助力轉向系統(tǒng)的發(fā)展探析

王 波

（天津職業(yè)技術師范大學，天津 300222）

1 機械式轉向系統(tǒng)

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

2 傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)

由于液壓助力系統(tǒng)需要消耗一定的發(fā)動機動力，且液壓式助力轉向無法根據(jù)行駛速度的變化，適時適量的向駕駛員提供所需助力。因此，在低速行駛時提供的轉向助力使車輛的轉向變得較輕松，而在中高速行駛時會使車輛的轉向變得“輕飄”，從而失去較強的“路感”。所以人們在機械液壓助力的基礎上進行改進，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向助力的電子液壓助力轉向系統(tǒng)。

3 電控助力轉向系統(tǒng)

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

（1）液壓式EPS。液壓式EPS是在傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上，增設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)檢測到的車速信號，控制電磁閥，使轉向動力放大倍率實現(xiàn)聯(lián)系可調，從而滿足高、低速時的轉向動力要求。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)車速傳感器信號調節(jié)動力轉向裝置供應的壓力油液，改變油液的輸入輸出流量，以控制轉向助力的方法。優(yōu)點是在原來動力轉向功能上再增加壓力油液流量控制功能即可，可以降低價格，簡化結構。但當流向動力轉向機構的壓力油液降低到極限值時，將轉變轉向控制部分的剛度，使其下降到接近轉向剛性。這樣，在低供給油量區(qū)域內，對于快速轉向會產(chǎn)生壓力供油量不足，降低了相應性；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向力。此種轉向助力系統(tǒng)具有較大的選擇轉向力的自由度，轉向剛度大，駕駛員能感受到路面情況，可以獲得穩(wěn)定的操作手感。但是由于結構復雜，價格較高；③閥靈敏度控制式EPS是根據(jù)車速控制電磁閥，直接改變動力轉向控制閥的油壓增益（即閥靈敏度）來控制油壓的。這種轉向結構簡單、部件少價格便宜，而且具有較大選擇轉向力的自由度，與反力控制式轉向相比，但可以最大限度提高原來的彈性剛度來加以克服，從而獲得自然的轉向手感和良好的轉向特性。

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

電動式助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering，縮寫EPS）是一種直接依靠電動機提供輔助扭矩的動力轉向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)HPS（Hydraulic Power Steering）相比具有很多優(yōu)點：①電動機、減速機、轉向柱和轉向齒輪箱可以只成一個整體、管道、液壓泵等不需單獨占據(jù)空間，易于裝車；于基本上只增加電動機和減速機，沒有了液壓管道等部件，使整個系統(tǒng)趨于小型輕量化；③液壓泵僅在必要時用來使電動機運轉，故可以節(jié)能；④因為零件數(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行轉向時，轉矩傳感器檢測到轉向盤的轉向以及轉矩的大小產(chǎn)生相應的電壓信號，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉矩傳感器檢測到的轉矩電壓信號、轉動方向和車速信號等，向電動機控制器發(fā)出指令，使電動機輸出適當大小和方向的轉向助力轉矩，從而產(chǎn)生輔助轉向動力，輔助駕駛員進行轉向。但在汽車不轉向時，電子控制單元不向電動機控制器發(fā)出指令，電動機不工作。

根據(jù)助力電機的安裝位置不同，EPS系統(tǒng)又可以分為轉向軸助力式、齒輪助力式、齒條助力式3種。轉向軸助力式EPS的電動機固定在轉向軸一側，通過減速機構與轉向軸相連，直接驅動轉向軸助力轉向。齒輪助力式EPS的電動機和減速機構與小齒輪相連，直接驅動齒輪助力轉向。齒條助力式EPS的電動機和減速機構則直接驅動齒條提供助力。

電動助力轉向系統(tǒng)的應用已經(jīng)成為了助力轉向系統(tǒng)的轉折點也是大趨勢。以電力作為驅動輔助力的能量來源，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，順應了“綠色、環(huán)保、技能”的時代趨勢，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［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014.