汽車助力轉向系統(tǒng)的應用及發(fā)展趨勢

姚飛 何述華 葉桎何 王義龍

摘 要：轉向系統(tǒng)是控制汽車行駛路線和方向的重要裝置，其性能直接影響到汽車的操縱性能和穩(wěn)定性能。動力轉向系統(tǒng)是利用發(fā)動機的動力來幫助司機進行轉向操縱的裝臵，它把發(fā)動機的能量轉換成液壓能（電能或氣壓能），再把液壓能（電能或氣壓能）轉換成機械能作用在轉向輪上幫助司機進行轉向，故應稱之為動力助力轉向系統(tǒng)。它最初主要是為了減小司機施加到方向盤上的轉向力而應用到汽車上的。電動液壓助力轉向系統(tǒng)采用電動機驅動液壓助力系統(tǒng)油泵，具有能夠根據汽車行駛工況實現(xiàn)助力程度自動控制、改善轉向手感、節(jié)約能量消耗、安裝布置方便等優(yōu)點。本文主要分析液壓動力轉向系統(tǒng)的原理及發(fā)展，并指出通過與其他動力學控制系統(tǒng)一起實現(xiàn)底盤一體化集成控制將是主動轉向技術未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：助力轉向 電控 液壓

引言

從1886年第一輛汽車誕生至今已經100多年了，汽車這一被稱為“改變世界的機器”，早已從價格昂貴的奢侈品變成了現(xiàn)代社會不可或缺的重要交通工具之一。目前汽車的發(fā)展方向是安全、節(jié)能和環(huán)保，作為汽車主動安全的轉向系統(tǒng)隨著科學技術的進步從簡單的純機械式轉向系統(tǒng)、液壓助力轉向系統(tǒng)、電動助力轉向系統(tǒng)的發(fā)展過程。

2.汽車助力轉向系統(tǒng)

2.1 液壓助力轉向系統(tǒng)

液壓助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機械轉向系統(tǒng)基礎上增加液壓系統(tǒng)，發(fā)動機帶動轉向油泵工作，轉向控制閥控制油液流動的方向和油液大小，提供轉向助力，減小駕駛員作用在轉向盤的轉矩，降低駕駛員的勞動強度。通常情況下，車輛轉向所需的轉矩是由發(fā)動機通過驅動油泵所提供。液壓助力轉向存在以下缺點：

（1）液壓助力轉向系統(tǒng)在汽車行駛時需要消耗一定的能量，增加了液壓油泵、液壓缸、油管和一些輔助裝置，增加的汽車行駛時的油耗，其燃油經濟性較差，一般轎車每行駛一百公里需要多消耗0.3-0.4升的燃料。

（2）助力特性不能隨著車輛速度的變化進行自動調節(jié)，無法兼顧車輛低速轉向的輕便性和高速轉向的轉向路感。

（3）轉向回正性差。液壓助力轉向系統(tǒng)在回正過程中，不可避免存在閥芯和閥套之間的殘余角，即轉向盤回到中間位置時助力壓差不能立即減少為零，形成阻礙回正的阻力矩，影響車輛轉向的回正特性。

2.2電動助力轉向系統(tǒng)

電動助力轉向系統(tǒng)]是一種直接依靠電機提供輔助轉向力矩的動力轉向系統(tǒng)，主要由傳感器、助力電機、減速機構、驅動器和控制單元等關鍵要素組成。不同類型電動助力轉向系統(tǒng)的基本原理是相同的：當駕駛員操縱方向盤時，裝置轉向軸上的傳感器實時測量轉向軸的轉矩值，并將轉矩信號和車輛狀態(tài)信息送入控制單元，根據不同工況實施不同的轉向控制策略，由控制器輸出轉向控制信息，控制電機輸出適當的電磁轉矩和電機旋轉方向，由減速系統(tǒng)進行減速增牛后施加在車輛的轉向軸上，實現(xiàn)車輛助力轉向。與傳統(tǒng)的動力轉向系統(tǒng)相比，電動助力轉向具有以下特點：

