汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與發(fā)展趨勢

摘 要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來改變汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)的總稱。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是保證汽車能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛。本文對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類、結(jié)構(gòu)原理、發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);分類;結(jié)構(gòu)原理;發(fā)展趨勢

1 前言

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制其行駛路線和方向的主要裝置，它直接影響汽車的操縱性和穩(wěn)定性。隨著汽車運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提出了更加廣泛的要求，除了要求其工作安全可靠、操縱輕便、機(jī)動性好、高效節(jié)能外，還要求它能夠在各種工況（包括直線行駛、正常轉(zhuǎn)向、快速轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向等）下，應(yīng)根據(jù)不同的行駛速度和路面狀況，提供最佳的“路感”。

在汽車技術(shù)的發(fā)展過程中，轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展基本經(jīng)歷了純機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向、電動助力轉(zhuǎn)向幾個階段。產(chǎn)品的不斷發(fā)展，使得轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)和性能不斷完善。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分類

2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件都是機(jī)械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成[1]。

2.2 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

所謂助力轉(zhuǎn)向，是指借助外力使駕駛者用更少的力就能完成轉(zhuǎn)向。助力轉(zhuǎn)向按動力的來源可分為液壓助力和電動助力兩種。

2.2.1 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)（液壓助力泵、液壓缸、活塞等）兩部分。

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是通過液壓泵（由發(fā)動機(jī)皮帶帶動）提供油壓推動活塞，進(jìn)而產(chǎn)生輔助力推動轉(zhuǎn)向拉桿，輔助車輪轉(zhuǎn)向。

2.2.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由電動機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，主要由傳感器、控制單元和助力電動機(jī)構(gòu)成，沒有了液壓助力系統(tǒng)的液壓泵、液壓管路、轉(zhuǎn)向柱閥體等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡單。

電動助力轉(zhuǎn)向原理：駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩電壓信號、轉(zhuǎn)動方向和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力[2]。

2.3 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是更新一代的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接。主要由3個模塊組成：轉(zhuǎn)向盤總成、控制器和前輪轉(zhuǎn)向總成。

線控轉(zhuǎn)向原理：ECU根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)動來將信號傳遞給電機(jī)，再由電機(jī)來控制車輪的轉(zhuǎn)動角度和速度，并模擬路面的回饋力。信號發(fā)送到驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)控制轉(zhuǎn)向機(jī)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

3 未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展趨勢

（1）轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)容錯性需提升。未來客戶對于車輛安全性能的觀念正在轉(zhuǎn)變，越來越不愿看到丟失助力的情況發(fā)生，尤為行駛中出現(xiàn)助力丟失問題，備受關(guān)注，屬于A級問題，有可能導(dǎo)致汽車召回。以上現(xiàn)狀，促使未來轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)容錯性需提升，目前實(shí)現(xiàn)的辦法有：使用多個控制模塊（俗稱雙核或多核）及多個數(shù)據(jù)采集模塊，俗稱“備胎”方案。

（2）汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動駕駛。強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)推動了未來汽車自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，自動駕駛技術(shù)亦逐漸普及。實(shí)現(xiàn)自動駕駛對于車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尤為重要，未來發(fā)展趨勢逐漸自動化。

4 結(jié)語

車輛的操縱穩(wěn)定性不僅可以通過轉(zhuǎn)向來影響，而且可以通過縱向運(yùn)動的控制產(chǎn)生的直接橫擺力矩來影響，同時，它還與車輛的懸架系統(tǒng)特性有著密切的關(guān)系。隨著汽車主動安全系統(tǒng)的不斷推出，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與各系統(tǒng)之間的集成控制就成為未來發(fā)展的必然趨勢。中國的汽車零部件生產(chǎn)廠應(yīng)在技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新、敏銳預(yù)測市場形勢的的變化并及時對其作出迅速反應(yīng)等方面做實(shí)質(zhì)性的工作，才能在世界轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域占有一席之地。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐文初，鄧寶清.汽車構(gòu)造[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2010：332.

[2]張金柱.圖解汽車原理與構(gòu)造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016：199-202.

作者簡介：陳鋒（1990-），男，廣東梅州人，本科，主要研究方向：質(zhì)量管理。