汽车转向系统研究现状及发展趋势研究.pdf

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1、汽车转向系统研究现状及发展趋势研究(袁朝春12王陆林1(1、奇瑞汽车股份有限公司2、江苏大学汽车与交通工程学院)摘要：本文对国内外汽车转向系统的研究现状进行了系统梳理，分析了目前汽车上所装备的各种转向系统的优点和缺点，提出了我国车辆转向系统的发展趋势以及未来研究工作的重点。主题词：机械转向系统；液压助力转向系统；电液助力转向系统；电动助力转向系统前言转向系统是汽车的主要子系统之一，其性能直接关系到汽车的操纵稳定性和舒适性，对于确保行车安全、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要

2、的作用。自从汽车发明以来，转向系统经历了纯机械式、液压助力式、电动液压助力式、电动助力式以及处在研制阶段的线控助力转向式。每一种类型的转向系统都有着自身的优点和缺点，是社会发展需要和客户使用需求综合要求的结果。汽车技术处于不断发展之中，转向系统未来该向何种方向发展是汽车零部件厂商和整车厂所一直关心的焦点问题。本文从分析各种转向系统特性入手，对车辆转向系统的发展趋势进行了全方位展望，并提出了一些应对措施。1．转向系统类型及特性1．1机械转向系统特性纯机械式转向系统是伴随着最早的蒸汽汽车一起出现的，局限于当时

3、的科学技术水平，机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。如图1所示。图1机械转向系统示意图图2液压助力转向系统示意图作为在车辆上应用时间最长的转向系统，相比较而言，其优点较少，那就是安全可靠、路感清晰；其缺点为：装配机械式转向系统的汽车在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操纵负担过于沉重。1．2液压助力转向系统随着汽车保有量的增多、液压传动技术的长足进步，液压助力转向系统应运而生了。美国GM公司在20世纪50年代率先在轿车上采用

4、了液压助力转向系统，其系统结构如图2所示。有一个转向助力泵(动力来源于发动机)，油经助力泵成高压油，再经分配阀分到转向机的尺条动力缸中的左或右动力缸，推动活塞助力工作。液压助力转向系统的出现主要是解决机械转向系统低速和原地转向手感沉重的问题，但是，因为其动力直接来源于发动机，就造成了液压助力转向系统无法兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，而且成本高、能耗高(不转向时也要保持管路压力，浪费了发动机动力资源)。1．3电液助力转向系统到了20世纪80年代，汽车电子技术发展非常迅速，而且人们对能源需求

5、、环保问题也有了严139肃认真的思考，节能、环保成了近现代的主旋律。1983年日本Koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统，其系统结构如图3所示。相比较液压助力系统，电液助力转向系统通过电动机带动助力泵，油经助力泵成高压油，再经分配阀分到转向机的尺条动力缸中的左或右动力缸，推动活塞助力工作。电动机转速的快慢是通过系统ECU来控制的，在不同车速下可实现不同的助力。其优点为：①这在一定程度上降低了发动机的负荷，从而降低了燃油消耗。②电子控制助力转向系统中的电动机在不需要提供助力时只有很小的电流

6、通过，只有在需要提供助力时才会提高通过的电流，这样可以避免消耗不必要的电能。③在低速和高速行驶时都能有良好的助力效果。其缺点为：结构复杂、液压管路有泄露：造价较高。图3电液助力转向系统图4电动助力转向系统1．4电动助力转向系统到了20世纪80年代末，能源短缺问题凸显、环境污染问题严重，人们对节能和环保的要求更加苛刻。1988年，Koyo公司研发了转向柱助力式电动助力转向系统，其系统结构如图4所示。ECU采集驾驶员转矩信号、转角信号、车速信号，计算电动机助力电流，控制电动机进行助力转向。电动助力转向系统仅仅

7、是在驾驶员转动方向盘时才进行助力转向，所以其节能；由于取消了液压管路，不存在液压油泄露的环境污染问题；可同时兼顾低速转向轻便性和高速转向保持路感；由于其助力特性规则可通过软件进行改变，所以产品开发、检测周期短，调整容易。其缺点就是：智能程度有限，还没有实现根据不同工况实现自主转向。1．5线控转向系统随着全球经济形势的快速发展，计算机芯片技术、控制理论、汽车传感器技术已经上升到了一个较高的水平，工程技术人员尝试着取消车辆转向系统中的机械连接装置，赋予转向系统更加灵活的布置方式，线控转向系统开始出现。1990

8、年，奔驰公司研发了前轮线控转向系统，如图5所示。线控转向系统中的转向盘和转向轮之间没有机械连接，是断开的，通过总线传输必要的信息。来自转向盘传感器和各种车辆当前状态的信息送给电子控制子系统后，利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车辆转向子系统发出指令，使车辆转向。同时车轮转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经电子控制子系统，传给转向盘子系统中模拟路感的部件。线控转向系统具有如下优点：(1)提高汽车安全性能。去除了转向柱