TRIZ技術(shù)進(jìn)化在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用解析

王學(xué)軍

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000)

TRIZ技術(shù)進(jìn)化在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用解析

王學(xué)軍

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000)

介紹了發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ) 中的技術(shù)進(jìn)化理論，包括技術(shù)進(jìn)化法則及進(jìn)化路線，應(yīng)用“動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則”中的“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”，解析了汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)化歷程及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明問(wèn)題解決理論；技術(shù)進(jìn)化法則；技術(shù)進(jìn)化路線；汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-43-03

1、TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論

TRIZ發(fā)明問(wèn)題解決理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。技術(shù)進(jìn)化理論是TRIZ理論的核心內(nèi)容之一，涵蓋了各種產(chǎn)品核心技術(shù)的進(jìn)化規(guī)律，即技術(shù)進(jìn)化模式或進(jìn)化法則，以及技術(shù)進(jìn)化路線；并且在一個(gè)工程領(lǐng)域中總結(jié)出的進(jìn)化模式或法則及進(jìn)化路線可在另一個(gè)工程領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)，即技術(shù)進(jìn)化模式或法則與進(jìn)化路線具有可傳遞性。技術(shù)進(jìn)化理論不僅能預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，而且還能展現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品可能結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有可預(yù)見(jiàn)性，可引導(dǎo)設(shè)計(jì)者盡快發(fā)現(xiàn)新的核心技術(shù)，對(duì)于提高產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率和縮短發(fā)明周期都具有重要意義和價(jià)值。

TRIZ技術(shù)系統(tǒng)八大進(jìn)化法則分別是:（1）技術(shù)系統(tǒng)的S曲線進(jìn)化法則；（2）提高理想度法則；（3）子系統(tǒng)的不均衡進(jìn)化法則；（4）動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則；（5）增加集成度再進(jìn)行簡(jiǎn)化法則；（6）子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則；（7）向微觀級(jí)和增加場(chǎng)應(yīng)用的進(jìn)化法則；（8）減少人工介入的進(jìn)化法則。技術(shù)進(jìn)化法則給出了技術(shù)進(jìn)化的方向，每條法則之下有多條技術(shù)進(jìn)化路線，每條技術(shù)進(jìn)化路線由技術(shù)所處的不同狀態(tài)構(gòu)成，表明了技術(shù)進(jìn)化由低級(jí)向高級(jí)進(jìn)化的過(guò)程，提供了技術(shù)預(yù)測(cè)的功能。

2、技術(shù)進(jìn)化路線在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用技術(shù)進(jìn)化法則與進(jìn)化路線的過(guò)程為，根據(jù)已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇一種或幾種進(jìn)化法則, 之后從每種法則中選擇一種或幾種進(jìn)化路線, 從進(jìn)化路線中確定新的核心技術(shù)可能的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要滿足更好的轉(zhuǎn)向操控、布置更加緊湊和安全，選擇技術(shù)進(jìn)化法則中向動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則。動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則指組成技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加柔性化，以適應(yīng)變化的性能需求、變化的環(huán)境條件及功能的多樣性需求。增加柔性化的過(guò)程通常包含固定或剛性部件被活動(dòng)或柔性部件代替的過(guò)程，即向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線:剛體-單鉸鏈-多鉸鏈-柔性體-液體/氣體-場(chǎng)。

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按照“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”技術(shù)進(jìn)化過(guò)程（見(jiàn)圖1）主要?dú)v程有機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3部分組成。其中轉(zhuǎn)向軸經(jīng)歷了剛性連接，該類(lèi)轉(zhuǎn)向很困難，并且在出現(xiàn)事故時(shí)轉(zhuǎn)向軸很容易傷害到司機(jī)；為了改進(jìn)系統(tǒng)，剛性軸由中間增加了一個(gè)十字軸鉸接，后來(lái)發(fā)展成兩個(gè)十字軸連接，此時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)可以適當(dāng)調(diào)整，車(chē)輪的方向控制較容易；繼續(xù)改進(jìn)系統(tǒng)，將鉸接換成柔性軸，這個(gè)改進(jìn)過(guò)程完全按照“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”中的前四步技術(shù)進(jìn)化。

