淺談汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(一)

黃安華

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向，它不僅是汽車上一個(gè)最基本的部件，也是一個(gè)核心的安全部件，其設(shè)計(jì)制造的好壞，質(zhì)量性能的優(yōu)劣直接決定著汽車的操控穩(wěn)定性和行駛安全性。至今經(jīng)歷了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4個(gè)發(fā)展階段，未來(lái)則有可能向線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正處在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)渡階段。

純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，造價(jià)低廉，目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大，對(duì)操控性能要求不高的車型上仍有使用：液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力，在中重型車輛上廣泛應(yīng)用。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過(guò)渡技術(shù)，在未來(lái)一定時(shí)間還將存在和發(fā)展；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以其特有的優(yōu)越性而得到青睞，是目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主流，將作為標(biāo)準(zhǔn)配置裝備到汽車上；線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于有利于提高汽車被動(dòng)安全性。有利于汽車設(shè)，計(jì)制造，有利于提高汽車乘坐舒適性和汽車操控穩(wěn)定性，將成為未來(lái)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的方向。

一、傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Ms)主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3部分組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作的機(jī)構(gòu)，包括從方向盤到轉(zhuǎn)向器輸入端的零部件。轉(zhuǎn)向器是把方向盤傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩按一定傳動(dòng)比放大并輸出的增力裝置，轉(zhuǎn)向器最早采用的是蝸輪蝸桿式，以后陸續(xù)出現(xiàn)了螺桿螺母式、齒輪齒條式，循環(huán)球式等形式。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器輸出的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向車輪的機(jī)構(gòu)，包括從轉(zhuǎn)向搖臂到轉(zhuǎn)向車輪的零部件。當(dāng)汽車需要改變行駛方向時(shí)，駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向器，直拉桿，橫拉桿和梯形臂等機(jī)件使轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車方向的改變。

傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，生產(chǎn)成本低。其缺點(diǎn)也非常明顯：一是盡管通過(guò)轉(zhuǎn)向器后增大了轉(zhuǎn)向力矩，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是隨著汽車速度的提高和汽車質(zhì)量的增大，轉(zhuǎn)向操縱難度增大，轉(zhuǎn)向越來(lái)越費(fèi)力。二是由于方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間是機(jī)械連接，其傳動(dòng)比是固定的，即角傳遞特性無(wú)法改變，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無(wú)法控制，傳動(dòng)比無(wú)法隨汽車轉(zhuǎn)向過(guò)程中的車速，側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，使汽車按照駕駛員的意愿行駛，這樣無(wú)形中增加了駕駛員的精神和體力負(fù)擔(dān)。

目前，該系統(tǒng)主要應(yīng)用在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大，對(duì)操控性能要求不高的低檔商用車和乘用車上，如部分輕型汽車、低速汽車(即農(nóng)用汽車)和微型汽車(微型貨車和交叉型汽車)。

二，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外加裝了一套液壓助力系統(tǒng)，一般由油泵、V形帶輪，油管，供油裝置，助力裝置和控制閥等機(jī)件組成。它以液壓油為動(dòng)力傳遞介質(zhì)，通過(guò)液壓泵產(chǎn)生的動(dòng)力來(lái)推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器工作，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

由于該系統(tǒng)通過(guò)液壓力作用來(lái)推動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車質(zhì)量越大轉(zhuǎn)向越費(fèi)力的問(wèn)題，在一定程度上解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比固定而造成的轉(zhuǎn)向“輕便”與“靈敏”之間的矛盾。

該系統(tǒng)存在著以下缺點(diǎn)：一是汽車的助力特性不能改變。在低速轉(zhuǎn)向需要較大助力時(shí)，往往因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低而助力效果差，而在高速轉(zhuǎn)向需要較小助力時(shí)，會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高而助力作用大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏，駕駛員沒(méi)有較好的路感，汽車的操縱穩(wěn)定性變差。二是不管汽車轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作，液壓助力泵就會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下工作，這樣會(huì)額外消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的能量，增加油耗。三是液壓系統(tǒng)本身所固有的液壓油泄漏問(wèn)題，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，而且容易使其他零部件損壞，四是在低溫條件下，液壓系統(tǒng)的工作性能較差。

由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠，技術(shù)成熟，能提供大的轉(zhuǎn)向助力，目前在部分乘用車，絕大部分商用車特別是中重型車輛上廣泛應(yīng)用。