引言： 汽車(chē)已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的部分，方向盤(pán)+換擋桿+踏板的組合似乎已經(jīng)成為天經(jīng)地義的汽車(chē)控制方式，但是它們各自的作用機理卻鮮有人明了。就以我們手中的方向盤(pán)為例，廣大車(chē)友對于常見(jiàn)的各類(lèi)轉向系統概念仍舊模糊，比如“電動(dòng)助力和液壓助力的差別”，“可變助力是怎么回事”等等問(wèn)題都是大家所好奇的，下面，我們就要為大家系統的介紹各類(lèi)常見(jiàn)的轉向系統，為大家解答這些問(wèn)題，并與大家一起討論各種轉向系統的玄機和奧秘。
在上一篇文章中，我們已經(jīng)為大家詳細介紹了目前主要的助力轉向系統，大家可以點(diǎn)擊查看方向盤(pán)下的玄機(1)：助力轉向系統解讀進(jìn)行回顧，而這篇文章，將會(huì )針對近來(lái)流行的各類(lèi)“可變”轉向系統進(jìn)行系統的介紹，讓大家了解所謂的“可變”轉向的真面目。
首先，我們要將“可變”助力大體劃分為兩個(gè)陣營(yíng)：僅助力力度可變的助力轉向系統以及速比可變的助力轉向系統。我們先從僅能改變助力力度的轉向系統看起。
可變助力的優(yōu)勢：能夠隨車(chē)速改變助力力度，在泊車(chē)等低速行駛狀態(tài)下轉動(dòng)方向盤(pán)更加輕盈省力，對臂力較小的女性尤為方便，而當車(chē)輛高速行駛時(shí)，則能夠減少助力，使方向盤(pán)轉動(dòng)阻力增大，手感變沉，不再像低速時(shí)那樣靈敏，車(chē)輛的方向會(huì )變得更容易控制，提升車(chē)輛的高速行駛穩定性。
“進(jìn)化”的機械式液壓助力--增加電子控制單元+電磁閥
代表車(chē)型：別克新君威
在方向盤(pán)下的玄機（1）中，我們已經(jīng)提到過(guò)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，在助力轉向系統中年代最久遠的機械式液壓助力系統也在不斷的進(jìn)化著(zhù)，當今的機械式液壓助力系統同樣能夠實(shí)現可變助力的功能，做到高速時(shí)沉穩、低速輕盈。
新君威的magnasteer系統示意圖，該系統由德?tīng)柛Ｌ峁?/p>
新君威使用的“MAGNASTEER磁力可變助力轉向系統”憑借其特立獨行的名稱(chēng)讓很多消費者云里霧里琢磨不出其本質(zhì)，但是其實(shí)它的原理并不復雜：與傳統的機械式液壓助力系統相比，這類(lèi)系統多出了一套能夠讀取速度傳感器信息的電子控制單元，并與轉向柱連接的機械閥上增加了電磁閥機構。通過(guò)電流控制電磁閥開(kāi)度，可以改變助力油液的流量，使得油液推動(dòng)助力活塞的力量被改變，就實(shí)現了助力力度的調節?？刂茊卧鶕?chē)速傳感器的信號對電磁閥開(kāi)度進(jìn)行控制，便做到了助力力度隨速可變的功能。而這種系統的轉向執行機構、液壓泵等部件仍然是我們所熟悉的。
左：轉向系統透視圖 右：安裝在轉向柱下端的電磁閥結構
Servotronic伺服式助力轉向
而這種在機械液壓助力系統上增加電磁閥的方法，并非只被新君威所采用，這類(lèi)轉向系統目前的使用其實(shí)非常廣泛，耳熟能詳的Servotronic伺服式可變助力轉向系統也是這種類(lèi)型的轉向系統。很多人把這套系統稱(chēng)作電子液壓助力系統，從組成上看，它確實(shí)有電控單元不假，但是并沒(méi)有電子泵結構，系統的關(guān)鍵依然是加在傳統機械閥體之上的電磁閥結構，所以它不應當與電子液壓助力轉向相混淆，依舊是屬于“進(jìn)化型”的機械式液壓助力轉向系統。
Servotronic伺服式助力轉向
