昨天给大家讲了我是如何把一台QQ调成了宝马的手感,那么今天,我们趁大家的肠胃还热乎,就来给大家科普一下,EPS到底是啥。(注意不是ESP哈!)
那么,瓜子饮料准备好,我们要开始了。
【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。
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