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摘 要： 摘要：隨著世界科技的不斷迅猛發(fā)展，越來越多的設(shè)計(jì)創(chuàng)意涌出，其中也包含著人們對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)理念，人們對(duì)汽車駕駛舒適性也有了新的定性標(biāo)準(zhǔn)，而汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即是保證汽車能夠在道路上安全行駛的條件，同時(shí)也是影響駕駛安全性、舒適性以及穩(wěn)定性的重要一
摘要：隨著世界科技的不斷迅猛發(fā)展，越來越多的設(shè)計(jì)創(chuàng)意涌出，其中也包含著人們對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)理念，人們對(duì)汽車駕駛舒適性也有了新的定性標(biāo)準(zhǔn)，而汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即是保證汽車能夠在道路上安全行駛的條件，同時(shí)也是影響駕駛安全性、舒適性以及穩(wěn)定性的重要一環(huán)。為了滿足汽車駕駛所需要的條件，開發(fā)并不斷改善性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文主要分析了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷程以來各種轉(zhuǎn)向技術(shù)的特點(diǎn)，并對(duì)未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)做出了展望。
關(guān)鍵詞：汽車;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);發(fā)展歷程;前景展望
前言
在科技不斷發(fā)展的今天，汽車已經(jīng)成為人們代步出行的不二選擇。然而，汽車目前的發(fā)展水平仍舊不能滿足人們對(duì)駕駛的要求，為了能夠更好的滿足人們對(duì)于汽車使用的需求，就要對(duì)汽車不斷的進(jìn)行改進(jìn)以及創(chuàng)新。迄今為止，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要經(jīng)歷：有機(jī)械連接階段以及未來無機(jī)械連接階段。從其發(fā)展歷程中顯示的各種性能特點(diǎn)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在不斷優(yōu)化的道路上前進(jìn)著的。
相關(guān)期刊推薦：《拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車》(雙月刊)創(chuàng)刊于1974年，由洛陽拖拉機(jī)研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)拖拉機(jī)分會(huì)主辦。是拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車行業(yè)內(nèi)的一種公開發(fā)行的技術(shù)類刊物，報(bào)道的主要內(nèi)容是我國(guó)拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車產(chǎn)品(包括配套發(fā)動(dòng)機(jī)及零部件)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、研究方面的技術(shù)成果和動(dòng)態(tài)，在材料、工藝方面研究的新成果，國(guó)產(chǎn)機(jī)型的使用維護(hù)知識(shí)，國(guó)外產(chǎn)品及企業(yè)介紹。設(shè)有專題評(píng)述、試驗(yàn)研究、產(chǎn)品開發(fā)、工藝材料、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外技術(shù)、國(guó)外市場(chǎng)及使用維護(hù)等欄目。
機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
早在1886年，卡爾本茨制造出了世界上首輛有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的三輪汽車，由此開啟了內(nèi)燃機(jī)汽車的時(shí)代，這便是機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展前端，機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械構(gòu)造相對(duì)來講比較簡(jiǎn)單，其性能能夠滿足汽車基本轉(zhuǎn)向所需力，但采用此類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向力全部來自于駕駛員手力，相對(duì)不同人體力，會(huì)產(chǎn)生不同的效果，女性轉(zhuǎn)向盤操縱起來會(huì)相對(duì)比較沉重，從而當(dāng)汽車行駛時(shí)，不能夠完美的解決汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的穩(wěn)定以及汽車轉(zhuǎn)向過程中“輕”與“靈”之間的矛盾。為了改善汽車行駛轉(zhuǎn)向時(shí)的這一缺點(diǎn)，可以增大轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比[1]。增大角傳動(dòng)比雖然能夠減少轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)所需要的手力，但同時(shí)也會(huì)影響到操縱的靈敏，所以并不能根本地解決“輕”與“靈”之間的矛盾。
傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)由于在機(jī)械轉(zhuǎn)向添加了一套液壓助力裝置，其結(jié)構(gòu)比之繁瑣。駕駛員在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是靠汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的力量來驅(qū)動(dòng)汽車的油泵，由此通過油泵驅(qū)動(dòng)的力量來協(xié)助駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。使用該套傳動(dòng)系統(tǒng)能夠改變轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比，所以它能夠在一定程度上改善轉(zhuǎn)向時(shí)“輕”與“靈”，憑借于此，也是登上了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的舞臺(tái)。但是，此類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在著一些缺點(diǎn)：如油泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)作的過程中會(huì)一直源源不斷的向油泵輸送動(dòng)力，當(dāng)汽車不轉(zhuǎn)向時(shí)，這就會(huì)造成動(dòng)力的損耗;HPS由于是由液體助力，所以其在天氣寒冷時(shí)，往往會(huì)需要預(yù)熱，這樣也會(huì)造成能量的損耗;不能夠在不同車速時(shí)提供不同力量的助力，這樣就不能很好的協(xié)調(diào)輪胎與地面間接觸;同時(shí)使用該套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于液壓油的關(guān)系，需要去考慮油的密封以及工作狀況;維修時(shí)所需成本也相對(duì)較高。這些因素也都限制了液壓助力轉(zhuǎn)向的前進(jìn)。