我們以汽車(chē)底盤(pán)、轉向、傳動(dòng)技術(shù)的大牌--ZF（采埃孚）生產(chǎn)的Servotronic伺服式液壓助力轉向系統產(chǎn)品為例，給大家做一簡(jiǎn)單介紹：Servotronic轉向系統的作用原理與新君威的magnasteer系統相同，控制單元根據車(chē)速傳感器的信號對電磁閥開(kāi)度進(jìn)行控制，通過(guò)改變助力液流量實(shí)現對轉向機構液壓缸內的油液壓力的調節，進(jìn)而改變助力力度，相比使用電子泵的電子液壓助力系統有著(zhù)更高的可靠性，并且依舊保持機械液壓助力系統的較高負載能力和可靠性較高等優(yōu)勢，尤其適合那些對轉向系統的負載能力要求較高并且需要精準操控性的車(chē)型。
Servotronic伺服式助力轉向系統組成及結構簡(jiǎn)圖
在市面上，搭載伺服式液壓助力轉向系統的車(chē)型不在少數，大眾、奧迪、寶馬、保時(shí)捷以及沃爾沃等知名歐洲廠(chǎng)商的產(chǎn)品（如大眾輝騰、寶馬3系等）都曾使用或仍在使用這種轉向系統。
這些車(chē)型匹配的都是Servotronic伺服式液壓助力轉向系統
電子液壓助力
代表車(chē)型：凱旋、海馬歡動(dòng)
關(guān)于電子液壓助力的特性我們已經(jīng)介紹的很清楚了，由于電子液壓泵的運轉由控制單元一手掌握，所以其轉速高低不僅可變并且能夠隨時(shí)根據控制單元的指令進(jìn)行變化，自然能夠輕松實(shí)現助力力度的改變。忘記電子液壓助力轉向的特點(diǎn)了？點(diǎn)擊這里去溫習方向盤(pán)下的玄機（1）
在國內，電子液壓助力的使用非常廣泛，馬自達3、PSA（標致雪鐵龍）旗下的凱旋、307（部分車(chē)型）等均采用電子液壓助力，在自主品牌中，海馬歡動(dòng)則是電子液壓助力系統的典型代表，其“SSPS轉速可變式助力轉向系統”的真身實(shí)際上就是電子液壓助力系統。
比較有意思的是標致雪鐵龍（PSA）家族的這套被稱(chēng)作“GEP”的電子液壓助力轉向系統，在正常情況下，GEP電子泵的轉速與車(chē)速成反比，車(chē)速越高，電子泵轉速越低。通常在低速時(shí)電子泵轉速為3000rpm，而高速時(shí)會(huì )降到800rpm，帶來(lái)了泊車(chē)時(shí)轉向輕盈而高速行駛時(shí)厚重沉穩的手感。并且據稱(chēng)該系統要比傳統的機械式液壓助力轉向系統節省油耗0.1-0.2L/100km。
凱旋的電子液壓助力系統組成示意
相比一般的電子助力轉向系統，它的特別之處在于其在結構上多出了一個(gè)檢測方向盤(pán)轉動(dòng)速度的角速度傳感器，賦予了其大多數電子液壓助力轉向系統所不具備的“緊急避險模式”，當駕駛者以很快的速度轉動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，控制單元會(huì )根據收到的角傳感器信息瞬間提高電子泵轉速至5000rpm，轉向助力會(huì )瞬間提升，這種設計的本意是為了幫助駕駛者能夠在遇到突發(fā)情況時(shí)盡快改變方向避險，但是實(shí)際上，這套系統并未像理論上那般發(fā)揮其作用，原因在于很多消費者在購車(chē)后根本就不知道自己的愛(ài)車(chē)具備這樣的功能，在遇到突發(fā)狀況時(shí)他們仍然會(huì )以正常的轉向力度轉動(dòng)方向盤(pán)，而此時(shí)方向盤(pán)卻比他們想象的要輕得多，導致方向盤(pán)轉動(dòng)角度大大高于實(shí)際所需的角度，車(chē)輛會(huì )出現過(guò)度的轉向，在駕駛者意識到這種情況反打方向時(shí)又很容易造成糾正方向過(guò)度，反而增加了發(fā)生事故的風(fēng)險。如果您一直都沒(méi)有想明白為什么自己的車(chē)子突然像個(gè)瘋子般不聽(tīng)使喚，那么，這個(gè)“緊急避險模式”就是您一直在找的答案。請牢記：如果駕駛配置了GEP可變助力轉向系統的車(chē)型，緊急并線(xiàn)時(shí)一定要控制轉動(dòng)方向盤(pán)的力度，并對轉向阻力突然大幅減小做好心里準備。
