汽車轉向器的國內外發展淺述

摘 要：論文主要淺談了汽車的轉向系統在國內外發展的現狀，主要在于電動助力轉向器為未來轉向系統的發展趨勢。

關鍵詞：汽車轉向系統 電動助力轉向系統

中圖分類號：U461 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0109-02

1 汽車轉向系統

汽車轉向系統是汽車主要的安全部分，它的發展趨勢主要分為兩個不同階段，就是傳統的機械轉向系統與現代的助力轉向系統。

1.1 機械轉向系統

傳統的機械式轉向系統所主要講的為通過操作者通過作用于轉向盤上的作用力就是它的轉向動力，然后沒有給它別的外部助力，接著利用轉向軸和轉向器，其次它的傳動機構就馬上傳給轉向輪，所以得到了它的變動車輪轉角用意，這樣去變動車輪滾動的不同位置[1]。不過最老式的汽車轉向系統就為沒有助力的純機械式的轉向系統。機械轉向系統這樣的系統不但加強了操作者停車和低速的行駛情況下的轉向操縱的壓力，尤其它的轉向靈敏性與它的輕便性都是不同相對的，根本不能從基礎上處理汽車在各個不同的路感和工況下的轉向相沖突。

1.2 助力轉向系統

助力轉向就是在純機械轉向系統中加上了助力泵，利用發動機來使助力泵的工作它給單純的人力的轉向供給的助力，有助力的轉向它會變得更加的輕松。

1.2.1 液壓助力轉向系統

液壓助力轉向系統它就是在老式的純機械式轉向裝置上添加了控制閥、油泵、動力缸、儲油罐和回油管路等液壓動力裝置來給予的轉向助力。液壓動力裝置根據發動機曲軸上得到的能量，儲存在它的液壓罐中間，轉向期間根據機械機構的控制發出的能量，進而從轉向系統給與的助力[2]。

1.2.2 電控液壓助力轉向系統

根據選定了轉向器與機械控制參數之后，傳統的液壓的助力轉向系統的助力特性從而就跟著確定了，不會再對各個參數加于控制和調節，所以很困難在協調不一樣的工況情況下轉向輕便性和路感的之間的聯系，所以也就不能更加地滿足大家對汽車操控性能日益增加所提出的要求[3～4]。

通過以上的論述的局限性，設計者在傳統液壓助力轉向裝置增加了改正，發明了電控液壓助力轉向系統（Electric Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）。在原來的系統中新增了一個電磁閥，經過車速傳感器與轉向盤轉角傳感器它們的輸入信號，用來電控單元（Electric Control Unit，簡稱ECU）來控制電磁閥開啟的大小，直接調節動力缸的供油量，因此對比它們的精確地控制助力大小，在現在這種轉向系統在汽車生產中得到了廣泛應用。電控技術的引用產生了助力轉向技術發展的重大改變，可是液壓裝置卻始一直有，所以引發出來漏油、管路不簡便、高成本等缺點成了電動助力轉向的發展奠定了基礎。

1.2.3 電動助力轉向系統

電動助力轉向系統（Electric Power Steering，簡稱EPS）根據電控液壓助力轉向的基礎的起源發展起來的為一種全新機電結合轉向技術。系統的助力開始是一個由電控單元ECU控制電流輸入的電動機，不是液壓動力缸。在ECU的操作下，經過對于助力電機給予的電流大小與方向的變化進行控制與調節，以更加明白的地實現了設計者最開始設定的在不同車速與不同轉向盤轉角下所要的最好的轉向助力[5～6]。

1.2.4 電磁助力轉向系統

電磁助力轉向系統主要就是由車速傳感器、扭矩傳感器、控制單元、電磁力發生裝置這些組成的。電磁助力轉向系統與簡便的電動助力轉向系統最大的不同就是產生助力的裝置不一樣：電動助力轉向系統的助力由電動機所給予的，然而電磁助力轉向系統的助力是通過電磁力發生裝置。電磁助力轉向系統與電動助力轉向系統之間的差于是少了電動機、電磁離合器及減速機構，結構比以前更加的簡單、價格更加的低，再而就是能較佳地減少地面沖擊對系統的作用，所以廣泛應用于輕型汽車及普通型轎車上。

1.2.5 線控轉向系統

EPS它是根據人力與電機助力兩部分去驅動轉向輪轉向。經過技術的不斷創新，汽車轉向系統會向全助力電動轉向的方向發展，它就是；驅動轉向輪轉向的力完全用電機提供；轉向盤只作為一個控制電機的信號發生器。線控轉向系統（Steering ByWire，簡稱SBW）它作為該技術的典型代表，減去了轉向盤與轉向輪的機械連接，完全通過電能實現轉向。

2 電動助力轉向系統（EPS）的國內外發展現狀

電動助力轉向系統為上世紀八十年代出現的一種機電技術，日本鈴木公司于1988年首先研發出EPS，先后裝備在Cervo車和Alto車上。

國內EPS的研發起步有些落后，但是已列入高新科技產業項目其中之一。清華大學、同濟大學、華中科技大學等高校先后開展了一些有關的研究，在系統建模與助力特性這些地方得到了一定的成果。這些有相關研究的背景后的高校與企業有了合作，形成產、學、研一體的研發模式，可是并沒有形成大規模的產業鏈。現在，國內技術成熟并能實現批量生產EPS的內資企業不多，而日本JTEKT、德國ZF及韓國Mando等先后在中國成立了EPS生產基地，它們具有外資背景的企業占據了國內EPS市場的相當大的份額。

