助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展探析

王 波

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

1 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全依靠駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力源。駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸傳給機(jī)械式轉(zhuǎn)向器，經(jīng)由轉(zhuǎn)向器放大力矩及動(dòng)力傳遞方向，再經(jīng)由轉(zhuǎn)向縱拉桿和橫拉桿帶動(dòng)裝有轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向節(jié)來改變方向。此轉(zhuǎn)向過程完全依靠消耗駕駛員的體力，車速越低，轉(zhuǎn)向阻力越大，轉(zhuǎn)向越費(fèi)力；反之，則轉(zhuǎn)向阻力較小，轉(zhuǎn)向越輕松。

2 傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

由于液壓助力系統(tǒng)需要消耗一定的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，且液壓式助力轉(zhuǎn)向無法根據(jù)行駛速度的變化，適時(shí)適量的向駕駛員提供所需助力。因此，在低速行駛時(shí)提供的轉(zhuǎn)向助力使車輛的轉(zhuǎn)向變得較輕松，而在中高速行駛時(shí)會(huì)使車輛的轉(zhuǎn)向變得“輕飄”，從而失去較強(qiáng)的“路感”。所以人們?cè)跈C(jī)械液壓助力的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出了能夠更加節(jié)省能耗并能夠根據(jù)駕駛的需要提供所需的轉(zhuǎn)向助力的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

3 電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)英文簡(jiǎn)稱為EPS，即Electronic Control Power Steering。但電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同又分為液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為液壓式EPS）和電動(dòng)式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為電控式EPS）。

（1）液壓式EPS。液壓式EPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)可以控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和電子控制單元等。電子控制單元根據(jù)檢測(cè)到的車速信號(hào)，控制電磁閥，使轉(zhuǎn)向動(dòng)力放大倍率實(shí)現(xiàn)聯(lián)系可調(diào)，從而滿足高、低速時(shí)的轉(zhuǎn)向動(dòng)力要求。目前，根據(jù)控制方式的不同，液壓式EPS又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。①流量控制式EPS是一種根據(jù)車速傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置供應(yīng)的壓力油液，改變油液的輸入輸出流量，以控制轉(zhuǎn)向助力的方法。優(yōu)點(diǎn)是在原來動(dòng)力轉(zhuǎn)向功能上再增加壓力油液流量控制功能即可，可以降低價(jià)格，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。但當(dāng)流向動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壓力油液降低到極限值時(shí)，將轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)向控制部分的剛度，使其下降到接近轉(zhuǎn)向剛性。這樣，在低供給油量區(qū)域內(nèi)，對(duì)于快速轉(zhuǎn)向會(huì)產(chǎn)生壓力供油量不足，降低了相應(yīng)性；于反力控制式EPS是一種根據(jù)車速高低，控制反力室的油壓，從而改變輸入、輸出增益幅度以控制轉(zhuǎn)向力。此種轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有較大的選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，轉(zhuǎn)向剛度大，駕駛員能感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高；③閥靈敏度控制式EPS是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制閥的油壓增益（即閥靈敏度）來控制油壓的。這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少價(jià)格便宜，而且具有較大選擇轉(zhuǎn)向力的自由度，與反力控制式轉(zhuǎn)向相比，但可以最大限度提高原來的彈性剛度來加以克服，從而獲得自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的轉(zhuǎn)向特性。

（2）電動(dòng)式EPS。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動(dòng)助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。

電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering，縮寫EPS）是一種直接依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：①電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向齒輪箱可以只成一個(gè)整體、管道、液壓泵等不需單獨(dú)占據(jù)空間，易于裝車；于基本上只增加電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)，沒有了液壓管道等部件，使整個(gè)系統(tǒng)趨于小型輕量化；③液壓泵僅在必要時(shí)用來使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，故可以節(jié)能；④因?yàn)榱慵?shù)目的減少，不再需要考慮助力油和抽空氣的問題，因此生產(chǎn)裝配性好。

駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，將電壓信號(hào)輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出適當(dāng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助轉(zhuǎn)向動(dòng)力，輔助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向。但在汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。

根據(jù)助力電機(jī)的安裝位置不同，EPS系統(tǒng)又可以分為轉(zhuǎn)向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種。轉(zhuǎn)向軸助力式EPS的電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)向軸一側(cè)，通過減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向軸相連，直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸助力轉(zhuǎn)向。齒輪助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)與小齒輪相連，直接驅(qū)動(dòng)齒輪助力轉(zhuǎn)向。齒條助力式EPS的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)則直接驅(qū)動(dòng)齒條提供助力。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為了助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)也是大趨勢(shì)。以電力作為驅(qū)動(dòng)輔助力的能量來源，完全避免了傳統(tǒng)形式助力系統(tǒng)及電控液壓助力系統(tǒng)的缺點(diǎn)，順應(yīng)了“綠色、環(huán)保、技能”的時(shí)代趨勢(shì)，必將在未來的助力系統(tǒng)發(fā)展中的中流砥柱。

［1］ 李春明.汽車底盤電控技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.