由于篇幅較長(cháng)，所以我們本文介紹的是我們現在最常見(jiàn)的助力轉向系統，解讀“助力從何而來(lái)”并介紹助力轉向系統的分類(lèi)。
助力轉向，顧名思義，就是通過(guò)增加外力來(lái)抵抗轉向阻力，讓駕駛者只需更少的力就能夠完成轉向，也稱(chēng)動(dòng)力轉向，英文為power steering，最初是為了讓一些自重較重的大型車(chē)輛能夠更輕松的操作，但是現在已經(jīng)非常普及，它讓駕駛變得更加簡(jiǎn)單和輕松，并且讓車(chē)輛反應更加敏捷，一定程度上提高了安全性。助力轉向按照助力的來(lái)源不同，可以分為兩大類(lèi)---液壓助力和電動(dòng)助力。
液壓助力
液壓動(dòng)力轉向的由來(lái)最早要追溯到1902年的2月，英國的Frederick W. Lanchester發(fā)明了“cause the steering mechanism to be actuated by hydraulic power”即液力驅動(dòng)轉向機構。之后類(lèi)似的發(fā)明分別有美國和加拿大的發(fā)明家相繼注冊專(zhuān)利。而在汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商中，克萊斯勒率先實(shí)現了液壓助力轉向系統的商業(yè)化生產(chǎn)，將其命名為Hydraguide油壓轉向系統，并于1951年將其搭載在克萊斯勒的第六代Imperial（譯為帝王）車(chē)型上。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，出現了以電子泵代替機械泵的電子液壓助力轉向系統，所以目前液壓助力的主要分為機械式液壓助力和電子液壓助力兩類(lèi)，另外，在機械式液壓助力的基礎上還派生出了電子伺服的液壓助力轉向系統。
克萊斯勒第六代Imperial的1951款車(chē)型，是最早正式配備液壓助力轉向的車(chē)型
機械式液壓助力
我們來(lái)看機械式液壓助力轉向的主要原理，它是基于機械式的齒輪齒條轉向機構而來(lái)，增加了一整套液力系統，包括儲液罐、液壓助力泵、與轉向柱相連的機械閥、轉向機構上的液壓缸和能夠推動(dòng)轉向拉桿的活塞等等。
機械式液壓助力示意
機械式液壓助力正視結構圖
機械式助力轉向提供液壓的液壓泵由發(fā)動(dòng)機通過(guò)皮帶驅動(dòng)，也就是說(shuō)只有發(fā)動(dòng)機運轉，轉向泵才能夠運轉，這就是為什么發(fā)動(dòng)機熄火后方向盤(pán)助力消失的原因。在轉向機上，有一個(gè)能夠隨轉向柱轉動(dòng)的機械閥，當方向盤(pán)未左右轉動(dòng)時(shí)，活塞兩側腔室內壓力一一致，處于平衡狀態(tài)。當方向盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，連接在轉向柱上的機械閥就會(huì )相應的打開(kāi)或關(guān)閉，一側油液不再經(jīng)過(guò)液壓缸而直接回流至儲油罐，另一側油液繼續注入液壓缸內，活塞兩側產(chǎn)生壓差，便會(huì )在液力的作用下被推動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生輔助力度推動(dòng)轉向拉桿，讓車(chē)輪轉向，使我們轉動(dòng)方向盤(pán)所需的力度大大減小。
在轉向時(shí)，機械閥的開(kāi)閉使活塞兩側產(chǎn)生液壓差，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)轉向拉桿
液壓助力轉向系統還有一個(gè)好處，就是提升舒適性和安全性，車(chē)輪的劇烈跳動(dòng)和遇到坑洼路面導致輪胎出現非自主的轉向時(shí)，通過(guò)液壓對活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動(dòng)，使傳遞到方向盤(pán)上的震動(dòng)大大減少。同時(shí)這種結構還提升了安全性，比如使用傳統齒輪齒條機構的車(chē)輛在轉向時(shí)輪胎遇到坑洼突然變向，齒條會(huì )帶動(dòng)齒輪使方向盤(pán)反轉，出現“打手”的情況，很容易使駕駛者的手部受到傷害，在液壓助力的車(chē)輛上就不會(huì )有這樣的問(wèn)題。