電動(dòng)助力
代表車(chē)型：新奧拓、6代高爾夫、睿翼
關(guān)于電動(dòng)助力轉向，我想在這里完全不需要再介紹其助力力度變化的機理了，(點(diǎn)擊這里溫習《方向盤(pán)下的玄機（1）》)我們知道以電子馬達提供助力的電動(dòng)助力轉向系統在執行效率和響應速度方面都是液壓助力系統所不能比擬的。而且，與車(chē)輛系統總線(xiàn)連接的控制單元能夠讓這套系統發(fā)揮更多的作用，我們熟悉的“自動(dòng)泊車(chē)”功能中車(chē)輛之所以能夠自動(dòng)轉向，就是依靠行車(chē)電腦與電動(dòng)助力轉向系統的聯(lián)動(dòng)實(shí)現的。
可變轉向比（齒比）轉向系統-主動(dòng)轉向系統
代表車(chē)型：寶馬5系（E60、F10）、豐田新皇冠、雷克薩斯LS460L、奧迪Q5、奔馳新E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(shuō)白了只是能夠改變方向盤(pán)轉動(dòng)時(shí)的阻力而已，但是轉向比（可簡(jiǎn)單理解為方向盤(pán)轉動(dòng)的角度與對應的車(chē)輪轉動(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）的轉向系統則要先進(jìn)的多，不僅能夠改變轉向的助力力度，在不同情況下，方向盤(pán)轉角對應的車(chē)輪轉動(dòng)角度也是可以變化的。
不同廠(chǎng)家對這類(lèi)系統的叫法可謂五花八門(mén)，比如寶馬稱(chēng)之為AFS主動(dòng)轉向系統（Active Front Steering，這個(gè)縮寫(xiě)與我們熟悉的隨動(dòng)轉向大燈縮寫(xiě)是相同的），奧迪將其稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)轉向系統（Audi Dynamic Steering），雷克薩斯/豐田使用的則是可變齒比轉向系統VGRS(Variable Gear Ratio Steering)，本田的這類(lèi)系統名稱(chēng)為VGR，與豐田命名類(lèi)似，而奔馳的可變轉向比系統則以“直接轉向系統”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。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，可變齒比轉向系統在技術(shù)層面上并不是一個(gè)水平的，目前主要有兩種方式實(shí)現這種功能，一種方式是依靠特殊的齒條實(shí)現，原理簡(jiǎn)單，成本也相對較低，沒(méi)有過(guò)高的技術(shù)含量，而另一種就比較復雜，是通過(guò)行星齒輪結構和電子系統實(shí)現的。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械式和電子式吧。
機械式可變轉向比系統：奧秘在于齒條，原理簡(jiǎn)單
奔馳的E級、S級都搭載了“直接轉向系統”
奔馳的直接轉向系統就是第一種方式的典型代表，它主要是在“齒輪齒條機構”的“齒條”上做文章，通過(guò)特殊工藝加工齒距間隙不相等的齒條，這樣方向盤(pán)轉向時(shí)，齒輪與齒距不相等的齒條嚙合，轉向比就會(huì )發(fā)生變化，中間位置的左右兩邊齒距較密，齒條在這一范圍內的位移較小，在小幅度轉向時(shí)（例如變線(xiàn)、方向輕微調整時(shí)），車(chē)輛會(huì )顯得沉穩，而齒條兩側遠端的齒距較疏，在這個(gè)范圍內，轉動(dòng)方向盤(pán)，齒條的相對位移會(huì )變大，所以在大幅度轉向時(shí)（如泊車(chē)、掉頭等），車(chē)輪會(huì )變得更加靈活。這種技術(shù)除了對齒條的加工工藝要求比較嚴格之外，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(jiǎn)單。
