可變轉向比（齒比）轉向系統-主動轉向系統

代表車型：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，說白了只是能夠改變方向盤轉動時的阻力而已，但是轉向比（可簡單理解為方向盤轉動的角度與對應的車輪轉動角度的比值）是不可變化的，我們接下來要說到的可變齒比（速比）的轉向系統則要先進的多，不僅能夠改變轉向的助力力度，在不同情況下，方向盤轉角對應的車輪轉動角度也是可以變化的。

　　不同廠家對這類系統的叫法可謂五花八門，比如寶馬稱之為AFS主動轉向系統（Active Front Steering，這個縮寫與我們熟悉的隨動轉向大燈縮寫是相同的），奧迪將其稱之為動態轉向系統（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)，本田的這類系統名稱為VGR，與豐田命名類似，而奔馳的可變轉向比系統則以“直接轉向系統”命名。雖然功能類似，但是他們使用的技術卻是截然不同的。

　　簡單地說，可變齒比轉向系統在技術層面上并不是一個水平的，目前主要有兩種方式實現這種功能，一種方式是依靠特殊的齒條實現，原理簡單，成本也相對較低，沒有過高的技術含量，而另一種就比較復雜，是通過行星齒輪結構和電子系統實現的。由于目前并沒有明確的分類，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，通過特殊工藝加工齒距間隙不相等的齒條，這樣方向盤轉向時，齒輪與齒距不相等的齒條嚙合，轉向比就會發生變化，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（例如變線、方向輕微調整時），車輛會顯得沉穩，而齒條兩側遠端的齒距較疏，在這個范圍內，轉動方向盤，齒條的相對位移會變大，所以在大幅度轉向時（如泊車、掉頭等），車輪會變得更加靈活。這種技術除了對齒條的加工工藝要求比較嚴格之外，并沒有多少“高科技”在其中，缺點在于齒比變化范圍有限，并且不能靈活變化，而優勢也很明顯--完全的機械結構，可靠性較高，耐用性好，結構也非常簡單。

電子式：科技含量高，仍在進化

　　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。能夠更好的實現“低速時輕盈靈敏，高速穩健厚重”的需求，其為車輛行駛帶來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”可變齒比轉向無法比擬的。

以雷克薩斯的VGRS為例，我們可以看到，在不同車速下
車輪轉動角度相同，但是對應的方向盤轉動角度卻是不同的

　　接下來，我們就從國內的現款寶馬5系（E60）使用的AFS主動轉向系統入手，來深入了解一下“可變轉向比”實現的過程。從結構上看，這是一套我們前面提到過的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，我們將連接方向盤的轉向柱一端稱為輸入軸，將直接連接轉向齒輪的一端稱為輸出軸，二者間通過行星齒輪連接，行星齒輪組的殼體是一個可旋轉的蝸輪，能夠由電機驅動旋轉。這套系統有獨立的電子控制單元，根據轉向角傳感器、左右車輪轉速傳感器、橫向加速度傳感器的信號控制電動機的開關及運轉方向。

　　當系統未通電或者系統發生故障時，電磁鎖會在彈簧的作用卡在蝸桿的鎖槽內，鎖止蝸桿，殼體不可旋轉，此時輸入軸與輸出軸的轉速是相同的，傳動比不會發生任何變化，此時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，電動機開始旋轉時，變化就發生了。當車輛低速行駛時，電動機驅動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，車輪便能轉動更大的角度，我們的轉向動作被“放大”，使車輛變得非常靈活，而當車速較高時，我們需要更大的轉向比來提供精準沉穩的指向，輔助電機會驅動蝸輪反向旋轉，與輸入軸的部分旋轉角度相抵，最終輸出軸的旋轉角度會低于輸入軸，我們的轉向動作被“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型所使用的VGRS系統也是依靠行星齒輪結構對方向盤的轉向動作進行放大或縮小，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

　　奧迪所使用的動態轉向系統（Audi Dynamic Steering）從原理上來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天壤之別，其核心部件是一套以諧波齒輪傳動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、剛輪和波發生器的相對運動，特別是柔輪的可控彈性變形(形狀改變)來實現運動和動力傳遞的（定義來自網絡）。

動態轉向系統-Audi Dynamic Steering結構圖

　　改變轉向比的原理是諧波傳統系統的錯齒運動。連著方向盤的輸入軸與柔輪（薄型環齒圈）相連，其內有柔性滾珠軸承，中心為電機驅動的橢圓轉子，與輸出軸相連的是外環面構成的剛輪，在轉子被鎖止時（電機未通電或發生故障），轉向系統轉向比保持恒定。而電機驅動中央轉子旋轉時，會帶動柔輪旋轉，當轉子與柔輪同向旋轉時，由于柔輪的齒數比外環剛輪的齒數小，所以剛輪的轉動角度便會大于柔輪，使轉向角度被放大，而當轉子反轉時，就能夠起到縮小轉向角度的作用。

　　相比行星齒輪系統，奧迪的動態轉向系統使用的諧波齒輪傳動結構有諸多優點，首先是結構相對簡單，沒有過多復雜的齒輪結構，零件數少便于維修。其次是這種結構承載能力高，不嬌氣，傳動比大；同時，它的運轉平順，噪音較低，這點對于看重靜音的豪華車型來說非常適合；另外，這種結構傳動效率高，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也一直在進化著，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，液壓助力機構已經被電動助力（EPS）所取代，結構更加簡單緊湊，助力力度的輸出更加精確，能耗也得到了有效的降低。而且，助力系統能夠通過助力電機直接驅動齒條，可以獨立于方向盤精確控制車輪轉動角度，與泊車雷達和車身電子系統聯動，實現了自動泊車的功能，真正解放雙手。

新一代寶馬5系（F10）上，電動助力轉向已經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以上的車型所裝備的IFS（intelligent front steering）智能前轉向系統，使用的就是電動助力轉向系統，該系統將可變齒比系統與電動助力設計成了一體，省去了螺旋電纜，結構更加簡單緊湊，系統的運行效率也進一步提高。上市不久的新一代皇冠4.3車型使用的也是VGRS+EPS電動助力轉向系統的組合。

小結：

　　目前來看，可變齒比的轉向系統仍然只是少數品牌車型才能夠享受到的“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，市面上較常見的這幾種可變助力的轉向系統中，電動助力系統無疑是未來的發展趨勢，結構簡單緊湊、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（如自動泊車）的特性是那些基于液壓助力衍生而來的可變助力系統所無法比擬的，尤其在注重“能耗”和“環保”的今天，電動助力系統發展的趨勢是不可逆轉的，并且未來其可靠性、負載能力也將會進一步提升。

　　目前，電動助力轉向系統技術已經比較成熟，所以車友們在選車的時候，如果用車條件相對寬松（非賽道用，非越野用，非激烈駕駛用）可以優先考慮使用電動助力轉向系統的車型，精準操控與低能耗兼得，何樂而不為呢？