機械式液壓助力特點(diǎn)：整套系統均為機械結構，從由皮帶驅動(dòng)的機械式液壓泵到轉向柱上的液壓機械閥體，沒(méi)有任何電子系統，技術(shù)成熟穩定、可靠性高、適用范圍很廣，即使車(chē)輛的液壓系統出現故障，失去助力，還是能夠依靠傳統的齒輪齒條機構進(jìn)行轉向。缺點(diǎn)是構造較復雜，占用空間較大，制造成本較高，也使得保養維護的難度和成本都比較高。并且由于液壓泵靠發(fā)動(dòng)機皮帶驅動(dòng)，所以會(huì )消耗發(fā)動(dòng)機的一部分動(dòng)力，影響燃油經(jīng)濟性和車(chē)輛的動(dòng)力性，尤其是對于動(dòng)力本身就相對孱弱的小排量車(chē)型的影響比較明顯。另外，單純的機械式液壓助力系統助力力度不可調節，很難兼顧低速和高速行駛時(shí)對指向精度的不同需求。
電子液壓助力
所謂的電子液壓助力，Electro-hydraulic power steering，簡(jiǎn)稱(chēng)EHPS，其助力原理與機械式液壓助力完全相同，而與機械式液壓助力最大的區別就是不再使用由發(fā)動(dòng)機通過(guò)皮帶驅動(dòng)的液壓泵，而是換成了電力驅動(dòng)的電子泵。
電子液壓助力的優(yōu)勢首先體現在能耗上，首先由電能驅動(dòng)的電子泵使用發(fā)電機和電池輸出的電能，不再消耗發(fā)動(dòng)機本身的動(dòng)力，電子泵的啟動(dòng)和關(guān)閉全部由電子系統控制，在不做轉向動(dòng)作的時(shí)候，電子泵關(guān)閉，不像機械液壓助力泵那樣始終與發(fā)動(dòng)機聯(lián)動(dòng)，進(jìn)一步減小能耗。
其次，電子液壓助力轉向系統的電子控制單元，能夠通過(guò)對車(chē)速傳感器、橫向加速度傳感器、轉向角度傳感器等傳感器的信息的處理，通過(guò)實(shí)時(shí)改變電子泵的流量來(lái)改變轉向助力的力度大小，也就是隨速可變助力功能。當然，并不是只有電子液壓助力能夠實(shí)現助力隨速可變，我們將會(huì )在之后的文章中為大家詳細介紹各種“可變”的助力轉向系統。
電子液壓助力從上世紀90年代后期開(kāi)始逐漸普及，福特、大眾、豐田、本田、馬自達、標致、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統的車(chē)型。我們熟悉的馬自達3、凱旋等車(chē)型使用的都是這樣的系統。
我們熟悉的馬自達3等車(chē)型使用的就是電子液壓助力轉向系統
電子液壓助力為何無(wú)法取代機械液壓助力？
無(wú)論是從技術(shù)、功能、還是經(jīng)濟性方面來(lái)看，電子液壓助力都較機械式液壓助力更具優(yōu)勢，但是，目前電子液壓助力并沒(méi)能夠取代機械式液壓助力，主要原因有如下幾方面：
1.電子液壓助力成本更高。相對機械式的液壓助力系統，加入了電控系統換上電子泵后、電子液壓助力的制造成本更高，技術(shù)也更加復雜，保養維修的難度和成本也隨之提高。
2.可靠性不及機械液壓助力。電子液壓助力除了會(huì )出現轉向機構和液壓機構的故障外，還增加了電氣系統出現故障的可能性，因而可靠性不及傳統液壓助力系統。
3.助力力度有限。雖然使用電子泵有明顯優(yōu)勢，但是，電子泵需要由發(fā)電機的電能驅動(dòng)，而車(chē)載發(fā)電機的本身功率和蓄電池能夠提供的最大電流都有限，所以電子泵的功率也受到限制，能承載的負荷也有限。所以目前使用電子液壓助力的車(chē)型大多為中小型車(chē)輛。對于需要較大助力力度的車(chē)輛而言，電子液壓助力系統就有些鞭長(cháng)莫及了。
4.進(jìn)化的機械液壓助力系統。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，電子液壓助力的隨速可變功能在進(jìn)化的機械液壓助力系統上也已經(jīng)能夠實(shí)現（使用電磁閥體技術(shù)），甚至在機械式液壓助力轉向系統的基礎上衍生出了可變速比的主動(dòng)轉向系統，所以可靠性和可承載負荷都更高的機械液壓助力系統依然受到廠(chǎng)商的歡迎。
電動(dòng)助力
圖為ZF的電動(dòng)助力轉向系統產(chǎn)品
電動(dòng)助力轉向系統（Electric power steering 簡(jiǎn)稱(chēng)EPS or EPAS) ）也是上世紀90年代后期開(kāi)始才逐漸應用到量產(chǎn)車(chē)上的轉向技術(shù)，與液壓助力系統一樣，仍然是基于齒輪齒條式轉向機構而來(lái)，只不過(guò)助力機構由復雜的液壓機構變成了依靠電動(dòng)機產(chǎn)生助力的系統。
