● 可變轉向比(齒比)轉向系統(tǒng)-主動轉向系統(tǒng)
代表車型:寶馬5系(E60、F10)、雷克薩斯LS460L、奧迪Q5、奧迪A6L(C7)、
奔馳新E級、奔馳S級
前面提到的幾種“可變”轉向,能夠改變的僅僅是助力力度,說白了只是能夠改變方向盤轉動時的阻力而已,但是轉向比(可簡單理解為方向盤轉動的角度與對應的車輪轉動角度的比值)是不可變化的,我們接下來要說到的可變齒比(速比)的轉向系統(tǒng)則要先進的多,不僅能夠改變轉向的助力力度,在不同情況下,方向盤轉角對應的車輪轉動角度也是可以變化的。
不同廠家對這類系統(tǒng)的叫法可謂五花八門,比如寶馬稱之為AFS主動轉向系統(tǒng)(Active Front Steering,這個縮寫與我們熟悉的隨動轉向大燈縮寫是相同的),奧迪將其稱之為動態(tài)轉向系統(tǒng)(Audi Dynamic Steering),雷克薩斯/豐田使用的則是可變齒比轉向系統(tǒng)VGRS(Variable Gear Ratio Steering),本田的這類系統(tǒng)名稱為VGR,與豐田命名類似;而奔馳的可變轉向比系統(tǒng)則以“直接轉向系統(tǒng)”(Direct-Steer)命名。雖然功能類似,但是他們使用的技術卻是截然不同的。
不同廠商的可變轉向比技術 | |
奔馳 | 直接轉向系統(tǒng)(Direct-Steer) |
寶馬 | AFS主動前輪轉向系統(tǒng) (Active Front Steering) |
奧迪 | 動態(tài)轉向系統(tǒng) (Audi Dynamic Steering) |
豐田/雷克薩斯 | VGRS (Variable Gear Ratio Steering) |
本田 | VGR (Variable Gear Ratio) |
簡單地說,可變齒比轉向系統(tǒng)在技術層面上并不是一個水平的,目前主要有兩種方式實現(xiàn)這種功能,一種方式是依靠特殊的齒條實現(xiàn),原理簡單,成本也相對較低,沒有過高的技術含量,而另一種就比較復雜,是通過行星齒輪結構和電子系統(tǒng)實現(xiàn)的。由于目前并沒有明確的分類,所以我們姑且將它們分為機械式和電控式吧。
--機械式可變轉向比系統(tǒng):奧秘在于齒條,原理簡單
『奔馳的E級、S級都搭載了“直接轉向系統(tǒng)”』
奔馳的直接轉向系統(tǒng)就是第一種方式的典型代表,名字叫“直接轉向”,解決方案也確實“直接”。它主要是在“齒輪齒條機構”的“齒條”上做文章,通過特殊工藝加工出齒距間隙不相等的齒條,這樣方向盤轉向時,齒輪與齒距不相等的齒條嚙合,轉向比就會發(fā)生變化,中間位置的左右兩邊齒距較密,轉動方向盤,齒條在這一范圍內(nèi)的位移相對較小,在小幅度轉向時(例如變線、方向輕微調(diào)整時),車輛會顯得沉穩(wěn),而齒條兩側遠端的齒距較疏,在這個范圍內(nèi),轉動方向盤,齒條的相對位移會變大,所以在大幅度轉向時(如泊車、掉頭等),車輪會變得更加靈活。這種技術除了對齒條的加工工藝要求比較嚴格之外,并沒有多少“高科技”在其中,缺點在于齒比變化范圍有限,并且不能靈活變化,而它優(yōu)勢也很明顯--完全的機械結構,可靠性較高,耐用性好,結構也非常簡單。
本田的VGR技術與奔馳的“直接轉向技術”如出一轍,同樣是在齒條的齒距變化上面做文章,依靠齒條上齒距的疏密設計來實現(xiàn)所謂的“可變轉向比”。