（1）電動助力轉向系統(tǒng)能夠在不同車速下給車輛提供最佳的轉向助力，其助力特性的設計根據車輛行駛速度的不同和駕駛員施加的轉向轉矩情況控制轉向系統(tǒng)的助力情況，可以兼顧車輛在低速行駛時的轉向輕便性及車輛高速行駛時的轉向穩(wěn)定性，保證駕駛員獲得良好的路感，從而改善車輛的操縱穩(wěn)定性；

（2）電動助力轉向系統(tǒng)具有較好的燃油經濟性。與液壓助力轉向相比，其轉向助力電機這有在車輛轉向時實施助力功能，減少了燃料消耗；

（3）助力轉向系統(tǒng)的能量來自于車載蓄電池，與發(fā)動機無關，即使車輛發(fā)動機出現(xiàn)熄火或故障的情況下也能提供轉向助力；

2.3 電控液壓助力轉向系統(tǒng)

電控液壓助力轉向是在液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上增加電控裝置構成的。與液壓助力轉向系統(tǒng)相比，系統(tǒng)增加了液壓反應裝置和液流分配閥，而加設的電控系統(tǒng)包括動力轉向ECU、電磁閥和車速傳感器等。電控液壓助力轉向系統(tǒng)利用電控單元根據車輛速度調節(jié)作用在方向盤上的助力，通過控制轉向控制閥閥芯和閥套的開啟程度，調節(jié)液壓助力系統(tǒng)助力的大小，從而實現(xiàn)輔助轉向力矩隨著車輛行駛速度變化而變化。根據控制方式不同又可分為流量控制式、壓力控制式、反力控制式和閥特性控制式等多種形式。但即使是最新的產品也無法根除液壓助力系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操控性、能量消耗等固有缺陷。不過由于其技術較為成熟，可以實現(xiàn)整車電控系統(tǒng)一體化，以此作為傳統(tǒng)液壓動力轉向系統(tǒng)向先進轉向系統(tǒng)發(fā)展的過度產品，在現(xiàn)階段仍具有相當優(yōu)勢，并且還將繼續(xù)得到改進和發(fā)展。

常規(guī)電控液壓助力轉向技術雖然實現(xiàn)了助力特性的改變，提高了高速時的轉向路感，但是其存在以下缺點：

（1）助力液壓泵由發(fā)動機驅動，在車輛行駛的整個階段流量恒定，造成大量的能源消耗，降低了車輛的燃油經濟性；

（2）系統(tǒng)成本高，主要應用于高級轎車；

（3）由于電磁閥精度高，其對液壓油的品質和過濾條件要求高，維護成本較高。

3.助力轉向系統(tǒng)發(fā)展前景

隨著國民經濟的蓬勃發(fā)展，汽車以一躍成為當前極為重要的交通運輸工具。從全世界范圍來看，目前還找不出一個無汽車的現(xiàn)代化的先例。汽車的保有量不斷增加，由此造成交通情況錯綜復雜，使得駕駛員轉向盤的操作頻率增大，這就需要減輕駕駛疲勞，提高操縱的輕便性和靈活性，因此對動力轉向系統(tǒng)的要求也越來越高，特別是對電子助力轉向系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)需要更加深入的研究，來滿足日益復雜的交通現(xiàn)狀。

結論

汽車助力轉向系統(tǒng)對于當今社會日益復雜化的交通態(tài)勢有著舉足輕重的作用，對駕駛者的駕駛體驗，以及車輛本身的安全性提升都有重要意義。助力轉向系統(tǒng)的研究應用，將會大大增加行車安全和人身安全，可以防止由于路況復雜導致的駕駛者操作不順利而引發(fā)的交通事故，現(xiàn)在電子助力轉向系統(tǒng)的日益普及，也是汽車發(fā)展的重大突破。

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