TRIZ技術進化在汽車轉向系統的應用解析

潘任東

摘要：本文首先對汽車轉向系統應用技術進化路線的方法進行了分析，之后闡述了汽車轉向系統的發展過程，主要有機械轉向系統、液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統以及線控轉向系統，最后對汽車轉向技術的發展趨勢進行了討論，希望通過以上方面的分析闡述與討論，能夠為以后的研究工作提供一些參考。

關鍵詞：TRIZ技術；汽車；轉向系統

TRIZ技術進化理論對創造發明的內在原理和規律進行了非常成功的揭示，它能夠對系統中存在的矛盾進行澄清和強調，它最終的目的是將存在的矛盾全部解決，獲得理想解。技術進化理論是TRIZ核心理論的重要組成部分，它能夠用進化法則或技術進化路線來揭示各種產品核心技術的進化規律。并且這種進化法則和進化路線適用于不同的領域和行業，具有可傳遞性的特點。技術進化理論一方面能夠對技術的發展進行預測，另一方面還能夠預見產品的開發，也就是把預測結果所實現的產品可能的結構狀態進行全面的展現，這樣能夠引導相關的設計人員將新的核心技術盡快來的開發出來，這能夠使發明周期有效的縮短，并使產品創新的成功率得到有效的提高。

動態性和可控性進化法則、提高理想度原則、增加集成度在進行簡化法則、減少人工介入的進化法則、子系統協調性進化法則、技術系統的s曲線進化法則、向微觀級和增加場應用的進化法則以及子系統的不均衡進化法則，這是TRIZ技術系統的八個進化法則。這八個進化法則能夠對技術進化的方向進行明確，同時每條進化法則之下又有很多的技術進化路線，而技術所處的不同狀態構成了不同的技術進化路線，這充分說明了技術的進化過程就是從低級到高級，從而也使技術預測成為了可能[1] 。

1.汽車轉向系統應用技術進化路線的方法

技術進化法則和技術進化路線具體應用方法為：首先要選擇產品的進化法則，選擇產品的進化法則主要是依據已有產品的結構特點，在確定好一種或者幾種進化法則后就可以明確具體的進化路線，具體的進化路線從進化法則中選擇，每一種進化法則都會有一種或者幾種不同的進化路線，而新的核心技術可能存在的結構狀態就在蘊含在進化路線之中。

根據以上的步驟在汽車轉向系統中應用技術進化路線的方法具體的步驟為：首先，要選擇產品的進化法則，這樣就需要對已有產品的特點進行分析，從汽車轉向系統的特點來看，它需要更強的轉向操控性和安全性，并且轉向系統應該布置的更加緊湊，這樣進化法則就可以選擇可控性和動態性，這兩個進化法則就是指要組成更加柔性化的技術系統的結構，這樣對于環境條件的變化、多樣性的功能需求以及性能需求的變化才能更好的適應。對技術系統的柔性化改造一般包含用柔性或活動部件代替傳統的剛性或固定的部件，也就是向流體或者場的方向進化，也就是由剛體發展到單鉸鏈，之后再發展到多鉸鏈，然后發展到柔性體，之后是液體或者氣體，最終進化為“場”。按照這個過程，汽車的轉向系統到目前為止一共經歷了四個過程：第一個階段是出現的最早的轉向系統即機械轉向系統；第二個階段是HPS也就是液壓助力轉向系統；第三個階段是EPS即電動助力轉向系統；第四個階段是線控轉向系統。

1.1機械轉向系統

第一個階段的機械轉向系統主要由三個部分組成，分別是轉向操縱機構、轉向器以及轉向傳動機構。機械轉向系統中的轉向軸最初采用的是剛性連接，剛性連接在轉向的過程中非常的不方便，而且如果車輛發生了交通事故，那么剛性連接的轉向軸很容易使司機受到傷害。在這種情況下為了使轉向系統得到改進，能夠更加方便的進行轉向并在一定程度上保護司機，于是就將一個十字軸鉸鏈安裝在了剛性軸的中間，后來有單鉸鏈連接進一步發展成了雙鉸鏈連接，這樣就可以在一定程度上調整轉向盤，能夠更加容易的控制車輪的方向。這只是進化過程中的一小步，在此基礎上應當對轉向系統進行進一步的改進用柔性軸代替鉸鏈連接[2] 。

