方向盘下的玄机（二）详解可变转向系统

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汽车已经成为我们生活中不可或缺的一部分。方向盘+换挡杆+踏板的组合似乎已经成为了一种很自然的控制汽车的方式，但它们各自的机制却很少被人了解。以我们手中的方向盘为例，广大骑手对于各种转向系统的共同概念，比如“电动和液压动力的区别”、“变动力怎么了”等等，还是比较模糊的，都很好奇。接下来，我们将系统地向您介绍各种常见的转向系统，为您解答这些问题，并与您一起探讨各种转向系统的奥秘和奥秘。

在上一篇文章中，我们详细介绍了主要的动力转向系统。可以点击查看方向盘下的奥秘:回顾动力转向系统的解读。在这篇文章中，我们将系统地介绍最近流行的各种“可变”转向系统，以便我们了解所谓“可变”转向的真实面貌。

首先，我们要把“可变”助力大致分为两大阵营:可变助力的动力转向系统和变速比的动力转向系统。先说只能改变助力的转向系统。

可变助力的优点:助力可以随车速变化，停车等低速转动方向盘更轻更省力，对于手臂力量小的女性尤其方便。车辆在高速行驶时，可以减少助力，增加了方向盘的转向阻力，使手感觉沉重，不再像低速时那样灵敏，使车辆的方向更容易控制，从而提高了车辆的高速行驶稳定性。

●“进化”机械液压动力-增加电子控制单元+电磁阀

代表:老宝马3系（查成交价|参配|优惠政策）、老奥迪A6、辉腾（查成交价|参配|优惠政策）、君威（查成交价|参配|优惠政策）。

在《方向盘下的奥秘》中，我们已经提到，随着技术的发展，动力转向系统中最古老的机械液压助力系统也在不断进化，如今的机械液压助力系统也能实现可变助力的功能，做到高速时从容，低速时轻盈。

-伺服电子系统伺服动力转向

虽然电动助力转向系统正在成为趋势，但基于传统机械液压助力转向技术的伺服电子转向在许多车辆中仍然很活跃。

伺服电子可以说是古老而强大。与传统的机械液压助力系统相比，这种系统多了一套可以读取速度传感器信息的电子控制单元，与转向柱连接的机械阀有一个电磁阀机构。通过电流控制电磁阀的开启，可以改变助力油的流量，从而改变油推动助力活塞的动力，实现助力调节。控制单元根据车速传感器的信号控制电磁阀的开启，使助力随车速变化。但是这个系统的转向执行机构、液压泵等部件我们还是比较熟悉的。

很多人把这个系统叫做电液动力转向系统。从组成来看，它确实有一个电子控制单元，但它没有电子泵结构。该系统的关键仍然是在传统机械阀体上增加的电磁阀结构，因此不应与电液助力转向混淆，它仍然属于“进化型”机械液压助力转向系统。

这种基于机械液压助力系统的可变助力转向系统，比使用电子泵的电液助力系统具有更高的可靠性，同时还保持了机械液压助力系统负载能力更高、可靠性更高的优点，特别适用于转向系统负载能力更高、机动性更精确的车辆。

市场上配备伺服液压助力转向系统的车型不在少数，欧洲著名厂商如大众、奥迪、宝马、保时捷、沃尔沃的产品。)已经使用或仍在使用这种转向系统。

这些车型都匹配伺服液压助力转向系统，但宝马3系和奥迪A6L（查成交价|参配|优惠政策）的后继车型已经安装了电动助力转向系统。

-MAGNASTER磁性可变动力转向系统

虽然最新款的君威跟随麦睿宝加入了“电动”阵营，但我们依然记得，刚推出时，“MAGNASTEER磁变助力转向系统”这个独特的名字让很多消费者感到困惑。其实它的原理和上面提到的伺服电子一样，仍然是机械液压助力转向系统的进化产物。

“尽管2012款君威转向了电动助力转向阵营，但2011款君威及之前的车型仍在使用Opportunity Mechanical液压助力转向系统中的MAGNASTEER转向系统。”

德尔福提供的动力转向系统可以说是通用汽车的得意门生。除了国产君越（查成交价|参配|优惠政策）君越之外，在欧洲、北美和大洋洲的欧宝、萨博、雪佛兰、凯迪拉克、霍顿等品牌中都有广泛应用，已有十多年的历史。

●电动液压助力

代表:凯旋（查成交价|参配|优惠政策），老狐狸

我们已经非常清楚地介绍了电液助力的特点。由于电动液压泵的运行由控制单元控制，其速度不仅可变，而且可以根据控制单元的指令随时改变，因此自然很容易改变动力辅助。忘了电动液压助力转向的特点？单击此处查看

在我国，电液助力被广泛应用。老款福克斯（查成交价|参配|优惠政策），老款马自达3（查成交价|参配|优惠政策），PSA凯旋门，307都采用了电液助力。自主品牌中，海马环东是电液助力系统的典型代表，其“SSPS变速动力转向系统”实际上就是一个电液助力系统。

