由于篇幅較長，所以我們本文介紹的是我們現(xiàn)在最常見的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，解讀“助力從何而來”并介紹助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類。
助力轉(zhuǎn)向，顧名思義，就是通過增加外力來抵抗轉(zhuǎn)向阻力，讓駕駛者只需更少的力就能夠完成轉(zhuǎn)向，也稱動力轉(zhuǎn)向，英文為power steering，最初是為了讓一些自重較重的大型車輛能夠更輕松的操作，但是現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，它讓駕駛變得更加簡單和輕松，并且讓車輛反應更加敏捷，一定程度上提高了安全性。助力轉(zhuǎn)向按照助力的來源不同，可以分為兩大類---液壓助力和電動助力。
液壓助力
液壓動力轉(zhuǎn)向的由來最早要追溯到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(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)。之后類似的發(fā)明分別有美國和加拿大的發(fā)明家相繼注冊專利。而在汽車生產(chǎn)廠商中，克萊斯勒率先實現(xiàn)了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的商業(yè)化生產(chǎn)，將其命名為Hydraguide油壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并于1951年將其搭載在克萊斯勒的第六代Imperial（譯為帝王）車型上。隨著技術的發(fā)展，出現(xiàn)了以電子泵代替機械泵的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，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，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(zhuǎn)向系統(tǒng)。
克萊斯勒第六代Imperial的1951款車型，是最早正式配備液壓助力轉(zhuǎn)向的車型
機械式液壓助力
我們來看機械式液壓助力轉(zhuǎn)向的主要原理，它是基于機械式的齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)而來，增加了一整套液力系統(tǒng)，包括儲液罐、液壓助力泵、與轉(zhuǎn)向柱相連的機械閥、轉(zhuǎn)向機構(gòu)上的液壓缸和能夠推動轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)圖
機械式助力轉(zhuǎn)向提供液壓的液壓泵由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動，也就是說只有發(fā)動機運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向泵才能夠運轉(zhuǎn)，這就是為什么發(fā)動機熄火后方向盤助力消失的原因。在轉(zhuǎn)向機上，有一個能夠隨轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)動的機械閥，當方向盤未左右轉(zhuǎn)動時，活塞兩側(cè)腔室內(nèi)壓力一一致，處于平衡狀態(tài)。當方向盤轉(zhuǎn)動時，連接在轉(zhuǎn)向柱上的機械閥就會相應的打開或關閉，一側(cè)油液不再經(jīng)過液壓缸而直接回流至儲油罐，另一側(cè)油液繼續(xù)注入液壓缸內(nèi)，活塞兩側(cè)產(chǎn)生壓差，便會在液力的作用下被推動，進而產(chǎn)生輔助力度推動轉(zhuǎn)向拉桿，讓車輪轉(zhuǎn)向，使我們轉(zhuǎn)動方向盤所需的力度大大減小。
在轉(zhuǎn)向時，機械閥的開閉使活塞兩側(cè)產(chǎn)生液壓差，推動活塞，帶動轉(zhuǎn)向拉桿
液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還有一個好處，就是提升舒適性和安全性，車輪的劇烈跳動和遇到坑洼路面導致輪胎出現(xiàn)非自主的轉(zhuǎn)向時，通過液壓對活塞的作用能夠很好的緩沖和吸收震動，使傳遞到方向盤上的震動大大減少。同時這種結(jié)構(gòu)還提升了安全性，比如使用傳統(tǒng)齒輪齒條機構(gòu)的車輛在轉(zhuǎn)向時輪胎遇到坑洼突然變向，齒條會帶動齒輪使方向盤反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)“打手”的情況，很容易使駕駛者的手部受到傷害，在液壓助力的車輛上就不會有這樣的問題。
