方向盤下的玄機(一):助力轉向系統(tǒng)解讀
汽車已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分。方向盤+換擋桿+踏板的組合似乎已經(jīng)成為了一種很自然的控制汽車的方式,但它們各自的機制卻很少被人了解。以我們手中的方向盤為例,廣大騎手對于各種轉向系統(tǒng)的共同概念,比如“電動和液壓動力的區(qū)別”、“變動力怎么了”等等,還是比較模糊的,都很好奇。接下來,我們將系統(tǒng)地向您介紹各種常見的轉向系統(tǒng),為您解答這些問題,并與您一起探討各種轉向系統(tǒng)的奧秘和奧秘。
由于篇幅較長,我們介紹最常見的動力轉向系統(tǒng),解讀“動力從何而來”,介紹動力轉向系統(tǒng)的分類。
動力轉向,顧名思義就是通過增加外力來抵抗轉向阻力,讓駕駛員用更小的力就能完成轉向,也叫動力轉向,英文是Power steering,最初是為了讓一些自重較重的大型車輛更容易操作,但現(xiàn)在已經(jīng)非常流行了,這讓駕駛變得更加輕松容易,也讓車輛更加敏捷,在一定程度上提高了安全性。動力轉向根據(jù)動力轉向的來源不同可分為兩大類——液壓動力轉向和電動動力轉向。
●機械液壓助力
液壓助力轉向的起源可以追溯到1902年2月。英國的弗雷德里克·蘭徹斯特發(fā)明了“使轉向機構由液壓動力驅動”,即液壓驅動的轉向機構。之后,類似的發(fā)明被美國和加拿大的發(fā)明家申請了專利。在汽車制造商中,克萊斯勒率先實現(xiàn)了液壓助力轉向系統(tǒng)的商業(yè)化生產(chǎn),并將其命名為Hydraguide液壓轉向系統(tǒng),于1951年安裝在克萊斯勒第六代帝國車型上。隨著技術的發(fā)展,出現(xiàn)了以電子泵代替機械泵的電液動力轉向系統(tǒng),因此目前液壓動力主要分為機械液壓動力和電液動力。此外,在機械液壓動力的基礎上,還推導出了電液伺服液壓動力轉向系統(tǒng)。
我們來看看機械液壓助力轉向的主要原理。它是在機械式齒輪齒條轉向機構的基礎上,增加了一整套液壓系統(tǒng),包括儲液罐、液壓動力泵、與轉向柱相連的機械閥、轉向機構上的液壓缸和可推動轉向桿的活塞等。
機械動力轉向通過皮帶提供由發(fā)動機驅動的液壓泵,也就是說,轉向泵只有在發(fā)動機運轉時才能工作,這就是為什么發(fā)動機關閉后方向盤動力消失的原因。在轉向機上,有一個可以隨轉向柱轉動的機械閥。方向盤不左右轉動時,活塞兩側腔室壓力一致,處于平衡狀態(tài)。當方向盤轉動時,連接在轉向柱上的機械閥會相應地打開或關閉,一側的油會直接流回儲油箱而不經(jīng)過液壓缸,另一側的油會繼續(xù)注入液壓缸,造成活塞兩側的壓力差,受到液壓力的推動, 從而產(chǎn)生輔助力推動轉向桿轉向車輪,大大降低了我們轉動方向盤所需的力。
液壓動力轉向系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是提高了舒適性和安全性。當輪胎因車輪猛烈跳動和路面顛簸而不由自主轉向時,通過液壓對活塞的作用,可以很好地緩沖和吸收震動,大大減少了傳遞給方向盤的震動。同時,這種結構也提高了安全性。比如使用傳統(tǒng)齒條齒輪機構的車輛遇到坑洼突然變向時,齒條會帶動齒輪使方向盤反轉,造成“暴徒”的情況,很容易傷到駕駛員的手,液壓助力的車輛就不會出現(xiàn)這樣的問題。
機械液壓助力特點:整個系統(tǒng)為機械結構,從皮帶驅動的機械液壓泵到轉向柱上的液壓機械閥體,沒有任何電子系統(tǒng)。該技術成熟穩(wěn)定,可靠性高,適用范圍廣。即使車輛的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障,失去助力,仍然可以依靠傳統(tǒng)的齒條齒輪機構進行轉向。缺點是結構復雜,占用空房間大,制造成本高,也使得維護困難,成本高。而且由于液壓泵由發(fā)動機皮帶驅動,會消耗一部分發(fā)動機動力,影響燃油經(jīng)濟性和車輛動力,尤其是對于動力本身比較弱的小排量車。此外,簡單的機械液壓助力系統(tǒng)的功率無法調(diào)節(jié),在低速和高速行駛時很難兼顧指向精度的不同要求。
●電動液壓助力
所謂的電液助力轉向,簡稱EHPS,其原理與機械液壓助力轉向相同,但與機械液壓助力轉向最大的區(qū)別在于,它不是使用發(fā)動機通過皮帶驅動的液壓泵,而是由電力驅動的電動泵取代。
電子液壓助力的優(yōu)勢首先體現(xiàn)在能耗上。首先,電能驅動的電動泵利用發(fā)電機和電池輸出的電能,不再消耗發(fā)動機本身的動力。電子泵的啟動和關閉都由電子系統(tǒng)控制。當轉向動作沒有完成時,電子泵關閉,不像機械液壓助力泵總是與發(fā)動機聯(lián)動,從而進一步降低能耗。
其次,電液助力轉向系統(tǒng)的電子控制單元可以通過處理車速傳感器、橫向加速度傳感器、轉向角度傳感器等傳感器的信息來改變轉向助力的功率。,并實時改變電子泵的流量,即隨速度變化的助力功能。當然,電液助力并不是唯一可以實現(xiàn)變速助力的。我們將在下面的文章中詳細介紹各種“可變”動力轉向系統(tǒng)。
自20世紀(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)90年代末以來,電液助力逐漸普及。福特、大眾、豐田、本田、馬自達、標致、雪鐵龍等品牌均有車型采用電液助力系統(tǒng)。我們熟悉馬自達3(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)、凱旋(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)門等使用該系統(tǒng)的車型。
“凱旋門、老狐貍等車型均采用電液動力”
為什么電子液壓助力不能代替機械液壓助力?
