方向盤的工作原理包含杠桿原理，確切說是省力杠桿。在力學(xué)領(lǐng)域，力臂越長所需作用力越小，而方向盤半徑即力臂長度，通過增大它來減小駕駛員所需施力，讓轉(zhuǎn)向操作更輕松。這意味著雖省力，但要付出更多操作行程。借助這種杠桿原理，駕駛員能以較小力量實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向，操控車輛駛向目標(biāo)方向 。

具體來說，方向盤通過花鍵與轉(zhuǎn)向軸緊密相連。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，施加在方向盤邊緣的力會轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩，然后傳遞給轉(zhuǎn)向軸。從力學(xué)公式 F1L1 = F2L2 來看，在方向盤的情境中，增大作為力臂的方向盤半徑 L1，那么所需施加的力 F1 就會相應(yīng)減小。例如，當(dāng)駕駛員使用直徑較大的方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，就會明顯感覺到所需的手力相對較小，這便是省力杠桿在實際駕駛操作中的直觀體現(xiàn)。

不同類型的汽車轉(zhuǎn)向器在這一過程中發(fā)揮著不同作用。常見的汽車轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在眾多汽車、小型貨車和 SUV 中廣泛應(yīng)用，其工作機(jī)制相對簡單。小齒輪連接著轉(zhuǎn)向軸，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使齒條移動，而齒條齒端的拉桿與轉(zhuǎn)向臂相連，以此推動車輪轉(zhuǎn)向。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則在許多卡車和 SUV 中較為常見，雖然它的拉桿與齒輪齒條式略有不同，但工作原理大致類似，并且其輔助動力通常是通過注入高壓液體來提供，從而助力駕駛員更輕松地操控方向盤。

回顧方向盤的發(fā)展歷程，最初在蒸汽汽車上，方向盤是垂直安裝在轉(zhuǎn)向柱上的，這種設(shè)計存在諸多弊端，比如不利于駕駛員操作，還會妨礙視線。然而隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，如今的方向盤不僅在控制行駛方向上更加得心應(yīng)手，還具備了越來越多的功能和安全特性。例如助力系統(tǒng)的加入，更是讓駕駛員操作方向盤變得輕松無比。

總之，方向盤基于省力杠桿原理進(jìn)行設(shè)計，這一原理貫穿于其工作過程中，與不同類型的轉(zhuǎn)向器相互配合，歷經(jīng)發(fā)展與改進(jìn)，最終為駕駛員帶來了輕松且精準(zhǔn)的車輛轉(zhuǎn)向操控體驗，成為汽車駕駛中不可或缺的關(guān)鍵部件 。

（圖/文/攝：太平洋汽車 整理于互聯(lián)網(wǎng)）