機械式液壓助力特點：整套系統(tǒng)均為機械結(jié)構(gòu)，從由皮帶驅(qū)動的機械式液壓泵到轉(zhuǎn)向柱上的液壓機械閥體，沒有任何電子系統(tǒng)，技術成熟穩(wěn)定、可靠性高、適用范圍很廣，即使車輛的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，失去助力，還是能夠依靠傳統(tǒng)的齒輪齒條機構(gòu)進行轉(zhuǎn)向。缺點是構(gòu)造較復雜，占用空間較大，制造成本較高，也使得保養(yǎng)維護的難度和成本都比較高。并且由于液壓泵靠發(fā)動機皮帶驅(qū)動，所以會消耗發(fā)動機的一部分動力，影響燃油經(jīng)濟性和車輛的動力性，尤其是對于動力本身就相對孱弱的小排量車型的影響比較明顯。另外，單純的機械式液壓助力系統(tǒng)助力力度不可調(diào)節(jié)，很難兼顧低速和高速行駛時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，簡稱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(qū)別就是不再使用由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動的液壓泵，而是換成了電力驅(qū)動的電子泵。
電子液壓助力的優(yōu)勢首先體現(xiàn)在能耗上，首先由電能驅(qū)動的電子泵使用發(fā)電機和電池輸出的電能，不再消耗發(fā)動機本身的動力，電子泵的啟動和關閉全部由電子系統(tǒng)控制，在不做轉(zhuǎn)向動作的時候，電子泵關閉，不像機械液壓助力泵那樣始終與發(fā)動機聯(lián)動，進一步減小能耗。
其次，電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制單元，能夠通過對車速傳感器、橫向加速度傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器等傳感器的信息的處理，通過實時改變電子泵的流量來改變轉(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)助力隨速可變，我們將會在之后的文章中為大家詳細介紹各種“可變”的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
電子液壓助力從上世紀90年代后期開始逐漸普及，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(tǒng)的車型。我們熟悉的馬自達3、凱旋等車型使用的都是這樣的系統(tǒng)。
我們熟悉的馬自達3等車型使用的就是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電子液壓助力為何無法取代機械液壓助力？
無論是從技術、功能、還是經(jīng)濟性方面來看，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(tǒng)，加入了電控系統(tǒng)換上電子泵后、電子液壓助力的制造成本更高，技術也更加復雜，保養(yǎng)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出現(xiàn)轉(zhuǎn)向機構(gòu)和液壓機構(gòu)的故障外，還增加了電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，因而可靠性不及傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)。
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(qū)動，而車載發(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型大多為中小型車輛。對于需要較大助力力度的車輛而言，電子液壓助力系統(tǒng)就有些鞭長莫及了。
4.進化的機械液壓助力系統(tǒng)。隨著技術的發(fā)展，電子液壓助力的隨速可變功能在進化的機械液壓助力系統(tǒng)上也已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)（使用電磁閥體技術），甚至在機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上衍生出了可變速比的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所以可靠性和可承載負荷都更高的機械液壓助力系統(tǒng)依然受到廠商的歡迎。
電動助力
圖為ZF的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric power steering 簡稱EPS or EPAS) ）也是上世紀90年代后期開始才逐漸應用到量產(chǎn)車上的轉(zhuǎn)向技術，與液壓助力系統(tǒng)一樣，仍然是基于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機構(gòu)而來，只不過助力機構(gòu)由復雜的液壓機構(gòu)變成了依靠電動機產(chǎn)生助力的系統(tǒng)。
從示意圖上我們可以看出，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單，沒有了液壓泵、儲液罐、液壓管路和轉(zhuǎn)向柱閥體結(jié)構(gòu)，而是由傳感器、控制單元和助力電機構(gòu)成。在轉(zhuǎn)向柱位置安裝了轉(zhuǎn)矩傳感器，當方向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器探測到轉(zhuǎn)動力矩，并將之轉(zhuǎn)化成電信號傳給控制器，車速傳感器也同時信號傳給控制器，控制器運算夠供給電機適當?shù)碾妷?，?qū)動電機轉(zhuǎn)動，電動機通過減速機構(gòu)將扭矩放大推動轉(zhuǎn)向柱或轉(zhuǎn)向拉桿運動，實現(xiàn)助力。其根據(jù)速度可變助力的特性能夠讓方向盤在低速時更輕盈，而在高速時更穩(wěn)定。