“这些车型都采用了电液助力转向系统”

有趣的是标致雪铁龙家族名为GEP的电动液压助力转向系统。正常情况下，GEP电子泵的转速与车速成反比，车速越高，电子泵的转速越低。通常电子泵低速时转速为3000转/分，但高速时会降至800转/分，停车时带来轻转向，高速行驶时带来重而稳的感觉。据说该系统比传统的机械液压动力转向系统可以节省0.1-0.2L/100km的油耗。

与一般的电子助力转向系统相比，它的特殊之处在于它有一个额外的角速度传感器来检测方向盘的转速，这给了它一个“紧急避让模式”，这是其大多数电液助力转向系统所不具备的。当驾驶员以非常快的速度转动方向盘时，控制单元会根据从角度传感器接收到的信息，瞬间将电子泵的转速提高到5000转/分，转向助力会瞬间提升。

这种设计的初衷是为了帮助驾驶员在紧急情况下尽快改变方向，规避风险，但实际上这种系统并没有像理论上那样发挥作用，因为很多消费者买车后根本不知道自己的车有这样的功能，遇到紧急情况时仍然会用正常的转向力转动方向盘，但此时的方向盘比他们想象的要轻很多。结果，方向盘的转角远远高于实际需要的角度，车辆会过度转向。当驾驶员意识到这种情况逆转方向时，很容易导致纠正方向过度，增加事故风险。如果你一直不明白为什么你的车突然不像疯子一样工作，那么这个“紧急模式”就是你一直在寻找的答案。请记住:如果你驾驶的是装有GEP可变助力转向系统的车辆，在紧急找正的情况下，一定要控制好转动方向盘的力度，并做好转向阻力突然急剧减小的心理准备。

●电力辅助

车型:奥迪A6L、迈锐宝、速腾（查成交价|参配|优惠政策）

关于电动助力转向，我觉得这里没有必要介绍它动力变化的机理。)我们知道，以电子马达为动力的电动助力转向系统，无论是执行效率还是响应速度，都是液压助力转向系统无法比拟的。此外，与车辆系统总线相连的控制单元可以使该系统发挥更多的作用。在大家熟悉的“自动泊车”功能中，车辆可以自动转弯，这是通过行车电脑与电动助力转向系统的联动来实现的。

●可变转向比转向系统-主动转向系统

车型:宝马5系、雷克萨斯LS460L、奥迪Q5、奥迪A6L、奔驰新E级、奔驰S级

前面提到的“可变”转向只能改变转向的动力，说白了就是只能改变方向盘转动时的阻力，但转向比是不可改变的，而我们接下来要讲的可变传动比的转向系统要高级得多，不仅可以改变转向的动力，还可以在不同情况下改变与方向盘转角对应的车轮转角。

不同的制造商对这种系统有不同的叫法。比如宝马称之为AFS主动前转向系统，奥迪称之为奥迪动态转向系统，雷克萨斯/丰田采用VGRS，本田的VGR与丰田相似。奔驰的可变转向比系统以“直接转向”命名。虽然功能相似，但使用的技术却大不相同。

“奔驰E级和S级都配备了“直接转向系统”

奔驰的直接转向系统就是第一种方法的典型代表，叫做“直接转向”，解决方案真的很“直接”。主要是对“齿轮齿条机构”的“齿条”大惊小怪，通过特殊工艺加工出节距间隙不等的齿条，使方向盘转动时，齿轮与节距不等的齿条啮合，转向比会发生变化，中间位置左右齿间距紧密。方向盘转动时，这个范围内的齿条位移比较小，稍微转动方向盘时，车辆会显得很平静。然而，齿条两侧远端的齿距是稀疏的。在这个范围内，当方向盘转动时，齿条的相对位移会变大，因此车轮在急剧转动时会变得更加灵活。).这项技术对齿条的加工工艺要求严格，没有太多的“高科技”。它的缺点在于传动比变化范围有限，不灵活，优点也很明显——机械结构完整，可靠性高，耐久性好，结构简单。

本田的VGR技术与奔驰的“直接转向技术”完全相同。它还对齿条齿距的变化大惊小怪，通过齿条上齿距的密度设计，实现所谓的“可变转向比”。

-电控型:科技含量高，可主动改变传动比。

与上述方法相比，宝马、丰田、奥迪等品牌使用的可变齿显然比转向系统先进得多。它们使用更复杂的机械结构，需要与电子系统结合。这些系统能更好地满足“低速轻敏、高速稳重”的要求，给车辆带来的便利性和稳定性是普通可变助力转向系统和简单“机械式”可变传动比转向无法比拟的。

宝马AFS主动转向系统

“新老5系都配备了主动转向系统，宝马是这一领域的先锋。”