2.1 EPS的特點

EPS轉向系統根據電機產生的動力協助操作者進行轉向，而且利用電控單元控制力矩大小和方向。低車速時轉向相當的輕便，高車速時轉向盤相當的沉重，合理地配合了駕駛員駕駛感覺良好的要求，而且確保了行車的穩定性能。機電技術通過結合使得EPS與液壓助力轉向系統比較具有如下好處。

（1）顯著減少了燃油消耗。液壓助力轉向系統利用發動機帶動液壓油泵來給予助力，不管轉向在不就不轉向，只要發動機在運轉，它就會消耗其中的能量。

（2）技術優勢。EPS轉向系統僅僅在轉向時電機的時候提供助力；在轉向盤不轉向的時候，電動機它不會工作的，所以減少了燃油消耗，從而這個轉向裝置就要按需供能的助力系統。因為不需要液壓系統，所以使在氣溫很低環境的情況下，EPS轉向系統也可以快速響應，避免了一些啟動預熱過程，增加了燃油經濟性能。

（3）節能環保。EPS轉向系統用汽車蓄電池的電力作為助力的能源，代替了液壓裝置，避免了液壓助力轉向系統的油液泄漏產生的問題，符合現代社會節能環保的發展的需要[9]。

（4）提高汽車的操縱穩定性。電控單元控制電機根據不同的車速和轉矩提供合適的助力，并且符合了低速時的轉向輕便性與高速時的操縱的穩定性，增強了駕駛員的行駛的感覺。

2.1.1 傳統液壓助力轉向系統的缺陷

老式的液壓助力轉向系統不可以更加迅速與精確地調節和控制助力的大小和方向，更加是在汽車高速行駛的時候，更加會提供過大的轉向助力，非常有可能威脅到行車安全和保障。

2.1.2 EPS轉向系統的優越性

（1）增加了回正特性。

（2）加大了乘坐舒適度。

轉向系統的自動回正性能不但可以免去駕駛員在轉向盤的回正操作，還能得到平順的轉向軌跡，增加乘客在汽車轉向時的乘坐舒適度。

（3）提供準確的回正力矩。

液壓助力的回正特性現在沒有多大的改善空間了，可是EPS轉向系統就能通過電控單元最佳的回正設計，來控制電機在不同時刻的車速與轉角下提供準確的回正力矩[10]。

（4）結構緊湊，占用的空間不多。

（5）裝配空間布局合理。

電動助力轉向系統減去了液壓油泵、油缸、液壓管路、油罐等部件，更加的減少了裝配的工作量，騰出更多的空間布置其他各個零部件。

（6）不同系統的兼容性強。

EPS轉向裝置用了模塊化設計，針對不同的系統，不再重新設計加工，擁有很佳的匹配性能，降低成本的同時，也增加了系統設計的靈活性能。

2.2 技術發展方向

仍需解決的問題。

EPS系統在操作輕便、節能一些方面呈現了優越性，它已經得到人們的廣泛認可，可是還有一些問題需要解決。

（1）電動機的性能與ERS系統能否匹配。

電動機的性能及其與EPS系統的匹配是影響控制系統性能、轉向操縱力、轉向路感等問題的主要原因，所以改善電動機的性能和整個EPS系統的匹配是主要的問題[11～12]。

（2）助力特性是否合理。

助力特性的好壞關鍵在于轉向的輕便性和路感。然而在目前國內對于路感問題并沒有成熟的理論研究成果，研究手段依然在以試驗為主，所以需要確定合理的助力特性；

（3）抗干擾度的問題

EPS不但要有良好的硬件保證外，還需要良好的軟件控制做支撐，EPS的安裝一般在發動機附近，所以還會有熱輻射與電磁干擾的影響，所以對EPS的控制策略提出了很高的要求。

2.3 發展前景

EPS當前已經在排量在1.3～1.6 L的較多各類輕型轎車應用上了，它的性能已經得到廣泛的認可。隨著直流電機性能的增加和42V電源在汽車組件上的應用，其應用范圍將進一步擴寬，并進一步向微型車、輕型車和中型車擴展。目前，在全世界汽車行業中，EPS系統每年正以9%～10%的增長速度發展，年增長量達130萬～150萬套。據TRW公司預測，到2010年全世界生產的轎車中每3輛就有1輛裝備EPS，到2010年，全球EPS產量將達到2500萬套。所以可以看出，EPS將具有十分廣闊的發展與應用前景[13]。

3 結論

通過以上的理論分析研究中我們能得到一些相關的了解，EPS在我們生活中的應用越來越廣泛，作用也越來越大，EPS轉向系統以其獨特的優勢成為當前汽車廠商、研究機構和科研院校最關心、最熱門的轉向系統。未來轉向系統將會是以電動助力為主導，其它形式為輔，所以我們要加大對EPS的研究與創新。

參考文獻

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