方向盤(pán)技術(shù)的革命風(fēng)暴
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作為車(chē)主行車(chē)的必備模塊,方向盤(pán)對(duì)駕駛的作用不言而喻,在汽車(chē)整體科技的不斷演進(jìn)發(fā)展階段,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也發(fā)生了天翻地覆的變化。從最早的不可助力轉(zhuǎn)向到根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的助力轉(zhuǎn)向;從更為先進(jìn)的隨速助力轉(zhuǎn)向衍生到自定義話的助力轉(zhuǎn)向模式設(shè)置,汽車(chē)制造商們希望讓用戶的駕駛感受更加輕松安全。
由機(jī)械化走向智能化
現(xiàn)在幾乎所有的轎車(chē)上都使用了助力轉(zhuǎn)向,但是助力轉(zhuǎn)向有很多種。
第一種是不可變助力轉(zhuǎn)向,也稱機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。是依靠駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向力來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪轉(zhuǎn)向,一般經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)使用機(jī)械液壓助力系統(tǒng)的比較多。大家應(yīng)該還記得那會(huì)考駕照倒樁時(shí)搬老桑塔納的方向盤(pán)有多費(fèi)勁嗎?沒(méi)錯(cuò),那就是不可助力的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
第二種是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的可變化助力轉(zhuǎn)向。通常國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上十幾萬(wàn)的中級(jí)車(chē)乃至二十幾萬(wàn)的中高檔車(chē)上比較常見(jiàn)。這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比于前者,能使轉(zhuǎn)向操縱更靈活、輕便。
但是,它的設(shè)計(jì)并不完美:如果所設(shè)計(jì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了減小汽車(chē)在停車(chē)或低速行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力,則當(dāng)汽車(chē)以高速行駛時(shí),這一動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)的力顯得太小,不利于對(duì)高速行駛的汽車(chē)進(jìn)行方向控制;反之,如果所設(shè)計(jì)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了增加汽車(chē)在高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向力,則當(dāng)汽車(chē)停駛或低速行駛時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)就會(huì)顯得非常吃力。
第三種是現(xiàn)在比較先進(jìn)的隨速助力轉(zhuǎn)向,也叫動(dòng)力隨速轉(zhuǎn)向,一般在高檔車(chē)上有所搭載。就是在動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)平臺(tái)上增加一些系統(tǒng):在轉(zhuǎn)向柱上增加了調(diào)整轉(zhuǎn)向角度電機(jī),這種助力轉(zhuǎn)向的相較于前兩種的優(yōu)點(diǎn)是,在低速行駛時(shí)助力大,比如在停車(chē)入位時(shí),方向盤(pán)比較輕,操作靈活;而在高速行駛時(shí)助力小,方向盤(pán)感覺(jué)比較重,會(huì)覺(jué)得車(chē)輛很穩(wěn),好掌握,不發(fā)飄。
還有一種轉(zhuǎn)向,其實(shí)從某種意義上說(shuō)是隨速轉(zhuǎn)向的衍生品,叫做可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。例如剛剛結(jié)束的廣州車(chē)展上,北京現(xiàn)代推出的新車(chē)名圖。其MDPS電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非常智能,這套系統(tǒng)能根據(jù)車(chē)輛行駛速度,通過(guò)電液轉(zhuǎn)換器確定輸給轉(zhuǎn)向盤(pán)的作用力,減少駕車(chē)者在高速行駛時(shí)方向盤(pán)”飄”的感覺(jué),而且在低速行駛時(shí)也能給駕駛者以持續(xù)輕盈的轉(zhuǎn)向助力。
電動(dòng)式MPDS是利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí),轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器會(huì)”感覺(jué)”到轉(zhuǎn)向盤(pán)的力矩和擬轉(zhuǎn)動(dòng)的方向,這些信號(hào)會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元,電控單元會(huì)根據(jù)傳動(dòng)力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號(hào),向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令,從而電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,產(chǎn)生助力轉(zhuǎn)向。如果不轉(zhuǎn)向,則本套系統(tǒng)就不工作,處于standby(休眠)狀態(tài)等待調(diào)用。
可變轉(zhuǎn)向比(齒比)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)-主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在方向盤(pán)系統(tǒng)中裝置了一套根據(jù)車(chē)速調(diào)整轉(zhuǎn)向傳動(dòng)的變速箱。這個(gè)系統(tǒng)包含了一個(gè)拳頭般大小的行星齒輪,以及兩根輸入軸。其中一根輸入軸連接到方向盤(pán),另一根則通過(guò)螺旋齒輪,由電動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行控制。
筆者曾和負(fù)責(zé)寶馬主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的項(xiàng)目經(jīng)理菲利普•孔恩博士(Philip Köhn)有所交流,他解釋道:”當(dāng)車(chē)速較低時(shí),控制馬達(dá)與轉(zhuǎn)向管柱呈同方向轉(zhuǎn)動(dòng),以增加轉(zhuǎn)向角度;而當(dāng)高速行駛時(shí),控制馬達(dá)呈反方向轉(zhuǎn)動(dòng),從而減少轉(zhuǎn)向角度。"
主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制組件與引擎的電子零件、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)和兩只偏航率傳感器相聯(lián)相通。依據(jù)這些系統(tǒng)提供的信息,它以平均每秒100次的運(yùn)算速度,提供最實(shí)時(shí)、最理想的轉(zhuǎn)向角度。系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)向角度,可以掌握駕駛者的意圖。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)依據(jù)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)可以計(jì)算出車(chē)速,而偏航率傳感器則可隨時(shí)監(jiān)控車(chē)輛垂直軸的穩(wěn)定性。對(duì)于新5系是否行駛在理想線路上或是有偏離路線的趨勢(shì),主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終都能明察秋毫。
當(dāng)發(fā)生特別緊急的情況時(shí),例如閃避,所有的汽車(chē)都會(huì)自然地發(fā)生轉(zhuǎn)向過(guò)度的現(xiàn)象。主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一開(kāi)始就能察覺(jué),并于毫秒之內(nèi)相應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)向角度。也就是說(shuō),系統(tǒng)能在駕乘者不知不覺(jué)中自動(dòng)地反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)平衡車(chē)身,從而提高了行車(chē)安全性。而如果主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自身不足以讓車(chē)輛維持穩(wěn)定的先進(jìn)路線時(shí),動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)將及時(shí)介入,降低引擎馬力或?qū)€(gè)別車(chē)輪施以剎車(chē)。
萬(wàn)一控制軟件失效了,寶馬工程師早已料想到這點(diǎn)。在純粹的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)向由電子信號(hào)控制,方向盤(pán)與車(chē)輪之間并沒(méi)有直接的機(jī)械結(jié)構(gòu)相聯(lián)。配備主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新5系則與其不同,即使系統(tǒng)發(fā)生故障,仍然能進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作,只不過(guò)其轉(zhuǎn)向角度無(wú)法增加或減少。因軟件障礙而造成嚴(yán)重的轉(zhuǎn)向失誤也是絕對(duì)不允許發(fā)生的,菲利普•孔恩博士解釋道:"所有的信息分別在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中以不同方式進(jìn)行分析,只有兩臺(tái)的結(jié)果相同時(shí)指令才被接受,如果結(jié)果出現(xiàn)矛盾,系統(tǒng)就會(huì)自行關(guān)閉。
奔馳的直接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是第一種方式的典型代表,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,齒條在這一范圍內(nèi)的位移較小,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。