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常見的動力轉向系統詳解

科技的發展讓我們的生活越來越豐富多彩,而汽車技術的革新則實實在在的改善了汽車的駕駛性能,以前的汽車因為沒有動力轉向,人們通常會將駕駛取笑為練胳膊;而現在,方向盤輕得或許只用動一根指頭便可轉動。
    駕車上路,握在手中的方向盤好比一個控制器,指揮著汽車的行進路線,或左或右,或直線行駛。而方向盤的輕重則直接影響著我們駕車時的心情以及體力的付出程度。回想幾十年前,那些駕駛著簡陋的解放大貨車司機,幾乎個個都身強體健,仔細觀擦你還會發現他們的手臂大多肌肉發達,我想著或許就是沉重的方向盤把他們鍛煉出來的吧。幾十年過去了,解放大貨車被現代化的商用車取代,而汽車的結構和技術也發生了翻天覆地的變化,乘用車的車身大多由非承載式進化為了承載式,化油器發動機發展為了電噴式,安全配置有了安全氣囊、ABS、ESP等主被動保護措施,而轉向系統也由機械式發展為了帶動力輔助的助力轉向系統。

    每天需要駕車上路的車主,對手中方向盤背後的動力轉向系統的類型和特性有多少瞭解?而對於即將購買新車的准車主或是車迷來說,瞭解一下汽車動力轉向系統或許不能給你幫上大忙,但更深入地瞭解並認識這種轉向系統,可以明確自己在購車時的需求。下面我們將轉向機構化繁為簡,分別介紹一下機械式轉向系統和動力轉向系統,但是重點還是後者。

    機械式轉向系統沒有輔助動力系統,駕駛員的體力就是轉向的動力

    機械式轉向系統以駕駛員的體力作為轉向動力,其中所有傳力部件都是機械的,沒有輔助動力源。機械轉向系統主要由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三部分組成。轉向操縱機構就是駕駛員操縱轉向器工作的機構,包括從轉向盤到轉向器輸入端的零部件等。操縱汽車轉向時,駕駛員對轉向盤的操縱力是非常有限的,因此需要借助增力裝置來使轉向車輪發生偏轉。而轉向器就是把轉向盤傳來的轉矩按一定傳動比進行放大,並輸出到增力裝置。

    轉向傳動機構是把轉向器的運動傳給轉向車輪的機構,包括從搖臂到轉向車輪的零部件。整個機械轉向系統的工作方式為:駕駛員需要轉向時,對轉向盤施加轉向力矩,該力矩通過轉向軸輸入到機械轉向器,然後力矩經轉向器中的減速傳動副將轉向力矩放大並將轉動減速後由轉向搖臂傳到轉向直拉桿,最後這個力矩再傳給固定於轉向節上的轉向節臂,使轉向節和它所支承的轉向車輪發生偏轉。與此同時,經梯形轉向機構帶動另一側的轉向車輪同時偏轉,從而改變汽車的行駛方向。

    由於機械式轉向系統完全靠人力驅動,所以它也很難同時滿足省力和靈敏度兩種需求,因此目前已有很多車型都逐漸開始採用動力轉向系動,其中除乘用車外,還包括大多數商用車和工程機械。

    動力轉向系統是在機械轉向系統的基礎上加設的一套轉向加力裝置   

    使用機械式轉向系統的車輛在實現轉向時,都是靠駕駛員的體力作為轉向動力,動力轉向系統是不是就不需要駕駛員付出體力了?當然這可以是我們美好的遠景,不過在目前無論哪種量產轉向系統都需要駕駛員親手操作。

    動力轉向系統是在機械轉向系統的基礎上加設一套轉向加力裝置而構成的。

  轉向加力裝置減輕了駕駛員操縱轉向盤的體力。轉向意圖依舊來自駕駛員,但發動機(或電動機)作為輔助動力源幫助減輕駕駛員的操作強度。這其中發動機(或電動機)占主要部分,通過轉向加力裝置提供。在正常情況下,汽車轉向所需的能量只有一部分由駕駛員提供,而另一部分是通過轉向助力裝置提供的。不過當轉向助力失效時,駕駛員還是需要付出相當大的體力來承擔汽車轉向任務。因此,助力轉向系統實際上是在機械轉向系統的基礎上附加的一套轉向助力裝置。

  動力轉向系統的工作原理大致如下:當駕駛員轉動方向盤時,力矩通過機械轉向器使轉向橫拉桿移動,並帶動轉向節臂使轉向輪偏轉,從而改變汽車的行駛方向。與此同時,轉向器輸入軸還帶動著轉向器內部的轉向控制閥轉動,使轉向動力缸產生液壓作用力,幫助駕駛員轉向操作。由於有轉向加力裝置的作用,所以駕駛員只需用比機械式轉向系統小一半以上的轉向力矩就能使前輪發生偏轉。  

    動力轉向系統已經普及,並且時下已發展為三個大類   

    目前,在轉向系統中普及率較高的有液壓助力轉向(HPS)、電控液壓助力轉向(EHPS)和電動助力轉向(EPS)。這其中,HPS已發展了近一個世紀,技術成熟、成本低廉,普及率也最高。但是這種助力轉向缺點也很明顯,它會消耗發動機功率,並且結構複雜,泵、管路、液壓缸都需要定期維護保養,液壓泵轉子與液壓油之間的損耗會產生很大的能量損失,而液壓泵在不轉向時也會消耗能量,因此目前在小型轎車中已開始慢慢被淘汰。電控液壓助力轉向(EHPS)雖比傳統的液壓助力轉向先進一些,引入了電控裝置,可隨速度調節助力力度,不過它的開發成本高,並且依舊靠發動機驅動,這就意味著它的能耗並未降低。

    電動助力轉向(EPS)是在上述兩種助力機構的基礎上發展起來的,它採用獨立電機直接提供助力,助力的大小由電控單元根據車速快慢進行控制。它具有節能、環保(可相應降低排放)、高安全性等特點,目前正逐步取代液壓動力轉向,像時下熱賣的雨燕、飛度、SX4、速騰等車型都採用的是這種助力機構,而它也是未來動力轉向技術的發展方向之一。

    通過將裝有EPS和裝有HPS的車輛對比表明,在不轉向的情況下,EPS能降低2.5%的燃油消耗;而在使用轉向情況下,燃油消耗更是降低了5.5%。此外,EPS可根據車速自動控制轉向助力力度,有效解決一直困擾著傳統轉向系統的方向盤「輕」和「靈」的難題,提高了行駛安全性。

    電動助力轉向有效地解決了車輛在操縱穩定性和方向盤轉向手感方面的問題,具有兼顧低速轉向輕便性和高速增強路感的優點。
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