● 可變轉(zhuǎn)向比(齒比)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
代表車(chē)型:寶馬5系(E60、F10)、雷克薩斯LS460L、奧迪Q5、奧迪A6L(C7)、
奔馳新E級(jí)、奔馳S級(jí)
前面提到的幾種“可變”轉(zhuǎn)向,能夠改變的僅僅是助力力度,說(shuō)白了只是能夠改變方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻力而已,但是轉(zhuǎn)向比(可簡(jiǎn)單理解為方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與對(duì)應(yīng)的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度的比值)是不可變化的,我們接下來(lái)要說(shuō)到的可變齒比(速比)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則要先進(jìn)的多,不僅能夠改變轉(zhuǎn)向的助力力度,在不同情況下,方向盤(pán)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度也是可以變化的。
不同廠家對(duì)這類(lèi)系統(tǒng)的叫法可謂五花八門(mén),比如寶馬稱(chēng)之為AFS主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Active Front Steering,這個(gè)縮寫(xiě)與我們熟悉的隨動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈縮寫(xiě)是相同的),奧迪將其稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Audi Dynamic Steering),雷克薩斯/豐田使用的則是可變齒比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)VGRS(Variable Gear Ratio Steering),本田的這類(lèi)系統(tǒng)名稱(chēng)為VGR,與豐田命名類(lèi)似;而奔馳的可變轉(zhuǎn)向比系統(tǒng)則以“直接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”(Direct-Steer)命名。雖然功能類(lèi)似,但是他們使用的技術(shù)卻是截然不同的。
不同廠商的可變轉(zhuǎn)向比技術(shù) | |
奔馳 | 直接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Direct-Steer) |
寶馬 | AFS主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Active Front Steering) |
奧迪 | 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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(jiǎn)單地說(shuō),可變齒比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在技術(shù)層面上并不是一個(gè)水平的,目前主要有兩種方式實(shí)現(xiàn)這種功能,一種方式是依靠特殊的齒條實(shí)現(xiàn),原理簡(jiǎn)單,成本也相對(duì)較低,沒(méi)有過(guò)高的技術(shù)含量,而另一種就比較復(fù)雜,是通過(guò)行星齒輪結(jié)構(gòu)和電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。由于目前并沒(méi)有明確的分類(lèi),所以我們姑且將它們分為機(jī)械式和電控式吧。
--機(jī)械式可變轉(zhuǎn)向比系統(tǒng):奧秘在于齒條,原理簡(jiǎn)單
『奔馳的E級(jí)、S級(jí)都搭載了“直接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”』
奔馳的直接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是第一種方式的典型代表,名字叫“直接轉(zhuǎn)向”,解決方案也確實(shí)“直接”。它主要是在“齒輪齒條機(jī)構(gòu)”的“齒條”上做文章,通過(guò)特殊工藝加工出齒距間隙不相等的齒條,這樣方向盤(pán)轉(zhuǎn)向時(shí),齒輪與齒距不相等的齒條嚙合,轉(zhuǎn)向比就會(huì)發(fā)生變化,中間位置的左右兩邊齒距較密,轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán),齒條在這一范圍內(nèi)的位移相對(duì)較小,在小幅度轉(zhuǎn)向時(shí)(例如變線、方向輕微調(diào)整時(shí)),車(chē)輛會(huì)顯得沉穩(wěn),而齒條兩側(cè)遠(yuǎn)端的齒距較疏,在這個(gè)范圍內(nèi),轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán),齒條的相對(duì)位移會(huì)變大,所以在大幅度轉(zhuǎn)向時(shí)(如泊車(chē)、掉頭等),車(chē)輪會(huì)變得更加靈活。這種技術(shù)除了對(duì)齒條的加工工藝要求比較嚴(yán)格之外,并沒(méi)有多少“高科技”在其中,缺點(diǎn)在于齒比變化范圍有限,并且不能靈活變化,而它優(yōu)勢(shì)也很明顯--完全的機(jī)械結(jié)構(gòu),可靠性較高,耐用性好,結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。
本田的VGR技術(shù)與奔馳的“直接轉(zhuǎn)向技術(shù)”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(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的“可變轉(zhuǎn)向比”。
--電控式:科技含量高,可主動(dòng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)明顯要先進(jìn)許多,它們使用了更復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)并且需要與電子系統(tǒng)結(jié)合使用。這些系統(tǒng)能夠更好的實(shí)現(xiàn)“低速時(shí)輕盈靈敏,高速穩(wěn)健厚重”的需求,其為車(chē)輛行駛帶來(lái)的便利性和穩(wěn)定性都是普通的可變助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和單純的“機(jī)械式”可變齒比轉(zhuǎn)向無(wú)法比擬的。