--電控式:科技含量高,可主動改變齒比
與上面的方式相比,寶馬、豐田、奧迪等品牌所使用的可變齒比轉向系統(tǒng)明顯要先進許多,它們使用了更復雜的機械結構并且需要與電子系統(tǒng)結合使用。這些系統(tǒng)能夠更好的實現(xiàn)“低速時輕盈靈敏,高速穩(wěn)健厚重”的需求,其為車輛行駛帶來的便利性和穩(wěn)定性都是普通的可變助力轉向系統(tǒng)和單純的“機械式”可變齒比轉向無法比擬的。
寶馬AFS主動轉向系統(tǒng)
『新老5系都搭載了主動轉向系統(tǒng),寶馬在這一領域算得上是先行者』
寶馬和ZF(采埃孚)聯(lián)合開發(fā)AFS主動前輪轉向系統(tǒng)正是要找到一種靈活性和高速穩(wěn)定性兼得的解決方案,事實證明他們做到了。下面我們就來深入了解一下“可變轉向比”實現(xiàn)的過程。
首先需要明確的一點是,寶馬的主動轉向系統(tǒng)和助力轉向系統(tǒng)完全是兩個獨立的系統(tǒng),千萬不要因為它有個“主動”的名字,就以為“車道保持”“自動泊車”之類的功能全是它的杰作,那其實是電動助力轉向系統(tǒng)的功勞,和“主動轉向系統(tǒng)”一點關系都沒有。當然,也有一些廠商出于集成化和模塊化的考慮,將電動助力轉向與可變齒比機構整合在了一起。
下面是一輛老款寶馬5系(E60)轉向系統(tǒng)的組成圖,其中的助力轉向系統(tǒng)是一套我們前面提到過的servotronic伺服式助力轉向機構,其助力力度的變化是依靠圖中與液壓泵緊連的ECO閥(電控閥)實現(xiàn),而改變轉向比的機構,則是位于在轉向柱底部的主動轉向系統(tǒng)執(zhí)行單元。
我們來看主動轉向系統(tǒng)執(zhí)行單元的剖視圖,這里就是AFS的秘密所在。轉向柱被從當中打斷,我們將連接方向盤的轉向柱一端稱為輸入軸,將直接連接轉向齒輪的一端稱為輸出軸,二者間通過行星齒輪連接,行星齒輪組的殼體是一個可旋轉的蝸輪,能夠由電機驅(qū)動旋轉。這套系統(tǒng)有獨立的電子控制單元,根據(jù)轉向角傳感器、左右車輪轉速傳感器、橫向加速度傳感器的信號控制電動機的開關及運轉方向。
當系統(tǒng)未通電或者系統(tǒng)發(fā)生故障時,電磁鎖會在彈簧的作用下卡在蝸桿的鎖槽內(nèi),鎖止蝸桿,殼體不可旋轉,此時輸入軸與輸出軸的轉速是相同的,傳動比不會發(fā)生任何變化。而當系統(tǒng)通入電流,電磁鎖打開,電動機開始旋轉時,變化就發(fā)生了。當車輛低速行駛時,電動機驅(qū)動蝸輪與輸入軸同向運轉,蝸輪殼體與輸入軸的旋轉角度相疊加,輸出軸的旋轉角度便大于輸入軸,車輪便能轉動更大的角度,我們的轉向動作被“放大”,使車輛變得非常靈活,而當車速較高時,我們需要更大的轉向比來提供精準沉穩(wěn)的指向,輔助電機會驅(qū)動蝸輪反向旋轉,與輸入軸的部分旋轉角度相抵,最終輸出軸的旋轉角度會低于輸入軸,我們的轉向動作被“縮小”。這套AFS系統(tǒng)的轉向比可在10:1到18:1之間連續(xù)調(diào)節(jié)。
豐田在雷克薩斯的諸多車型所使用的VGRS系統(tǒng)也是依靠行星齒輪結構對方向盤的轉向動作進行放大或縮小,原理與寶馬的AFS系統(tǒng)一致,只是在電機的布置位置和結構的設計上有所差異。我們在這里就不做詳盡的介紹了。
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