Author / 蟹爪朝天

來(lái)源：autozine

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車設(shè)計(jì)與駕駛中一個(gè)很重要的部分

不同的方式導(dǎo)致不同的轉(zhuǎn)向手感

現(xiàn)在越拉越多的汽車采用電子轉(zhuǎn)向

甚至可以從中控調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向手感

讓自己可以“人車合一”

今天我們就來(lái)聊聊電子轉(zhuǎn)向

究竟什么是電子轉(zhuǎn)向

電子轉(zhuǎn)向

很多情況下一臺(tái)車給人的駕駛感受主要是由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)決定的。

轉(zhuǎn)向比大、響應(yīng)快、方向盤(pán)重的車可能會(huì)讓有些駕駛者覺(jué)得開(kāi)起來(lái)有些累，但同時(shí)又會(huì)讓另外一些駕駛者覺(jué)得很有樂(lè)趣。在這其中，轉(zhuǎn)向手感、響應(yīng)、比率、助力、反饋等因素在人和車的交流中起到了很大的作用。

電子助力系統(tǒng)是這樣工作的：首先由轉(zhuǎn)向柱上的傳感器采集方向盤(pán)輸入的轉(zhuǎn)向意圖，再由電腦根據(jù)預(yù)設(shè)好的邏輯控制助力電機(jī)。

在電子助力系統(tǒng)中

為了讓方向盤(pán)轉(zhuǎn)起來(lái)整體更輕一些，助力比一般會(huì)設(shè)置的比較大?？墒牵?strong>方向盤(pán)越輕，在激烈駕駛時(shí)雙手的操作精度就越容易變差。

在不同的車速下助力比的變化（可變助力比）是為了讓駕駛者在低速時(shí)可以更輕便的大角度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)、在高速時(shí)更不容易出現(xiàn)因無(wú)意識(shí)的誤操作而造成的行駛方向的改變。

可是，這種不穩(wěn)定的助力比在激烈駕駛或復(fù)雜的方向盤(pán)操作時(shí)會(huì)讓人感覺(jué)忽輕忽重，難以一次性就將方向盤(pán)準(zhǔn)確的定位在想要的角度上。在配合ESP、TC等電子輔助功能后，會(huì)更加讓人找不準(zhǔn)方向。

為了讓普通駕駛者更加安逸，輪胎和路面之間的震動(dòng)過(guò)多的被過(guò)濾掉了。以至于無(wú)法通過(guò)方向盤(pán)感受到路面的變化。比如輪子是否壓在了車道線上、路面是否有細(xì)小的碎石子等。對(duì)路面的不敏感讓駕駛者少了一個(gè)感覺(jué)輸入源，手上的震動(dòng)。

在穩(wěn)定住方向盤(pán)角度過(guò)彎的過(guò)程中，如果輪胎接近附著力極限或壓土壓水時(shí)，附著力的變化很難直接的反映到方向盤(pán)的回正力上。這就讓駕駛者又少了一個(gè)感覺(jué)輸入源，手上的輕重。

綜上所述，有著猶如阿拉丁飛毯水上漂般虛幻飄渺路面溝通感的電子轉(zhuǎn)向助力被很多駕駛愛(ài)好者和性能車玩家認(rèn)為是弊大于利的。所以很多玩家、車手都會(huì)在新車型上移植一套傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

當(dāng)然，電子助力的優(yōu)點(diǎn)也不能被忽視。

電子比液壓的故障率更低、維護(hù)成本更低、對(duì)引擎的動(dòng)力消耗更少（通常使用環(huán)境下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油耗可降低90%左右，考慮到油耗法規(guī)很多廠家看重此點(diǎn)）、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化（皮帶、油路等）、啟動(dòng)時(shí)引擎負(fù)載小等。

柱式電子助力

1988年鈴木Cervo車型使用了這種從轉(zhuǎn)向柱接入的電子助力系統(tǒng)。

這個(gè)系統(tǒng)只在低速停車時(shí)啟動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)離了引擎?zhèn)}的高溫后其電機(jī)的成本也可以降低很多。其缺點(diǎn)主要時(shí)電機(jī)的震動(dòng)直接傳遞到了方向盤(pán)上，導(dǎo)致手感較差。轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向節(jié)承受了更大的負(fù)載，需要設(shè)計(jì)的更為粗大，導(dǎo)致前軸載荷增大。

