电子助力转向为何是大势所趋?

摘要:于是电动助力转向系统就问世了,又叫电子助力转向系统,即electric power steering,简称eps（别跟esp混淆了哈,那是电子稳定性系统）.图:宝马3系上的eps（zf造）eps是一套真正意义上的纯电转向系统,电脑直……

作者:爱车的诺诺

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【电动助力转向的优势】

无论是hps还是ehps,本质都还是液压系统,从外观上看,都有转向油壶（如下图）.

图:助力转向油壶

还记得第一集里聊过的液压系统先天缺点么？（估计时隔太久,大家可以点击这个链接进行回顾:方向盘天天摸,方向盘下面你未必懂）想摆脱这些烦人的缺点,唯一的办法就是脱胎换骨,完全抛弃液压系统！

上个世纪末,汽车工程师们就尝试用电动机驱动方向机,于是电动助力转向系统就问世了,又叫电子助力转向系统,即electric power steering,简称eps（别跟esp混淆了哈,那是电子稳定性系统）.

图:宝马3系上的eps（zf造）

eps是一套真正意义上的纯电转向系统,电脑直接控制助力电机,轻而易举地克服了转向系统的各种世纪难题,工程师看到了eps的优势,觉得找到了“完美的方案”:

1）eps通过程序可以轻松实现车速可变助力,不再受机械系统限制；

2）可以轻松修改手感轻重,适应不同国家、地区的客户喜好.这也是我玩qq不亦乐乎的主要原因.上海大众造的途安,是大众pq35平台的第一款本土车型,当年的第一批途安就通过obd端自定义eps助力级别,记得方向盘从轻到重有14个选项,可惜好景不长,出于保守考虑,厂方很快就封锁了这个权限；

3）仅在转向时消耗电力,整车油耗下降3~5%,想比eps还节能的话,就只能纯人力了.要从发动机上挖潜力,降4%的油耗还不损失动力,成本是巨大的,这也是很多以操控为荣的车企后来不得不向eps妥协的重要原因之一；

4）助力不再受制于发动机,发动机熄火不影响转向,发动机少带一个负载（助力泵）,怠速扭矩管理也方便了,还有更多的动力用于加速,百公里加速成绩莫名其妙就提高一截；

5）一体式转向系统,整车装配效率极高,缩短造车节拍；

6）产品特性一致性好,不受环境温度影响,且终身免维护；

7）原材料环保,很容易实现循环再利用；

8）电脑系统,校正和故障诊断都很方便；

9）电脑可以主动干预转向,自动泊车成为可能；

10）        再也不存在“方向盘打死会憋坏”的友情提示了.

当然,随着了解的深入,eps还会显露出其他优点.正是因为这些优点,eps曾在本世纪初的10年引起国内数十家大小企业争相投资开发,但其实eps有很高的技术壁垒,众生领悟其真谛太晚,直至今日,存活者寥寥无几.

图:当年国内很火的eps改装产品

【eps并不是完美的系统】

除了一些难啃的技术硬节,以及国内鲜有人懂得如何结合实车调校之外,eps也有它的天生弊端,这个只有开发人员才真正清楚,在这里就小啰嗦两句,诺粉们别嫌烦哈.

1）首当其冲的就是eps的顽疾,它几乎完全泯灭了路面反馈,方向盘回弹都是电脑“帮”出来的,所以让驾驶有种“戴了套”的感觉,而且对于调校不到位的车型,这个套还是“干”的.正因为这个问题,宝马很晚才开始应用eps.2005年,我还在德国zf转向系统做开发时,宝马的eps调校工作就接近收尾,结果直到2010年才开始大量应用.由于车主呼声强烈,宝马的m部门曾一度是全公司唯一拒绝eps的部门.如今,保时捷跑车也不得不使用eps,换取更高的燃油经济性和减少硬件复杂性.

图:保时捷911使用的eps（zf造）

2）其次就是助力功率有限,不大适合重型轿车,或者说,要想应用在重型轿车上,就得多花钱,多花精力,挤出更多的安装空间来.如果只靠增加个头来应对更重的车型的话,很快会遇到系统瓶颈,后来人们把精力放在寻找效率更高的电机上,在有限的功耗下,进一步提升系统潜力,才使eps可以问鼎自重1.8吨的轿车.当然,由于成本的增加,这样的应用仅限于利润丰厚的豪车领域.