無論從技術、功能還是經(jīng)濟性方面,電液助力都比機械液壓助力更具優(yōu)勢。但是,目前電液助力還不能替代機械液壓助力,原因如下:
1.電液助力成本較高。與機械液壓助力系統(tǒng)相比,增加電控系統(tǒng)、更換電子泵后,電子液壓助力系統(tǒng)的制造成本更高,工藝更復雜,維護的難度和成本也增加。
2.可靠性不如機械液壓動力。除了轉向機構和液壓機構的故障,電子液壓助力系統(tǒng)也增加了電氣系統(tǒng)故障的可能性,因此其可靠性不如傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)。
3.援助有限。雖然電子泵有明顯的優(yōu)勢,但電子泵需要發(fā)電機的電能驅動,車載發(fā)電機的功率和電池能提供的最大電流是有限的,所以電子泵的功率是有限的,它能承載的負載也是有限的。因此,目前使用電液動力的車輛多為中小型車輛。對于需要更多動力的車輛,電液助力系統(tǒng)是我們力所不及的。
4.進化機械液壓動力系統(tǒng)。隨著技術的發(fā)展,在進化的機械液壓動力系統(tǒng)上實現(xiàn)了電液動力的變速功能,甚至從機械液壓動力轉向系統(tǒng)衍生出了可變速比的主動轉向系統(tǒng)。因此,可靠性更高、承載能力更強的機械液壓動力系統(tǒng)仍然受到廠家的歡迎。
電動助力轉向系統(tǒng)●電力輔助
電動助力轉向系統(tǒng)也是20世紀(查成交價|參配| 以前電動助力轉向系統(tǒng)的大問題是可靠性?,F(xiàn)在電動助力轉向技術已經(jīng)非常成熟。但是電子系統(tǒng)還是比純機械結構要精致。特別是在激烈駕駛的情況下,助力電機容易過載,影響助力系統(tǒng)的工作。因此,許多考慮到激烈駕駛條件的高性能車輛仍在使用液壓動力轉向系統(tǒng)。 其次,與電液助力系統(tǒng)一樣,電動助力轉向仍然遇到動力瓶頸問題。目前大部分車輛采用12V供電系統(tǒng),可驅動的助力電機功率有限。雖然動力輔助電機的承載能力可以通過匹配不同的減速機構來改變,但應用范圍比電液動力輔助更廣,但改變范圍畢竟有限。對于轉向負荷大的大型車輛,電力仍然不夠。只有在配備大容量電池的混合動力汽車或電動汽車上,我們才有希望匹配大功率動力轉向馬達。 在汽車產(chǎn)品環(huán)保、低能耗、智能化的大方向下,電動助力轉向系統(tǒng)成為主流趨勢。目前5系李、奧迪新A6L等大型行政級別車型均搭載電動助力轉向系統(tǒng),電動助力轉向的功能擴展性是其他助力轉向系統(tǒng)無法比擬的。相信未來會有更多的豪華車加入電動助力轉向的陣營。 總結: 簡要介紹了目前主要的兩種動力轉向系統(tǒng),并簡要介紹了各自的優(yōu)缺點。相信大家已經(jīng)有了初步的了解。在接下來的文章中,我們將針對實際車型解讀“可變助力轉向系統(tǒng)”,并將帶領大家回顧傳統(tǒng)的機械轉向系統(tǒng),敬請關注。 在方向盤下的奧秘中,我們將向您詳細介紹各種“可變”轉向系統(tǒng):凱旋門和標致307(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)的GEP、高爾夫(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)等車型的EPS、奔馳的“直接轉向”系統(tǒng)、寶馬的AFS和奧迪的ADS等等。我們會為你一一揭開那些陌生名字和字母下的神秘面紗。 ●汽車技術難懂?汽車設計太遠?誰說的?這些內(nèi)容也可以很有趣! & gt& gt想多了解汽車,成為人才?我們?nèi)ゼ夹g與設計頻道吧!& lt& lt
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