宝马和ZF联合开发AFS主动前轮转向系统，就是为了找到一个兼顾灵活性和高速稳定性的解决方案，事实证明他们做到了。让我们仔细看看“可变转向比”的实现过程。

首先需要明确的是，宝马的主动转向系统和动力转向系统完全是两个独立的系统。仅仅因为它有“主动”这个名字，不要以为“车道保持”、“自动泊车”等功能都是它的杰作。这其实是电动助力转向系统的功劳，与主动转向系统无关。当然，有些厂商为了集成化、模块化，将电动助力转向与可变传动比机构集成在一起。

下面是一台老款宝马5系的转向系统组成图，其中动力转向系统是前面提到的伺服式动力转向机构，其动力变化是通过图中与液压泵紧密相连的ECO阀来实现的，而改变转向比的机构则是位于转向柱底部的主动转向系统执行单元。

让我们看看主动转向系统执行单元的剖视图。这是美国战地服务团的秘密。转向柱从中间中断。我们称转向柱连接方向盘的一端为输入轴，直接连接转向器的一端为输出轴。两者通过行星齿轮连接。行星齿轮组的壳体是一个可旋转的蜗轮，它可以由电机驱动旋转。该系统具有独立的电子控制单元，根据转向角度传感器、左右轮速传感器和横向加速度传感器的信号控制电机的开关和运行方向。

当系统不通电或系统出现故障时，电磁锁会在弹簧的作用下卡在蜗杆的锁槽内，锁住蜗杆，外壳无法转动。此时，输入轴和输出轴的转速相同，传动比不会改变。当系统通电时，电磁锁打开，电机开始旋转，发生变化。车辆低速行驶时，电机带动蜗轮与输入轴同向行驶，蜗轮箱与输入轴的旋转角度叠加，使输出轴的旋转角度大于输入轴的旋转角度，车轮就能以更大的角度旋转，我们的转向动作被“放大”，使车辆非常灵活。但当车速较高时，我们需要较大的转向比来提供准确稳定的方向，辅助电机会带动蜗轮反方向转动，从而抵消输入轴的部分转角，最后。AFS系统的转向比可以从10:1连续调整到18:1。

许多丰田雷克萨斯车型中使用的VGRS系统也依靠行星齿轮结构来放大或减小方向盘的转向动作。原理与宝马的AFS系统相同，只是电机的布局位置和结构设计有些不同。这里就不详细介绍了。

奥迪Dynamic Steering系统在原理上仍然采用叠加式，但其结构与宝马、丰田有很大不同，也是所有可变转向比技术中最特殊的——其核心部件是带有谐波齿轮传动机构的电控系统。目前，该系统已经出现在许多国产奥迪车型上。

“奥迪A6L配备了动态转向系统”

大家可能都不熟悉“谐波齿轮”这个概念，它利用柔性轮、刚性轮和波发生器的相对运动，特别是柔性轮的可控弹性变形来实现运动和动力传递。改变转向比的原理是谐波传统系统的错齿运动。与方向盘连接的输入轴与柔性轮连接，其中有柔性滚珠轴承，其中心是由电机驱动的椭圆转子，输出轴与外圈面制成的刚性轮连接。当转子锁定时，转向系统的转向比保持不变。当电机带动中心转子转动时，会带动柔轮转动。当转子和柔轮同向转动时，由于柔轮的齿数比外圈刚性轮少，刚性轮的转角会比柔轮大，从而使转向角增大，当转子反转时，可以起到减小转向角的作用。根据不同的驾驶模式，奥迪的动态转向系统也有两种不同的工作曲线，分别对应运动模式和舒适模式。

与行星齿轮系统相比，奥迪动力转向系统所采用的谐波齿轮传动结构具有诸多优势。第一，结构相对简单，没有太多复杂的齿轮结构，零件数量少，便于维护。其次，这种结构承载能力高，没有少女感，传动比大；同时运行平稳，噪音低，非常适合重视静音的豪华车。此外，这种结构传输效率高，响应速度快，运算精度高。

总结:

目前，可变传动比的转向系统仍然只是少数品牌车型可以享受的“先进装备”。相比之下，可变助力的转向系统离我们更近，受欢迎程度非常高。目前，在市场上这些常见的可变助力转向系统中，电动助力系统无疑是未来的发展趋势。结构简单紧凑、成本低、能耗低、精度高、响应速度快、集成控制方便、功能扩展方便等特点是那些由液压动力衍生而来的可变动力系统无法比拟的，尤其是在能源消耗和环境保护的今天。

高端产品采用的可变传动比转向系统，无疑是奔驰最容易推广的“直接转向”技术。即使将来在微型车中普及，也不足为奇。在相对昂贵的电控可变转向比技术中，奥迪的技术是最特殊的，而且似乎相当创新。再加上它在噪音和承重方面的优势，对于那些大型豪华车来说，似乎是一个不错的选择。