3）对汽车电力系统的负载要求全面提高,对发电机功率和蓄电池寿命都提出了新的挑战；

4）成本比普通hps高,需要巨大的产量来分摊开发投入；

5）对前轮气压不一致造成的跑偏不敏感,如果两个前轮胎压不一致,司机不容易感知,可能纵容轮胎过度磨损；

6）由于电机天生的扭矩波动和中位“死区”,设计者需要花很多成本让eps的助力手感逼近油滑的hps；

7）必须对安全失效做极其完备的考虑.这是一套电信号“说了算”的系统,这就意味着它完全有可能抽疯地自动转向,车毁人亡.因此,与安全逻辑设计和产品故障的危害比起来,助力和回正手感作为性能实现,只是万里长征第一步.这也是为什么后来很多国内eps开发单位不得不草草收场的重要原因之一,越有钱的公司越能开发出优秀的产品,越专业的公司越能接到订单,定位越高的公司越能赚钱,产量越多的公司越能把控产品故障率,品牌越强势的公司出的产品越有人追着用.因此,eps市场是少有的不敢拼价格的市场,是一场“大者恒大”的游戏.

图:大众pq35平台的eps（zf造）

zf公司每年几百万套eps的产量以及巨大的研发投入,已然成为业界公认技术最高,性能最好,的eps产品提供商,当然价格也可想而知.无论什么新车型要搭载eps,车厂必骚扰zf.我甚至还从很多国内车企那听说,只要zf真心想配套,价格和竞标都不是问题.

不过2015年初,受反垄断部门的影响,zf公司的转向机业务被博世（bosch）集团全面收购,但那已经是在我离职创业之后的事情了,为免于被实力诺粉强行纠正,我索性在这里多一嘴.

当然,在美国、日本还有一些有名的eps生产商,比如管柱式eps就是日本nsk公司专注的领域之一（电机装在驾驶室内的转向管柱上）.

图:大众up采用的管柱eps（nsk造）

近几年,配备eps的车型越来越多,大众、奥迪、宝马和奔驰新推出的轿车,大多数是全系标配eps的,很多国内企业也不甘示弱.考虑到eps比hps贵,另一方面,车价不断走低,造车成本不断压缩,车厂必须绞尽脑汁才能为高科技产品留出成本空间.

转向系统科普还没有完.在eps之外,还有更加“玄幻”的转向系统,诺诺再找时间给大家开开眼界哈.

转向系统在呼救,就怕你听不懂！

作者:爱车的诺诺

图:蝙蝠侠战车的怪异转向机构

【写在前面】

感谢大家对《转向科普》第1集的支持,没想到这么冷偏的技术贴在爱车的诺诺订阅号也能有万人阅读,心里感觉比聊麦弗逊悬架好多了！

诺诺在评论里发现一个问题很有代表性,今天就来答疑吧！（断片儿的诺粉,去公众号里翻历史消息哈！）

诺诺坚持“相同题材,只需看一篇”的诺式科普目的,针对方向盘打死这个话题,做一个终结.

【粉丝问题】

gabe:经常不由自主的就打方向到限位,听到撞击的闷响,不知道会有什么损伤,求诺大科普.

aries:说说打死为什么会有泄压声？

leekingbo:开过老帕萨特的都知道,转向到底就会唧唧叫,不知道后继帖子能否解答？

… …

【诺诺回答】

在驾校里,教练就说“方向打到底要回一点”,很多人都知道这样对车好,但具体原因却一直很模糊,今天诺诺就来把她聊透咯！免得遇到车子呼救,你却完全不懂.

这里涉及的都是基于液压的助力转向系统哈,无论带不带电控,也就是说只要机舱里可以找到转向油壶的,都得中枪.目前,街上跑的车绝大多数都用这类转向系统.

图:液压助力转向系统构成

先说助力泵.只要发动机运转,助力泵就转,射出来的高压油,好比洪水猛兽,源源不断.猛兽出笼必须找地方释放能量,否则就要坏事儿.