電子式：科技含量高，仍在進(jìn)化
與上面的方式相比，寶馬、豐田所使用的可變齒比轉向系統明顯要先進(jìn)許多，使用了更復雜的機械結構并且需要與電子系統結合使用。能夠更好的實(shí)現“低速時(shí)輕盈靈敏，高速穩健厚重”的需求，其為車(chē)輛行駛帶來(lái)的便利性和穩定性都是普通的可變助力轉向系統和單純的“機械式”可變齒比轉向無(wú)法比擬的。
以雷克薩斯的VGRS為例，我們可以看到，在不同車(chē)速下
車(chē)輪轉動(dòng)角度相同，但是對應的方向盤(pán)轉動(dòng)角度卻是不同的
接下來(lái)，我們就從國內的現款寶馬5系（E60）使用的AFS主動(dòng)轉向系統入手，來(lái)深入了解一下“可變轉向比”實(shí)現的過(guò)程。從結構上看，這是一套我們前面提到過(guò)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(shí)現，而改變轉向比的玄機，就藏在轉向器及執行單元的外殼之下。
我們來(lái)看轉向器及執行單元的剖視圖，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(pán)的轉向柱一端稱(chēng)為輸入軸，將直接連接轉向齒輪的一端稱(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)可旋轉的蝸輪，能夠由電機驅動(dòng)旋轉。這套系統有獨立的電子控制單元，根據轉向角傳感器、左右車(chē)輪轉速傳感器、橫向加速度傳感器的信號控制電動(dòng)機的開(kāi)關(guān)及運轉方向。
當系統未通電或者系統發(fā)生故障時(shí)，電磁鎖會(huì )在彈簧的作用卡在蝸桿的鎖槽內，鎖止蝸桿，殼體不可旋轉，此時(shí)輸入軸與輸出軸的轉速是相同的，傳動(dòng)比不會(huì )發(fā)生任何變化，此時(shí)它只是一套可變助力力度的機械式液壓助力轉向系統。而當系統通入電流，電磁鎖打開(kāi)，電動(dòng)機開(kāi)始旋轉時(shí)，變化就發(fā)生了。當車(chē)輛低速行駛時(shí)，電動(dòng)機驅動(dòng)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(chē)輪便能轉動(dòng)更大的角度，我們的轉向動(dòng)作被“放大”，使車(chē)輛變得非常靈活，而當車(chē)速較高時(shí)，我們需要更大的轉向比來(lái)提供精準沉穩的指向，輔助電機會(huì )驅動(dòng)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(huì )低于輸入軸，我們的轉向動(dòng)作被“縮小”。這套AFS系統的轉向比可在10:1到18:1之間連續調節。
豐田在雷克薩斯的諸多車(chē)型所使用的VGRS系統也是依靠行星齒輪結構對方向盤(pán)的轉向動(dòng)作進(jìn)行放大或縮小，原理與寶馬的AFS系統一致，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。
豐田的VGRS可變齒比轉向系統結構示意
奧迪所使用的動(dòng)態(tài)轉向系統（Audi Dynamic Steering）從原理上來(lái)講依然是運用了疊加的原理，但是使用的結構卻與寶馬和豐田的系統有著(zhù)天壤之別，其核心部件是一套以諧波齒輪傳動(dòng)機構為核心的電控系統。大家對于“諧波齒輪”的概念可能都比較陌生，它是利用柔輪、剛輪和波發(fā)生器的相對運動(dòng)，特別是柔輪的可控彈性變形(形狀改變)來(lái)實(shí)現運動(dòng)和動(dòng)力傳遞的（定義來(lái)自網(wǎng)絡(luò )）。
