汽車轉向系統的發展趨勢淺析

陳晨 李劍

摘? 要：汽車轉向系統是汽車控制行駛方向的核心系統，隨著汽車的發展其也經歷了多個發展階段，具體而言，主要有機械式轉向系統、傳統液壓助力轉向系統、電液助力轉向系統、電動助力轉向系統以及線控轉向系統等。隨著技術的進步，汽車轉向系統未來將向著智能化、自動化以及模塊化的方向發展。本文對其展開分析與研究。

關鍵詞：轉向系統;線控轉向系統;現狀;工作原理;發展趨勢

引言

汽車轉向系統是控制汽車行駛方向的核心系統，直接關系到汽車的操控性能與駕駛體驗。隨著社會的發展，世界上汽車保有量不斷上升，尤其是駕駛人員的門檻進一步降低，汽車的性能進一步上升，汽車轉向系統的易操作性與可控制性直接決定了汽車的安全性能。汽車的轉向系統經歷了多個發展階段，隨著人工智能技術的發展，未來無人駕駛成為主流，汽車的轉向系統也必然走向自能化、自動化以及模塊化。

一、機械式轉向系統

在汽車出現的初期，汽車的轉向系統是純粹的機械式轉向系統，由于需要完全依靠人力控制汽車的轉向系統，因此，為了滿足人力控制的需求，需要大直徑的方向盤提供足夠的扭矩配合駕駛員視線對汽車的控制。機械式轉向系統的方向盤占據的空間較大，且轉向較為笨拙，需要駕駛員擁有足夠的體力進行操作。特別是在重型汽車的使用上，轉向的阻力非常大，單靠駕駛員的力量無法實現轉向操作。因此其使用受到了一定的限制，但是機械式轉向系統的可靠性高、成本較低且結構簡單，因此，現階段在微型車、農用車等對操控性要求不高的汽車上仍有使用。

二、傳統液壓助力轉向系統

傳統的液壓助力轉向系統最早是由通用公司在1953首次使用的，其極大的降低了轉向系統的體積以及對駕駛員體力的要求，且在成本上做到了可控，因此獲得了極大的發展。在一段時間內，汽車轉向系統的發展與革新，基本上都是基于傳統的液壓助力轉向系統的基礎，比如，在80年代后期，在傳統液壓助力轉向系統之上發展出了變減速比的液壓動力轉向系統，之后具有代表性的是變流量泵液壓動力轉向系統，該系統在汽車高速行駛時或者保持直線行駛時泵的流量會適當降低，可以有效降低不必要的功耗。液壓助力轉向系統大大減小了方向盤的體積，汽車駕駛室也變的更為寬敞，且汽車轉向系統的操控性進一步增強，隨著該技術的成熟以及發展，其已經應用到了大部分的汽車上。但是傳統的液壓助力轉向系統的密封性、靈敏度以及磨損等方面存在一些不足。

三、電液助力轉向系統

電動液壓轉向系統是在傳統的液壓助力轉向系統之上發展而來的，其主要特點是采用了電動機驅動轉向泵，其動力轉向器為電液助力轉向器。由于電機的轉速可以進行調節，在無需轉向時可以關閉，因此其可以有效節約不必要的能源損耗。電液助力轉向系統的操作穩定性好，操縱感強，且具備較好的舒適性，在高速行駛時可以獲得較好的駕駛體驗。隨著電液助力轉向系統的發展，現階段已經成為汽車轉向系統的主力。

四、電動助力轉向系統

電動主力轉向系統的電動轉向器最早在1988年在微型車上使用，隨著技術的成熟與發展，電動轉向器的性能與液力轉向器的性能逐漸接近，甚至逐漸超越社會對節能的需求，電動助力轉向系統的應用也越來越廣泛，且在大型車輛中的應用越來越多。電動助力轉向系統可以在運行中通過傳感器實時監測轉向角、車速、轉向扭矩等數據，并將各種數據傳輸到控制單元中進行分析處理，獲取準確的助力控制信號，因此其操作更為精準與方便。通過汽車的實際性能進行電動助力轉向系統的集成化設計，可以有效提高其適應性，比如針對大型車輛要提供足夠的軸向力等。現階段主要的電動助力轉向系統有如下三種：齒條式電動轉向器（R-EPS）、柱式電動轉向器（C-EPS）以及齒輪式電動轉向器（DP-EPS）。相比于電液或者夜里助力轉向系統，電動助力轉向系統對密封性的要求不高，且結構較為簡單，不會產生漏油等污染環境的問題。在近年發展極快。現階段，國外的電動助力轉向系統發展更為成熟，我國的產品還未打破技術壁壘。

電動助力轉向系統主要是通過電信號傳輸實現對轉向的控制，可以根據汽車行駛的實時狀態與車速提供不同的助力效果，因此在低速時更靈活，高速時更平穩，其主要的結構部件有：轉矩傳感器、車速傳感器、電動機、電子控制單元、電磁離合器以及減速機構等構成。

五、線控轉向系統

線控轉向系統是現階段最新的汽車電子轉向系統，相比于其他的轉向系統，其最大的改變就是將方向盤與轉向輪之間的機械連接去除了。因此，線控轉向系統需要兩個電機進行協助完成轉向操作，即路感電機和驅動電機。在轉向柱上的是路感電機，其主要是根據汽車的行駛狀態和實際情況模擬路面信息，為轉向柱提供合適的轉矩，驅動電機則安裝在齒條上，其主要的功能是接受轉向信號并克服汽車的轉向阻力，方向盤則是轉向信號的輸入裝置。線控轉向系統的安全性較高，且結構更為簡單，對空間的占用更小。但是現階段，電子元件的可靠性還有待提高，且由于無機械連接，導致駕駛員對路感的缺失，因此還未進行大規模應用，主要在概念車上進行試用。

六、發展展望

汽車轉向系統隨著汽車技術的進步一直在不斷的發展之中，在可預見的未來，助力轉向系統仍然是主流，新技術的發展依然是在助力轉向系統之上進行進步，而助力轉向系統中電動助力轉向系統將進一步成熟，線控轉向系統可能會因電子可靠性的提高而進入到實用之中。而隨著人工智能技術的發展，無人駕駛技術的出現，轉向系統也將更為智能化、自動化以及模塊化。綜合來看，主要有如下幾個發展方向：

（1）傳感系統將更加智能化與完善，傳感系統是未來轉向系統的核心系統之一，其直接關系到了汽車對于自身狀態以及路面情況的感知效率和準確性，傳感系統的智能化將進一步促進無人駕駛技術的進步;

（2）控制策略的優化，控制策略是電動助力轉向系統的核心技術，直接關系到了轉向系統的性能，未來，控制策略必然將進一步優化，為無人駕駛的轉向系統提供平穩的控制性能;

（3）智能運輸系統的發展，智能運輸系統是將整個汽車的設備結合起來，形成整體控制，主要包括：車輛智能化、車輛多媒體、車輛集成控制體系、動力矩控制系統、轉向與制動器集成系統、用于自動駕駛的轉動系統等。

參考文獻

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