图:转阀在转向机上的位置

再说转向机.转向机里有一个很精密的部件叫“转阀”.这个东西的设计造型和加工、装配精度,严重影响手感！转阀里有个机械式的扭矩感应器,探测到你的转向力度和方向后,就把高压油往你要的地方引导,推动车轮顺你心意地转向.转阀,好比一个驯兽师,带着一群狂躁的野狗,你看谁不爽,只需手指一下,他就带着狗去扑上去咬一通.

图:转向机拆解图（蓝色区域为转阀零件）

图:损坏卡滞的转阀

但开车不会老在打方向盘吧,多数时候方向盘还是在中位附近,泵却不断射出高压油,如何泄放这些能量呢？别担心,转阀里专门留了一条泄压通道,在不需要转向时,通道是开着的,允许油液流过方向机转阀并直接返回.就跟平时没事儿也得把狗狗带出来溜一圈差不多,狗狗的精力也有所耗掉,回家也能安心睡觉.

高压油的能量总有一部分会转化为热量,注意到前面示意图里那个小得可怜的散热器了么？作用就不多说了.

最受不了的时候来了,很多新手司机爱把方向盘打到头,还继续憋着,感觉这样可以让转弯半径更小似的！由于方向盘憋着劲儿,泄压通道是关闭的,活塞也到了极限,再也推不动了,助力泵持续输出的高压油往哪里去呢？这相当于既不让狗咬人,也不让你遛狗啊！那好,主人说:

~~~ 让狗咬自己吧！ ~~~

于是,为了让狗可以咬自己,助力泵上内置了一个泄压阀,用于紧急自保.在这种情况下,高压油无处可去,泄压阀被推开进行内部泄流.由于油压是脉动的,泄压阀工作时会发出轻度噪音,这就是转向系统的“呼救声”.

关注诺诺久了,你能学会不少车语,知道车子在表达什么信息,不至于折磨致残后才知道找修理厂.

图:助力泵上的泄压阀（丰田-凯美瑞）

为啥把泄压阀开启比作疯狗自残呢？因为,泄压阀被憋开时,高压油在助力泵内部回流,流道极短（也叫短路）,泵的所有功率都“烧”在泵里面了,长长的油管用不上了,散热器也然并卵了.老是这么憋的话,泵当然会下课咯.

正常的转向机打死时,是轻微的“嗡嗡响”,如果发现尖锐的“唧唧叫”的话,那就是泄压阀快要嗝屁的信号了,是病,得治！否则助力泵坏在路上的话,发动机才不管呢,继续带着泵转得飞快,一瞬间整个转向系统里都是铁屑流动,会造成系统其他精密部件的二次损坏的,比如转阀（上集聊过）；悲剧的是,直到下高速时,车速降下来,才发现没有助力了.当然,高速行车需要闪避时,突然发现没有助力是更加危险的事情.

图:常见的故障中标车型

这个唧唧叫的现象在b5平台的帕萨特和b6、b7平台的奥迪a4上尤为常见.2007年,我还在zf工作的时候,坐同事的老款a4,停车入库时发出唧唧声,他主动解嘲说:“这是奥迪的特殊设计,用声音提示转向到极限了,其他车还不一定有呢！” … …汽车圈里都有这样的,何况民间呢,必须彻底科普.

还有一个粉丝问了打方向偶尔撞极限的问题,其实偶尔撞几下无伤大雅,关键是不要憋着！

【友情提示】

大家在停车挪车时,一定要轻柔转向,并建立“极限快到了”的感觉,在转向角度越大时,越要注意放慢动作.偶尔触碰到极限位置后,略微回让几度,千万别憋方向.

这就是为啥驾校禁止憋着方向挪车的最全面解释了,希望粉丝们满意.

【写在后面】

很多介绍液压助力转向工作原理的资料,都比较晦涩难懂,因为光是这个转阀的结构和分配关系就够读者脑补半天了.我特意做了一些简化,从功能上介绍部件,希望可以消化.（下面那张图,适合专业级别的诺粉自己回家看哦！）

图:教科书风格的hps原理（晕？）

另外,还发现一些读者以前真的把电控液压转向（ehps）当做电动助力转向（eps）了,看了上一集帖子后,恍然大悟,的确没有白写,嘻嘻.

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