改變轉向比的原理是諧波傳統系統的錯齒運動(dòng)。連著(zhù)方向盤(pán)的輸入軸與柔輪（薄型環(huán)齒圈）相連，其內有柔性滾珠軸承，中心為電機驅動(dòng)的橢圓轉子，與輸出軸相連的是外環(huán)面構成的剛輪，在轉子被鎖止時(shí)（電機未通電或發(fā)生故障），轉向系統轉向比保持恒定。而電機驅動(dòng)中央轉子旋轉時(shí)，會(huì )帶動(dòng)柔輪旋轉，當轉子與柔輪同向旋轉時(shí)，由于柔輪的齒數比外環(huán)剛輪的齒數小，所以剛輪的轉動(dòng)角度便會(huì )大于柔輪，使轉向角度被放大，而當轉子反轉時(shí)，就能夠起到縮小轉向角度的作用。
相比行星齒輪系統，奧迪的動(dòng)態(tài)轉向系統使用的諧波齒輪傳動(dòng)結構有諸多優(yōu)點(diǎn)，首先是結構相對簡(jiǎn)單，沒(méi)有過(guò)多復雜的齒輪結構，零件數少便于維修。其次是這種結構承載能力高，不嬌氣，傳動(dòng)比大；同時(shí)，它的運轉平順，噪音較低，這點(diǎn)對于看重靜音的豪華車(chē)型來(lái)說(shuō)非常適合；另外，這種結構傳動(dòng)效率高，且響應速度快，運轉精度高。
當然，寶馬和豐田的可變轉向技術(shù)也一直在進(jìn)化著(zhù)，在早期的AFS和VGRS系統上，相匹配的仍然是液壓助力機構，在新一代的寶馬5系（F10）上，液壓助力機構已經(jīng)被電動(dòng)助力（EPS）所取代，結構更加簡(jiǎn)單緊湊，助力力度的輸出更加精確，能耗也得到了有效的降低。而且，助力系統能夠通過(guò)助力電機直接驅動(dòng)齒條，可以獨立于方向盤(pán)精確控制車(chē)輪轉動(dòng)角度，與泊車(chē)雷達和車(chē)身電子系統聯(lián)動(dòng)，實(shí)現了自動(dòng)泊車(chē)的功能，真正解放雙手。
新一代寶馬5系（F10）上，電動(dòng)助力轉向已經(jīng)取代了液壓助力系統
與豐田的VGRS系統所匹配的助力轉向系統也有所升級。LS460以上的車(chē)型所裝備的IFS（intelligent front steering）智能前轉向系統，使用的就是電動(dòng)助力轉向系統，該系統將可變齒比系統與電動(dòng)助力設計成了一體，省去了螺旋電纜，結構更加簡(jiǎn)單緊湊，系統的運行效率也進(jìn)一步提高。上市不久的新一代皇冠4.3車(chē)型使用的也是VGRS+EPS電動(dòng)助力轉向系統的組合。
小結：
目前來(lái)看，可變齒比的轉向系統仍然只是少數品牌車(chē)型才能夠享受到的“高級裝備”，相比之下可變助力力度的轉向系統要離我們更近一些，普及程度也非常高。眼下，市面上較常見(jiàn)的這幾種可變助力的轉向系統中，電動(dòng)助力系統無(wú)疑是未來(lái)的發(fā)展趨勢，結構簡(jiǎn)單緊湊、低成本、低能耗、高精度、高響應速度、便于集成控制、便于功能擴展（如自動(dòng)泊車(chē)）的特性是那些基于液壓助力衍生而來(lái)的可變助力系統所無(wú)法比擬的，尤其在注重“能耗”和“環(huán)保”的今天，電動(dòng)助力系統發(fā)展的趨勢是不可逆轉的，并且未來(lái)其可靠性、負載能力也將會(huì )進(jìn)一步提升。
目前，電動(dòng)助力轉向系統技術(shù)已經(jīng)比較成熟，所以車(chē)友們在選車(chē)的時(shí)候，如果用車(chē)條件相對寬松（非賽道用，非越野用，非激烈駕駛用）可以?xún)?yōu)先考慮使用電動(dòng)助力轉向系統的車(chē)型，精準操控與低能耗兼得，何樂(lè )而不為呢？
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