從示意圖上我們可以看出，電動(dòng)助力轉向系統的結構非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有了液壓泵、儲液罐、液壓管路和轉向柱閥體結構，而是由傳感器、控制單元和助力電機構成。在轉向柱位置安裝了轉矩傳感器，當方向盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，轉矩傳感器探測到轉動(dòng)力矩，并將之轉化成電信號傳給控制器，車(chē)速傳感器也同時(shí)信號傳給控制器，控制器運算夠供給電機適當的電壓，驅動(dòng)電機轉動(dòng)，電動(dòng)機通過(guò)減速機構將扭矩放大推動(dòng)轉向柱或轉向拉桿運動(dòng)，實(shí)現助力。其根據速度可變助力的特性能夠讓方向盤(pán)在低速時(shí)更輕盈，而在高速時(shí)更穩定。
電動(dòng)助力轉向根據作用位置的不同主要有兩種結構。這兩種結構分別是對轉向柱和轉向拉桿施加助力。對轉向柱施加助力的電動(dòng)助力結構，是將助力電機（帶有減速機構，起放大扭矩作用）直接接駁在轉向柱上，電機輸出的輔助扭矩直接施加在轉向柱上，相當于電機直接幫助我們轉動(dòng)方向盤(pán)。
（上圖）對轉向柱作用的電動(dòng)助力系統直接接駁在轉向柱上，對轉向柱施加助力
另一種結構是將助力電機布置在轉向拉桿上，直接用助力電機（帶有減速機構，起放大扭矩作用）推動(dòng)拉桿幫助車(chē)輪轉向，這種結構更加緊湊，并且便于布置，目前使用比較廣泛。而且這種結構相對第一種結構而言，方向盤(pán)轉向部分與電機輔助是相對獨立的，路面的信息能夠很好的通過(guò)輪胎、齒輪齒條機構回饋至方向盤(pán)處，較第一種結構擁有更加清晰的“路感”，更好的兼顧了駕駛樂(lè )趣。目前在國內，我們熟悉的第六代高爾夫、睿翼都采用了這種結構的電動(dòng)助力轉向系統。
第二種結構是用助力電機推動(dòng)轉向拉桿，電機和轉向柱機構是分開(kāi)的
睿翼的電動(dòng)助力轉向系統，使用的就是第二種結構
高爾夫6采用也就是電動(dòng)助力轉向，使用的也是第二種結構
電動(dòng)助力轉向系統的優(yōu)劣
相比液壓助力轉向系統，電動(dòng)助力轉向有諸多優(yōu)勢：
1.其結構簡(jiǎn)單緊湊，制造成本低，工藝相對簡(jiǎn)單，后期的維護和保養也更加簡(jiǎn)單。
2.系統損耗低（不會(huì )像液壓助力一樣有助力液損耗），運行噪音低，不會(huì )有液壓泵或電子泵運轉的噪音，提升舒適性
3.助力力度能夠隨速可變，滿(mǎn)足車(chē)輛高速和低速行駛時(shí)對助力大小的不同需求，響應速度較液壓助力系統更快更直接。
4.同時(shí)，電動(dòng)助力轉向有著(zhù)良好的經(jīng)濟性，純電能驅動(dòng)，較機械液壓助力能耗低。
5.它可與其它電子系統聯(lián)用。在一些高端車(chē)型上，電動(dòng)助力轉向與其他系統共享總線(xiàn)數據，與可變阻尼懸掛、電子穩定系統等電子系統聯(lián)動(dòng)，提升車(chē)輛的操控性能和主動(dòng)安全表現。
當然，它也有一些缺點(diǎn)，首先是可靠性的問(wèn)題，雖然現在電動(dòng)助力轉向技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是電子系統還是要比純機械結構“嬌氣”一些。其次，就像電子液壓助力系統一樣，電動(dòng)助力轉向遇到的仍然是功率的瓶頸問(wèn)題，對于目前的大多數車(chē)輛來(lái)說(shuō)，使用的都是12V的電源系統，能夠帶動(dòng)的助力電機功率有限，雖然可以通過(guò)搭配不同的減速機構改變助力電機的承載能力，適應范圍較電子液壓助力更廣，但是改變范圍畢竟有限，對于轉向負荷較大的大型車(chē)輛來(lái)說(shuō)，電動(dòng)助力仍然有些力不從心，只有在搭載高容量電池的混合動(dòng)力車(chē)或電動(dòng)車(chē)這類(lèi)車(chē)型上上，才能夠有希望匹配大功率的助力轉向電機。
小結：
本文簡(jiǎn)單介紹了目前主要的兩大類(lèi)轉向助力系統，并將它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)做了簡(jiǎn)單的介紹，相信大家都已經(jīng)有了初步的理解。在接下來(lái)的文章中我們將會(huì )針對實(shí)際車(chē)型做“可變助力”轉向系統的解讀，并將帶領(lǐng)大家回顧傳統的機械式轉向系統，敬請期待。
下期預告：
在方向盤(pán)下的玄機（2）中，我們將帶您詳細了解各種“可變”轉向系統：凱旋與標致307的GEP、高爾夫等車(chē)型的EPS、別克新君威的Magnasteer、寶馬的AFS、豐田新皇冠、雷克薩斯LS上的VGRS...我們將一一為您揭開(kāi)“光環(huán)”下的玄機。
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