2.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS（見(jiàn)圖3）是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外加裝了一套液壓助力系統(tǒng)，一般由油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥等組成。它以液壓油為動(dòng)力，通過(guò)液壓泵產(chǎn)生的動(dòng)力來(lái)推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器工作。液壓助力系統(tǒng)降低了轉(zhuǎn)向操縱力，轉(zhuǎn)向更為靈敏，此系統(tǒng)改進(jìn)即“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”中的第五步技術(shù)進(jìn)化，液壓助力系統(tǒng)即應(yīng)用液體或氣體模式。

2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（見(jiàn)圖4）是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等。系統(tǒng)主要由電子控制單元ECU、扭矩傳感器、車(chē)速傳感器、電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向柱總成等組成。其特點(diǎn)是使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力，提高了操縱穩(wěn)定性。此系統(tǒng)改進(jìn)即“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”中的第六步技術(shù)進(jìn)化，電動(dòng)助力即應(yīng)用“場(chǎng)”模式。

2.4 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)SBW （Steering by Wire)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)SWB（見(jiàn)圖5）是更新一代的汽車(chē)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也是應(yīng)用“場(chǎng)”模式的進(jìn)一步技術(shù)進(jìn)化。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與上述各類(lèi)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的根本區(qū)別就是取消了轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接。該系統(tǒng)具有2個(gè)電機(jī):路感電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。路感電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向柱上，控制器根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向工況控制路感電機(jī)產(chǎn)生合適的轉(zhuǎn)矩，向駕駛員提供模擬路面信息。驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在齒條上，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向阻力完全由驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)克服，轉(zhuǎn)向盤(pán)只是作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)轉(zhuǎn)角信號(hào)輸入裝置。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提高汽車(chē)被動(dòng)安全性，消除了撞車(chē)事故中轉(zhuǎn)向柱引起傷害駕駛員的可能性，有利于汽車(chē)設(shè)計(jì)制造，并能大大提高汽車(chē)的乘坐舒適性。但是由于轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱之間無(wú)機(jī)械連接，生成讓駕駛員能夠感知汽車(chē)實(shí)際行駛狀態(tài)和路面狀況的“路感”比較困難；且電子器件的可靠性難以保證。所以線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)目前處于研究階段，只配備在一些概念汽車(chē)上。

3、汽車(chē)轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)日趨完善。EPS以其特有的優(yōu)越性代表著動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向，EPS將作為標(biāo)準(zhǔn)配置裝備到汽車(chē)上，未來(lái)一段時(shí)間在動(dòng)力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位；而SBW由于有利于提高汽車(chē)被動(dòng)安全性、有利于汽車(chē)設(shè)計(jì)制造、有利于提高汽車(chē)乘坐舒適性和汽車(chē)操控穩(wěn)定性等原因，將成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。通過(guò)“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”中“場(chǎng)”模式的進(jìn)一步成熟應(yīng)用與發(fā)展，現(xiàn)在就可以預(yù)測(cè)“無(wú)線遙控轉(zhuǎn)向”技術(shù)作為未來(lái)研究發(fā)展的一個(gè)方向。

4、結(jié)論

通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)路線發(fā)展歷程對(duì)照TRIZ“動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則”中的“向流體或場(chǎng)進(jìn)化路線”，其進(jìn)化過(guò)程是完全相符的。TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論、進(jìn)化法則及進(jìn)化路線會(huì)讓技術(shù)人員知道技術(shù)系統(tǒng)是如何進(jìn)化的，大大提高研發(fā)設(shè)計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新能力，實(shí)踐應(yīng)用這種工具方法能夠更好更快的研發(fā)出高質(zhì)量高技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品。

[1] 檀潤(rùn)華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)一TRIZ發(fā)明問(wèn)題解決理論[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2] 楊清亮.發(fā)明是這樣誕生的-TRIZ理論全接觸[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3] 王常友.汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．北京汽車(chē),2007.3.

Technology evolution of TRIZin theapplicationofvehiclesteeringsystem

Wang Xuejun
（R&D Center of GreatWall Motor Company, Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Heibei Baoding 071000）

Introducethe theory of technology evolutionintheory of inventive problem solving(TRIZ)，Including the technicalevolution ruleandevolution route, Applications"Tothefluidandevolution route"of "Dynamic and controllable evolution rule", Analysis of the technologyevolutionprocess andthefuturedevelopment trend of the vehicle steeringsystem.

Theoryof inventive problem solving; Technical evolution rule; Evolution route; Vehicle steeringsystem

U463.4

A

1671-7988(2015)07-43-03

王學(xué)軍，就職于長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，從事汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。