單齒輪式電子助力

電機(jī)位于轉(zhuǎn)向桿末端，減少了傳遞到方向盤(pán)的震動(dòng)。但在發(fā)生撞車等事故時(shí)，電機(jī)可能會(huì)對(duì)腳部產(chǎn)生過(guò)大的傷害。

雙齒輪式電子助力

ZF設(shè)計(jì)的這種雙齒輪電子助力系統(tǒng)最早應(yīng)用于2003年的高爾夫車型上。

轉(zhuǎn)向柱和電機(jī)分別作用于兩段齒條上的設(shè)計(jì)既可以將電機(jī)和轉(zhuǎn)向柱解耦（減少傳遞到方向盤(pán)的電機(jī)震動(dòng)），又可以規(guī)避電機(jī)傷害腳部的風(fēng)險(xiǎn)。其缺陷的難以應(yīng)用在車重較大的車型中。

平行軸式電子助力

這種電子助力系統(tǒng)可以適用于更重的車型上。

電機(jī)帶動(dòng)變矩輪轉(zhuǎn)動(dòng)，變矩輪帶動(dòng)內(nèi)部的滾珠在轉(zhuǎn)向連桿上的槽內(nèi)流動(dòng)。在這種低摩擦力的系統(tǒng)中，路面的的反饋得以更多的保留下來(lái)，傳遞到方向盤(pán)上。

因此其控制精度也較高。

1997年本田在雅閣上首先在電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用了可變轉(zhuǎn)向比。

齒條中心區(qū)的齒更密。考慮到高速行駛時(shí)方向盤(pán)過(guò)于敏感會(huì)增加駕駛強(qiáng)度，方向盤(pán)在中心附近時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)向角度相對(duì)于方向盤(pán)角度的反應(yīng)更小?？紤]到在需要轉(zhuǎn)彎較大時(shí)可以少轉(zhuǎn)動(dòng)一些方向盤(pán)，兩側(cè)的齒更疏。

這種設(shè)計(jì)使得轉(zhuǎn)向比只能根據(jù)方向盤(pán)角度以固定的趨勢(shì)變化。在熟悉了其變化特性后，激烈駕駛時(shí)駕駛者就可以準(zhǔn)確的找到合適的方向盤(pán)角度了。

本田

VGS電子可變轉(zhuǎn)向比

本田在S2000上使用了VGS電子可變轉(zhuǎn)向比系統(tǒng)。

如圖，這套系統(tǒng)的核心是在轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向連桿之間的距離可變。電腦根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向角輸入值控制一個(gè)小電機(jī)，小電機(jī)控制二者之間的距離變化。低速時(shí)轉(zhuǎn)向比較大，高速時(shí)轉(zhuǎn)向比較小。

豐田

VGRS電子可變轉(zhuǎn)向比

2002年豐田開(kāi)始在陸巡上使用了電子可變轉(zhuǎn)向比系統(tǒng)，2007年后的奧迪也有類似原理的設(shè)計(jì)。

如圖，102齒的定子齒輪和電機(jī)共同固定在連接轉(zhuǎn)向柱的殼體上。100齒的從動(dòng)齒輪固定在輸出軸上。在定子和從動(dòng)兩齒輪之內(nèi)還有個(gè)同時(shí)嚙合在這兩個(gè)齒輪上的100齒柔性齒輪。

柔性齒輪內(nèi)是由電機(jī)帶動(dòng)的橢圓形波形發(fā)生器。電機(jī)帶動(dòng)波形發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，波形發(fā)生器帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。如果需要加大轉(zhuǎn)向比，電機(jī)就會(huì)和轉(zhuǎn)向輸入軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果需要減小轉(zhuǎn)向比，電機(jī)就會(huì)和轉(zhuǎn)向輸入軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，從動(dòng)輪會(huì)比定子輪多轉(zhuǎn)動(dòng)2個(gè)齒。

這套系統(tǒng)主要是根據(jù)車速和車身穩(wěn)定系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。在出現(xiàn)輪胎打滑等不穩(wěn)定的情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)增加轉(zhuǎn)向比，讓前輪能更快的達(dá)到駕駛者“想要”的轉(zhuǎn)向角度。

