分析幾種汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)

摘 要：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)技術(shù)也與時(shí)俱進(jìn)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車(chē)重要的零部件，從機(jī)械轉(zhuǎn)向，到液壓助力轉(zhuǎn)向，再到電控助力轉(zhuǎn)向，他們各具特點(diǎn)，都為了滿足了安全、舒適、輕便的駕駛需求。

關(guān)鍵詞：液壓助力轉(zhuǎn)向；電液助力轉(zhuǎn)向；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向；特點(diǎn)

由于機(jī)械式轉(zhuǎn)向系本身不能同時(shí)滿足轉(zhuǎn)向操縱既省力又靈敏的要求，所以現(xiàn)在汽車(chē)廣泛采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，汽車(chē)配置的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又稱(chēng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，助力轉(zhuǎn)向的作用是協(xié)助駕駛員做汽車(chē)方向調(diào)整，為駕駛員減輕打方向盤(pán)的用力強(qiáng)度，當(dāng)然助力轉(zhuǎn)向在汽車(chē)行駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性上也有一定作用。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了機(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)四個(gè)發(fā)展階段，未來(lái)則可能向線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展，目前汽車(chē)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。

一、 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering System—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)，一般由儲(chǔ)液罐、油泵、油管、轉(zhuǎn)向控制閥、助力油缸及機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組件等組成。它以液壓油為動(dòng)力，轉(zhuǎn)向控制閥根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和力矩大小控制通向助力油缸的油壓大小，從而控制助力大小。該系統(tǒng)通過(guò)液壓力作用來(lái)推動(dòng)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，但卻存在缺點(diǎn)：（1）油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)論汽車(chē)是否轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作，油泵就持續(xù)工作，能量消耗多；（2）助力特性與控制閥結(jié)構(gòu)有關(guān)，系統(tǒng)一旦定型，轉(zhuǎn)向助力特性便不能改變，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)速低而會(huì)覺(jué)得方向盤(pán)比較沉，而在高速轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高助力作用大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏，使汽車(chē)操縱穩(wěn)定性變差；（3）液壓油泄漏、橡膠管污染環(huán)境；（4）系統(tǒng)元件較多，所占空間大；（5）低溫助力性能不好。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，目前被廣泛應(yīng)用。

二、 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Hydraulic Power Steering-EHPS）在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓助力泵改為由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并增加了車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器及ECU等電控裝置。該系統(tǒng)的儲(chǔ)油罐、油泵、電動(dòng)機(jī)和專(zhuān)線控制單元都集成在電動(dòng)機(jī)油泵組內(nèi)。工作時(shí)轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)汽車(chē)的行駛速度和方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度等輸入信號(hào)計(jì)算出理想的輸出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)輸出適當(dāng)?shù)墓β?，?qū)動(dòng)液壓助力泵工作。EHPS有以下特點(diǎn)：（1）將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓助力泵改為由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這在一定程度上降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，節(jié)省了燃油消耗，提高了經(jīng)濟(jì)性。（2）所有的工作狀態(tài)都是由ECU根據(jù)車(chē)輛行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變助力特性。（3）雖然采用了電能作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)了車(chē)速感應(yīng)型助力，但是仍然保留有液壓裝置，使得該系統(tǒng)仍有難以克服的缺點(diǎn)，如液壓管路有泄漏的可能、不便于安裝；同時(shí)在液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了傳感器和控制器，系統(tǒng)又不能實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加等問(wèn)題。由于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)電控系統(tǒng)的一體化，作為傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過(guò)渡的中間技術(shù)，在一定時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)得到應(yīng)用和發(fā)展。

三、 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、車(chē)速傳感器、電動(dòng)機(jī)、控制器和減速機(jī)構(gòu)等相關(guān)零件，依靠電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)向扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，成為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power System—EPS）。

EPS是一種新型的、很有發(fā)展前途的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全取消了液壓組件，其基本工作原理是：當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)軸上的轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測(cè)出轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并與車(chē)速信號(hào)同時(shí)輸入到ECU，ECU根據(jù)這些輸入信號(hào)確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動(dòng)力的大小。電動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。EPS基本上解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所存在的矛盾，在汽車(chē)低速行駛時(shí)，特性曲線較窄，具有較大的助力作用，當(dāng)車(chē)速提高后，特性曲線越來(lái)越寬，助力作用逐漸減小，克服輪輞高速時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)手力太輕的缺陷。

與液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)液壓裝置，是“按需型”系統(tǒng)，即只有轉(zhuǎn)向時(shí)系統(tǒng)才工作，能量消耗降低；（2）EPS助力特性通過(guò)軟件設(shè)置和修改，可以快速與車(chē)型匹配；（3）沒(méi)有液壓動(dòng)力系統(tǒng)的液壓缸、油泵、液壓管道、轉(zhuǎn)閥等部件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、便于模塊化安裝，質(zhì)量減輕，無(wú)油滲漏問(wèn)題，系統(tǒng)容易布置；（4）采用電子控制，可使轉(zhuǎn)向特性得到優(yōu)化，增強(qiáng)隨動(dòng)性，轉(zhuǎn)向輕便，路感好，提高了操縱穩(wěn)定性；（5）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，立即切斷電動(dòng)機(jī)與助力齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳送，迅速轉(zhuǎn)入人工—機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)，并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，同時(shí)顯示所記憶的異常內(nèi)容。但是目前由于汽車(chē)供電系統(tǒng)的因素，轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)難以提供較大功率，現(xiàn)階段應(yīng)用對(duì)象主要針對(duì)轎車(chē)。要在重型載貨汽車(chē)上應(yīng)用，還必須采用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。我們相信電動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)由于其技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越，未來(lái)必將取代其他動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)，成為動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展的主流。

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作者簡(jiǎn)介：

鞏梅，河南省鄭州市，河南省鄭州交通技師學(xué)院。