駕駛習(xí)慣下,因此這樣的設(shè)計(jì)依然只是過客。
  
可變助力應(yīng)用最為成熟的方案是在傳統(tǒng)HPS的轉(zhuǎn)閥附近增加一個(gè)電磁閥,根據(jù)當(dāng)前車速對(duì)液流特性進(jìn)行調(diào)節(jié),真正實(shí)現(xiàn)“原地輕盈,高速穩(wěn)健”的轉(zhuǎn)向手感。
 
圖5.ZF的Servotronic產(chǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱EHPS),因?yàn)樵黾恿穗娍夭考碗娍貑卧?,轉(zhuǎn)向機(jī)也變得更加復(fù)雜、精密,系統(tǒng)價(jià)格基本翻了一番,因此在高端車?yán)锊疟容^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(dāng)然,聰明的寶馬在助力選擇上其實(shí)是走了折中路線,只是在懸架上通過技術(shù)手段做了補(bǔ)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(zhuǎn)向比別人重,成功預(yù)防了車主抱怨。處處都說明,有個(gè)性多么重要!
 
圖8.奧迪A4的EHPS轉(zhuǎn)向機(jī)(ZF造)
  
自從EHPS問世,調(diào)校助力大小和車速的關(guān)系,就變成一件相當(dāng)精妙有趣的事情了。當(dāng)年為了調(diào)出一組曲線,在試車場(chǎng)上掛著設(shè)備開上一整天車是常事。事實(shí)上,最終的手感,在很大程度上依然受制于轉(zhuǎn)向機(jī)核心零件的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)和加工精度。
  
當(dāng)然,還有其他的類型的EHPS。比如在最早的那批Polo上應(yīng)用的EHPS系統(tǒng),液壓泵終于告別了發(fā)動(dòng)機(jī),換用電機(jī)驅(qū)動(dòng),而電機(jī)的輸出完全聽命于ECU根據(jù)車速和方向盤轉(zhuǎn)速計(jì)算出來的“真實(shí)需求”。
 
圖9.電動(dòng)泵EHPS(電子液壓助力)
  
這款EHPS不但實(shí)現(xiàn)了助力隨車速變化,還切斷了發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的關(guān)聯(lián),首次證明了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)節(jié)能是可行的??上Σ⒉婚L(zhǎng),因?yàn)閷?duì)電機(jī)要求高,系統(tǒng)造價(jià)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(dòng)中,EHPS首當(dāng)其沖被換為了普通HPS。后來還看到福克斯等少數(shù)車型采用過類似系統(tǒng),但都是經(jīng)過降本取舍后才有一定的應(yīng)用價(jià)值。
 
圖10.電動(dòng)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(fèi)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(shù),這里就不多講了。EHPS的命名也有多個(gè)版本,主要應(yīng)各個(gè)廠商的喜好,比如ECPS,ECHPS,EPHS都出現(xiàn)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(shí)把EHPS說成是電子轉(zhuǎn)向,但其本質(zhì)還是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)一個(gè)沒少。
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