寶馬AFS主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
『新老5系都搭載了主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng),寶馬在這一領(lǐng)域算得上是先行者』
寶馬和ZF(采埃孚)聯(lián)合開(kāi)發(fā)AFS主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)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(shí)證明他們做到了。下面我們就來(lái)深入了解一下“可變轉(zhuǎn)向比”實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。
首先需要明確的一點(diǎn)是,寶馬的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),千萬(wàn)不要因?yàn)樗袀(gè)“主動(dòng)”的名字,就以為“車(chē)道保持”“自動(dòng)泊車(chē)”之類(lèi)的功能全是它的杰作,那其實(shí)是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功勞,和“主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”一點(diǎn)關(guān)系都沒(méi)有。當(dāng)然,也有一些廠商出于集成化和模塊化的考慮,將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向與可變齒比機(jī)構(gòu)整合在了一起。
下面是一輛老款寶馬5系(E60)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成圖,其中的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一套我們前面提到過(guò)的servotronic伺服式助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),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(shí)現(xiàn),而改變轉(zhuǎn)向比的機(jī)構(gòu),則是位于在轉(zhuǎn)向柱底部的主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行單元。
我們來(lái)看主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行單元的剖視圖,這里就是AFS的秘密所在。轉(zhuǎn)向柱被從當(dāng)中打斷,我們將連接方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向柱一端稱(chēng)為輸入軸,將直接連接轉(zhuǎn)向齒輪的一端稱(chēng)為輸出軸,二者間通過(guò)行星齒輪連接,行星齒輪組的殼體是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的蝸輪,能夠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這套系統(tǒng)有獨(dú)立的電子控制單元,根據(jù)轉(zhuǎn)向角傳感器、左右車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器、橫向加速度傳感器的信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)及運(yùn)轉(zhuǎn)方向。
當(dāng)系統(tǒng)未通電或者系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),電磁鎖會(huì)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(zhuǎn),此時(shí)輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速是相同的,傳動(dòng)比不會(huì)發(fā)生任何變化。而當(dāng)系統(tǒng)通入電流,電磁鎖打開(kāi),電動(dòng)機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí),變化就發(fā)生了。當(dāng)車(chē)輛低速行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪與輸入軸同向運(yùn)轉(zhuǎn),蝸輪殼體與輸入軸的旋轉(zhuǎn)角度相疊加,輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度便大于輸入軸,車(chē)輪便能轉(zhuǎn)動(dòng)更大的角度,我們的轉(zhuǎn)向動(dòng)作被“放大”,使車(chē)輛變得非常靈活,而當(dāng)車(chē)速較高時(shí),我們需要更大的轉(zhuǎn)向比來(lái)提供精準(zhǔn)沉穩(wěn)的指向,輔助電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蝸輪反向旋轉(zhuǎn),與輸入軸的部分旋轉(zhuǎn)角度相抵,最終輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度會(huì)低于輸入軸,我們的轉(zhuǎn)向動(dòng)作被“縮小”。這套AFS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(chē)型所使用的VGRS系統(tǒng)也是依靠行星齒輪結(jié)構(gòu)對(duì)方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向動(dòng)作進(jìn)行放大或縮小,原理與寶馬的AFS系統(tǒng)一致,只是在電機(jī)的布置位置和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有所差異。我們?cè)谶@里就不做詳盡的介紹了。
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