您当前的位置:首页 >> 专栏
酷乐改装百科 | 究竟为什么,大家对电子转向这么不待见?
发布时间:2019-07-06
 


来源:autozine


转向系统是汽车设计与驾驶中一个很重要的部分

不同的方式导致不同的转向手感

现在越拉越多的汽车采用电子转向

甚至可以从中控调节转向手感

让自己可以“人车合一”

今天我们就来聊聊电子转向

究竟什么是电子转向



电子转向


很多情况下一台车给人的驾驶感受主要是由转向系统决定的。


转向比大、响应快、方向盘重的车可能会让有些驾驶者觉得开起来有些累,但同时又会让另外一些驾驶者觉得很有乐趣。在这其中,转向手感、响应、比率、助力、反馈等因素在人和车的交流中起到了很大的作用。


电子助力系统是这样工作的:首先由转向柱上的传感器采集方向盘输入的转向意图,再由电脑根据预设好的逻辑控制助力电机。


在电子助力系统中


为了让方向盘转起来整体更轻一些,助力比一般会设置的比较大。可是,方向盘越轻,在激烈驾驶时双手的操作精度就越容易变差。


在不同的车速下助力比的变化(可变助力比)是为了让驾驶者在低速时可以更轻便的大角度转动方向盘、在高速时更不容易出现因无意识的误操作而造成的行驶方向的改变。



可是,这种不稳定的助力比在激烈驾驶或复杂的方向盘操作时会让人感觉忽轻忽重,难以一次性就将方向盘准确的定位在想要的角度上。在配合ESP、TC等电子辅助功能后,会更加让人找不准方向。


为了让普通驾驶者更加安逸,轮胎和路面之间的震动过多的被过滤掉了。以至于无法通过方向盘感受到路面的变化。比如轮子是否压在了车道线上、路面是否有细小的碎石子等。对路面的不敏感让驾驶者少了一个感觉输入源,手上的震动。



在稳定住方向盘角度过弯的过程中,如果轮胎接近附着力极限或压土压水时,附着力的变化很难直接的反映到方向盘的回正力上。这就让驾驶者又少了一个感觉输入源,手上的轻重。


综上所述,有着犹如阿拉丁飞毯水上漂般虚幻飘渺路面沟通感的电子转向助力被很多驾驶爱好者和性能车玩家认为是弊大于利的。所以很多玩家、车手都会在新车型上移植一套传统的液压转向系统。



当然,电子助力的优点也不能被忽视。


电子比液压的故障率更低、维护成本更低、对引擎的动力消耗更少(通常使用环境下转向系统的油耗可降低90%左右,考虑到油耗法规很多厂家看重此点)、结构更简化(皮带、油路等)、启动时引擎负载小等。


柱式电子助力



1988年铃木Cervo车型使用了这种从转向柱接入的电子助力系统。




这个系统只在低速停车时启动,结构简单,远离了引擎仓的高温后其电机的成本也可以降低很多。其缺点主要时电机的震动直接传递到了方向盘上,导致手感较差。转向柱和转向节承受了更大的负载,需要设计的更为粗大,导致前轴载荷增大。


单齿轮式电子助力



电机位于转向杆末端,减少了传递到方向盘的震动。但在发生撞车等事故时,电机可能会对脚部产生过大的伤害。


双齿轮式电子助力




ZF设计的这种双齿轮电子助力系统最早应用于2003年的高尔夫车型上。



转向柱和电机分别作用于两段齿条上的设计既可以将电机和转向柱解耦(减少传递到方向盘的电机震动),又可以规避电机伤害脚部的风险。其缺陷的难以应用在车重较大的车型中。


平行轴式电子助力





这种电子助力系统可以适用于更重的车型上。


电机带动变矩轮转动,变矩轮带动内部的滚珠在转向连杆上的槽内流动。在这种低摩擦力的系统中,路面的的反馈得以更多的保留下来,传递到方向盘上。


因此其控制精度也较高。



1997年本田在雅阁上首先在电子转向系统中使用了可变转向比。


齿条中心区的齿更密。考虑到高速行驶时方向盘过于敏感会增加驾驶强度,方向盘在中心附近时实际转向角度相对于方向盘角度的反应更小。考虑到在需要转弯较大时可以少转动一些方向盘,两侧的齿更疏。