電動助力轉(zhuǎn)向根據(jù)作用位置的不同主要有兩種結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)分別是對轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向拉桿施加助力。對轉(zhuǎn)向柱施加助力的電動助力結(jié)構(gòu)，是將助力電機（帶有減速機構(gòu)，起放大扭矩作用）直接接駁在轉(zhuǎn)向柱上，電機輸出的輔助扭矩直接施加在轉(zhuǎn)向柱上，相當于電機直接幫助我們轉(zhuǎn)動方向盤。
（上圖）對轉(zhuǎn)向柱作用的電動助力系統(tǒng)直接接駁在轉(zhuǎn)向柱上，對轉(zhuǎn)向柱施加助力
另一種結(jié)構(gòu)是將助力電機布置在轉(zhuǎn)向拉桿上，直接用助力電機（帶有減速機構(gòu)，起放大扭矩作用）推動拉桿幫助車輪轉(zhuǎn)向，這種結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且便于布置，目前使用比較廣泛。而且這種結(jié)構(gòu)相對第一種結(jié)構(gòu)而言，方向盤轉(zhuǎn)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輪胎、齒輪齒條機構(gòu)回饋至方向盤處，較第一種結(jié)構(gòu)擁有更加清晰的“路感”，更好的兼顧了駕駛樂趣。目前在國內(nèi)，我們熟悉的第六代高爾夫、睿翼都采用了這種結(jié)構(gòu)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
第二種結(jié)構(gòu)是用助力電機推動轉(zhuǎn)向拉桿，電機和轉(zhuǎn)向柱機構(gòu)是分開的
睿翼的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使用的就是第二種結(jié)構(gòu)
高爾夫6采用也就是電動助力轉(zhuǎn)向，使用的也是第二種結(jié)構(gòu)
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣
相比液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向有諸多優(yōu)勢：
1.其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造成本低，工藝相對簡單，后期的維護和保養(yǎng)也更加簡單。
2.系統(tǒng)損耗低（不會像液壓助力一樣有助力液損耗），運行噪音低，不會有液壓泵或電子泵運轉(zhuǎn)的噪音，提升舒適性
3.助力力度能夠隨速可變，滿足車輛高速和低速行駛時對助力大小的不同需求，響應速度較液壓助力系統(tǒng)更快更直接。
4.同時，電動助力轉(zhuǎn)向有著良好的經(jīng)濟性，純電能驅(qū)動，較機械液壓助力能耗低。
5.它可與其它電子系統(tǒng)聯(lián)用。在一些高端車型上，電動助力轉(zhuǎn)向與其他系統(tǒng)共享總線數(shù)據(jù)，與可變阻尼懸掛、電子穩(wěn)定系統(tǒng)等電子系統(tǒng)聯(lián)動，提升車輛的操控性能和主動安全表現(xiàn)。
當然，它也有一些缺點，首先是可靠性的問題，雖然現(xiàn)在電動助力轉(zhuǎn)向技術已經(jīng)非常成熟，但是電子系統(tǒng)還是要比純機械結(jié)構(gòu)“嬌氣”一些。其次，就像電子液壓助力系統(tǒng)一樣，電動助力轉(zhuǎn)向遇到的仍然是功率的瓶頸問題，對于目前的大多數(shù)車輛來說，使用的都是12V的電源系統(tǒng)，能夠帶動的助力電機功率有限，雖然可以通過搭配不同的減速機構(gòu)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(zhuǎn)向負荷較大的大型車輛來說，電動助力仍然有些力不從心，只有在搭載高容量電池的混合動力車或電動車這類車型上上，才能夠有希望匹配大功率的助力轉(zhuǎn)向電機。
小結(jié)：
本文簡單介紹了目前主要的兩大類轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，并將它們各自的優(yōu)缺點做了簡單的介紹，相信大家都已經(jīng)有了初步的理解。在接下來的文章中我們將會針對實際車型做“可變助力”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的解讀，并將帶領大家回顧傳統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，敬請期待。
下期預告：
在方向盤下的玄機（2）中，我們將帶您詳細了解各種“可變”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：凱旋與標致307的GEP、高爾夫等車型的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“光環(huán)”下的玄機。