1.2液壓助力轉向系統

液壓助力轉向系統也就是HPS，它主要由六個部分組成，分別是供油裝置、控制閥、助力裝置、油泵、油管以及V形帶輪。實際上液壓助力轉向系統就是將一套液壓助力系統加裝在了以往的機械轉向系統上，液壓油是這個系統的動力源，它能夠使液壓泵產生動力，之后機械轉向器受到液壓泵的推動開始進行相關的工作。液壓助力系統能夠使轉向操縱力大大降低，這樣汽車在行進的過程中就能夠更加靈活的進行轉向，這也是汽車轉向系統應用液體或者氣體的具體體現。

1.3電動助力轉向系統

電動助力轉向系統也就是EPS，它主要由五個部分組成，分別是電動機、扭矩傳感器、轉向柱總成、電子控制單元ECU以及車速傳感器。電動助力轉向系統實際上就是將電子控制裝置、轉向助力結構以及傳感器等安裝在經過改造的以往的機械轉向系統上，這個系統的電動執行機構可以根據駕駛條件的變化隨之進行助力的變化，隨時為駕駛人員提供最合適的助力，從而使汽車轉向系統的操縱穩定性得到了有效的提高。這也是汽車轉向系統應用“場”的具體體現。

1.4線控轉向系統

線控轉向系統就是SWB，這種系統實際上是“場”模式的進一步發展，也是目前最為先進的汽車轉向系統。線控轉向系統將轉向輪之間的機械連接以及轉向盤都取消了，這是與以上三種轉向系統的本質區別。這個系統有驅動電機和路感電機兩個不同的電機，轉向軸上安裝的是路感電機，根據汽車的轉向工況控制器能夠控制路感電機使產生的轉矩更加的合理，從而將模擬路面信息提供給駕駛員。齒條上安裝的是驅動電機，這樣僅需驅動電機就能夠完全克服汽車的轉向阻力，而轉向盤的作用只是輸入轉角信號。線控轉向系統能夠使汽車的被動安全性得到有效的提高，并且還能夠有效的避免駕駛員在事故中受到轉向柱的傷害。但是因為沒有機械連接轉向柱和轉向盤，駕駛員就很難感覺到真實的路面狀況和汽車實際的行駛狀態，另外還有一個問題就是目前還難以確切的保證電子器件的可靠性。實際上線控轉向系統并沒有進行廣泛的推行，目前只是安裝在概念車上進行試驗和研究[3] 。

2.汽車轉向技術的發展趨勢

在經過數十年的發展后，助力轉向系統的技術越來越完善。電動助力轉向系統的優越性非常明顯，當前汽車上基本都是配備的電動助力轉向系統，這種系統在動力轉向領域的主導地位就目前的實際情況來看在今后的一段時間內不會發生大的改變。但是線控轉向系統能夠使能夠使汽車的被動安全性、操控穩定性以及乘坐舒適度得到有效的提高，對汽車的設計制造業非常的有利，從這些顯著的優勢來看線控轉向系統將引領未來動力轉向系統的發展方向。從汽車轉向系統對“場”模式的應用和發展的趨勢來看，未來轉向系統的研究發展方向應該是無線遙控轉向。

結束語

綜上所述，根據汽車轉向系統的特點所應用的TRIZ可控性和動態性法則中的向流體或場進化的路線完全符合汽車轉向系統的發展過程。要明確技術系統的進化方向，相關的技術人員就要理解和掌握TRIZ技術進化理論，這樣能夠使研發設計的創新能力得到有效的提高，而這種工具方法的應用和實踐則能夠使高質量高技術的創新產品能夠更好更快的研發出來。

參考文獻：

[1] 王學軍.TRIZ技術進化在汽車轉向系統的應用解析[J].汽車實用技術，2015（7）：43-44.

[2] 楊易，高升輝，朱向陽，等.基于TRIZ創新理論的機車轉向架一系軸箱拉桿裝置研究[J].科技創新與應用，2017（11）：20-21.

[3] 張換高，王炎，劉力萌，等.基于TRIZ理論的產品平臺進化研究[J].機械設計與研究，2017（4）：9-13.

（作者單位：耐世特汽車系統（柳州）有限公司）