这种设计使得转向比只能根据方向盘角度以固定的趋势变化。在熟悉了其变化特性后,激烈驾驶时驾驶者就可以准确的找到合适的方向盘角度了。


本田

VGS电子可变转向比



本田在S2000上使用了VGS电子可变转向比系统。


如图,这套系统的核心是在转向柱和转向连杆之间的距离可变。电脑根据引擎转速和转向角输入值控制一个小电机,小电机控制二者之间的距离变化。低速时转向比较大,高速时转向比较小。


丰田

VGRS电子可变转向比



2002年丰田开始在陆巡上使用了电子可变转向比系统,2007年后的奥迪也有类似原理的设计。



如图,102齿的定子齿轮和电机共同固定在连接转向柱的壳体上。100齿的从动齿轮固定在输出轴上。在定子和从动两齿轮之内还有个同时啮合在这两个齿轮上的100齿柔性齿轮。



柔性齿轮内是由电机带动的椭圆形波形发生器。电机带动波形发生器转动,波形发生器带动从动齿轮转动。如果需要加大转向比,电机就会和转向输入轴同向转动。


如果需要减小转向比,电机就会和转向输入轴反向转动。每转动一圈,从动轮会比定子轮多转动2个齿。



这套系统主要是根据车速和车身稳定系统联动。在出现轮胎打滑等不稳定的情况时,系统会增加转向比,让前轮能更快的达到驾驶者“想要”的转向角度。


在激烈驾驶时,驾驶者的方向盘输入是被系统强制修饰后才作用在前轮上的。这就导致了转向手感的飘忽不定和车辆动态的不可预测性。

 

宝马

Active Steering电子可变转向比



2003年E60的5系车型中,宝马使用了和ZF一起设计的电子可变转向比系统。



这套系统可以在转弯的过程中连续控制转向比,以便控制转向不足或转向过度。其转向比的变化范围是5.0-1.7。这种设计使得前轮指向和方向盘角度之间没有必然的联系,操控特性(推头或甩尾或者说是横向稳定性)不可预测的时刻变化着。



这套结构中有2个太阳轮分别连接到输入轴和输出轴。3对行星轮啮合在其中。在不需要改变转向比时,整套齿轮组是锁死在一起的。当需要改变转向比时,电磁锁脱开,小电机控制齿轮组转动。齿轮组同向或反向的转动叠加到转向输入上后,转向输出中就带有可变的效果了。


英菲尼迪

Direct Adaptive Steering电子转向系统



2013年英菲尼迪在Q50车型中使用了纯电子控制的转向系统(通常情况下)。



在正常情况下,转向柱中的离合器分离,方向盘和转向连杆之间没有任何直接的连接。由3个电脑控制2个转向电机提供转向力。


转向柱仅仅是作为电子系统的应急备份而存在。3个电脑将计算结果进行对比(少数服从多数)后再输出信号。如果3个电脑中有2个的计算结果不可信,则接合离合器进入机械控制模式。



电脑接受到转向柱上角度、扭矩的输入后,再配合转速、车身稳定系统等信号综合判断驾驶者的方向盘意图和当前的车辆动态。然后电脑将计算出来的前轮转向角度需求传送到转向电机上。


同时,电脑还会给方向盘上的力反馈电机信号。力反馈电机再在方向盘上制造出电脑猜测的轮胎路面反馈情况。主要注意的是,电机只能制造出转动方向上的轻重和震动,不可能制造出其它方向的回弹或震动。而且这种反馈必然存在较大的延迟和不真实性。



这套系统的缺点是方向盘感受不到任何真实的轮胎反馈。操作手感类似于赛车模拟器或电子游戏机的方向盘。


此外,在电子系统发生故障,离合器接合进入机械控制时,会有很突兀的效果。其前轮指向和方向盘角度之间也是没有必然联系的,操控特性(推头或甩尾或者说是横向稳定性)也有着较强的不可预测性。



从原理上来说,这套系统规避掉了传统机械连接中旷量的问题,使得方向盘的输入信号可以被更准确的检测。


也可以接入更多的信号源(侧倾、挡位、地面坡度等)实现更自动化的控制,甚至解决自动停车、自动驾驶中的问题。从实际应用上来说,电脑控制逻辑的不确定性又产生了更大的“旷量”。


 More 



今日日签





点击阅读原文,看全部内容