4.電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)是基于HPS的新創(chuàng)作，它改變了原有的借助于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)油泵，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓助力泵。電子控制式液力助力系統(tǒng)通過控制電磁閥，使動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓隨著車速的變化而變化[2]。使用EHPS，采用了電動(dòng)控制，反應(yīng)更加迅捷;同時(shí)相比于HPS,使用EHPS在低速或大轉(zhuǎn)角行駛時(shí)，能夠使得轉(zhuǎn)向更加輕便;同時(shí)它還改善了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓油泄露的風(fēng)險(xiǎn)，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。由于EHPS是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整，相比發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，很大程度上改善了能量耗費(fèi)的問題。但由于其造價(jià)昂貴、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、維修任務(wù)繁重，使得該套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并沒有得到全面的應(yīng)用。
5.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)稱EPS,它是在傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過使用各類傳感器、電控單元等來取代液壓助力裝置。EPS是由電控單元(ECU)來驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，由裝在前輪上的轉(zhuǎn)角傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)反饋給電控單元，電控單元在不同時(shí)刻根據(jù)車速傳感器傳遞而來的信號(hào)，由此來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)不同的能量來協(xié)助駕駛員能夠更方便的達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。
EPS自1988年3月首次在日本鈴木汽車公司旗下的轎車中使用，緊接著在大發(fā)汽車公司的米勒、三菱汽車公司的米尼卡、鈴木汽車公司的奧拓等轎車上接繼采用[3]。相比于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，兩套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)基本上在同一時(shí)期出現(xiàn)，但電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確是得到了廣泛的應(yīng)用，其原因在于，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由電控單元驅(qū)動(dòng)控制，它完全取消了液壓裝置，按照需要轉(zhuǎn)向時(shí)傳感器傳遞來的電信號(hào)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)助力，消除了液壓油的泄露，使得能量的損耗得到了節(jié)省;電動(dòng)助力系統(tǒng)由于減少了液壓油泵、輸油管等部件，在整體構(gòu)建布置上更加的簡(jiǎn)便，大大減輕了汽車的整體質(zhì)量，減少了行駛時(shí)由于重力帶來的損耗;同時(shí)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于是靠電信號(hào)來傳遞信息，其速度相比液壓助力轉(zhuǎn)向有明顯的優(yōu)勢(shì)，減少了液壓助力轉(zhuǎn)向時(shí)的滯后感，使駕駛員在轉(zhuǎn)向時(shí)更加靈敏;而且電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在其故障時(shí)轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向，增強(qiáng)了汽車的行駛安全性。目前，市場(chǎng)上大部分轎車都是采用此種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)是一項(xiàng)新的技術(shù)革新，開辟了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的新天地。SBW的發(fā)展理念是：消除轉(zhuǎn)向器與方向盤之間的純機(jī)械連接，通過總線技術(shù)以及傳感器來實(shí)行汽車轉(zhuǎn)向控制，使用這種轉(zhuǎn)向技術(shù)能夠有效減少路程顛簸時(shí)由地面?zhèn)鬟f給方向盤的震動(dòng)沖擊以及提升駕駛手感，降低了汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的NVH，大大提升了駕駛員的腿部空間，同時(shí)消除了汽車碰撞時(shí)，方向盤管柱對(duì)人身的威脅，留給了安全氣囊更多的緩沖，從而減少對(duì)人造成的傷害。
SBW的發(fā)展最早可以追溯到20世紀(jì)50年代至60年代末，德國(guó)的汽車工程師們提出了超前的猜想，設(shè)計(jì)一種能夠革新汽車轉(zhuǎn)向一帶的技術(shù)，這便是早期的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于受諸多因素的限制，在當(dāng)時(shí)未能實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。1990年，德國(guó)奔馳公司率先開始了前輪SBW系統(tǒng)的研究，并將它應(yīng)用于概念車F400Carving上[4]。SBW的工作：當(dāng)車輛需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，車速傳感器將搜集到的車輪速度以及轉(zhuǎn)向信號(hào)傳遞給主控制器，主控制器對(duì)傳遞而來的信號(hào)處理后再控制控制電動(dòng)機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)再來輸送動(dòng)力從而協(xié)助駕駛員的達(dá)到輕便轉(zhuǎn)向。同時(shí)由于取消了管柱，換成了更加輕便的電控元件以及傳感器，能夠改善汽車重量問題，同時(shí)也能使汽車在高速行駛時(shí)有效的減少油量損耗，符合汽車未來輕量化的發(fā)展趨勢(shì);取消了管柱，行駛到顛簸路面，減少了地面?zhèn)鬟f給方向盤上的力，有利于提升駕駛員的駕駛路感。SBW在面對(duì)系統(tǒng)故障時(shí)，采用的是冗余技術(shù)，一旦一個(gè)零部件發(fā)生故障不能正常工作，馬上就會(huì)有其它部件代替故障部件進(jìn)行工作，提高了車輛行駛的安全性、可靠性與容錯(cuò)性。
7.發(fā)展展望
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷提高，汽車駕駛舒適性必然會(huì)成為人們購(gòu)車的首要影響因素。在目前來看，汽車未來發(fā)展方向必定朝著輕便、智能、高效。當(dāng)今世界，汽車開始由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向電池驅(qū)動(dòng)汽車，新能源汽車的發(fā)展，以及實(shí)現(xiàn)無人駕駛，目前來看，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠滿足無人駕駛的基礎(chǔ)要求，使用線性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)代表著汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的旗幟所向，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展有著未來汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)軍者的模樣，但目前線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)尚不夠完善，在其可靠性、方案的可行性方面有待更進(jìn)一步的試驗(yàn)。未來汽車的發(fā)展定位是經(jīng)濟(jì)、安全、節(jié)能、便捷、環(huán)保、舒適，同時(shí)隨著線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將會(huì)得到汽車制造商們?nèi)鎽?yīng)用。——論文作者：李子豪 孫瑞霞