在激烈駕駛時(shí)，駕駛者的方向盤(pán)輸入是被系統(tǒng)強(qiáng)制修飾后才作用在前輪上的。這就導(dǎo)致了轉(zhuǎn)向手感的飄忽不定和車輛動(dòng)態(tài)的不可預(yù)測(cè)性。

寶馬

Active Steering電子可變轉(zhuǎn)向比

2003年E60的5系車型中，寶馬使用了和ZF一起設(shè)計(jì)的電子可變轉(zhuǎn)向比系統(tǒng)。

這套系統(tǒng)可以在轉(zhuǎn)彎的過(guò)程中連續(xù)控制轉(zhuǎn)向比，以便控制轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過(guò)度。其轉(zhuǎn)向比的變化范圍是5.0-1.7。這種設(shè)計(jì)使得前輪指向和方向盤(pán)角度之間沒(méi)有必然的聯(lián)系，操控特性（推頭或甩尾或者說(shuō)是橫向穩(wěn)定性）不可預(yù)測(cè)的時(shí)刻變化著。

這套結(jié)構(gòu)中有2個(gè)太陽(yáng)輪分別連接到輸入軸和輸出軸。3對(duì)行星輪嚙合在其中。在不需要改變轉(zhuǎn)向比時(shí)，整套齒輪組是鎖死在一起的。當(dāng)需要改變轉(zhuǎn)向比時(shí)，電磁鎖脫開(kāi)，小電機(jī)控制齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪組同向或反向的轉(zhuǎn)動(dòng)疊加到轉(zhuǎn)向輸入上后，轉(zhuǎn)向輸出中就帶有可變的效果了。

英菲尼迪

Direct Adaptive Steering電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2013年英菲尼迪在Q50車型中使用了純電子控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（通常情況下）。

在正常情況下，轉(zhuǎn)向柱中的離合器分離，方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向連桿之間沒(méi)有任何直接的連接。由3個(gè)電腦控制2個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)提供轉(zhuǎn)向力。

轉(zhuǎn)向柱僅僅是作為電子系統(tǒng)的應(yīng)急備份而存在。3個(gè)電腦將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（少數(shù)服從多數(shù)）后再輸出信號(hào)。如果3個(gè)電腦中有2個(gè)的計(jì)算結(jié)果不可信，則接合離合器進(jìn)入機(jī)械控制模式。

電腦接受到轉(zhuǎn)向柱上角度、扭矩的輸入后，再配合轉(zhuǎn)速、車身穩(wěn)定系統(tǒng)等信號(hào)綜合判斷駕駛者的方向盤(pán)意圖和當(dāng)前的車輛動(dòng)態(tài)。然后電腦將計(jì)算出來(lái)的前輪轉(zhuǎn)向角度需求傳送到轉(zhuǎn)向電機(jī)上。

同時(shí)，電腦還會(huì)給方向盤(pán)上的力反饋電機(jī)信號(hào)。力反饋電機(jī)再在方向盤(pán)上制造出電腦猜測(cè)的輪胎路面反饋情況。主要注意的是，電機(jī)只能制造出轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的輕重和震動(dòng)，不可能制造出其它方向的回彈或震動(dòng)。而且這種反饋必然存在較大的延遲和不真實(shí)性。

這套系統(tǒng)的缺點(diǎn)是方向盤(pán)感受不到任何真實(shí)的輪胎反饋。操作手感類似于賽車模擬器或電子游戲機(jī)的方向盤(pán)。

此外，在電子系統(tǒng)發(fā)生故障，離合器接合進(jìn)入機(jī)械控制時(shí)，會(huì)有很突兀的效果。其前輪指向和方向盤(pán)角度之間也是沒(méi)有必然聯(lián)系的，操控特性（推頭或甩尾或者說(shuō)是橫向穩(wěn)定性）也有著較強(qiáng)的不可預(yù)測(cè)性。

從原理上來(lái)說(shuō)，這套系統(tǒng)規(guī)避掉了傳統(tǒng)機(jī)械連接中曠量的問(wèn)題，使得方向盤(pán)的輸入信號(hào)可以被更準(zhǔn)確的檢測(cè)。

也可以接入更多的信號(hào)源（側(cè)傾、擋位、地面坡度等）實(shí)現(xiàn)更自動(dòng)化的控制，甚至解決自動(dòng)停車、自動(dòng)駕駛中的問(wèn)題。從實(shí)際應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，電腦控制邏輯的不確定性又產(chǎn)生了更大的“曠量”。