汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

姚飛 何述華 葉桎何 王義龍

摘 要：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制汽車行駛路線和方向的重要裝置，其性能直接影響到汽車的操縱性能和穩(wěn)定性能。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來幫助司機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱的裝臵，它把發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換成液壓能（電能或氣壓能），再把液壓能（電能或氣壓能）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能作用在轉(zhuǎn)向輪上幫助司機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，故應(yīng)稱之為動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它最初主要是為了減小司機(jī)施加到方向盤上的轉(zhuǎn)向力而應(yīng)用到汽車上的。電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓助力系統(tǒng)油泵，具有能夠根據(jù)汽車行駛工況實(shí)現(xiàn)助力程度自動(dòng)控制、改善轉(zhuǎn)向手感、節(jié)約能量消耗、安裝布置方便等優(yōu)點(diǎn)。本文主要分析液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理及發(fā)展，并指出通過與其他動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)底盤一體化集成控制將是主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：助力轉(zhuǎn)向 電控 液壓

引言

從1886年第一輛汽車誕生至今已經(jīng)100多年了，汽車這一被稱為“改變世界的機(jī)器”，早已從價(jià)格昂貴的奢侈品變成了現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要交通工具之一。目前汽車的發(fā)展方向是安全、節(jié)能和環(huán)保，作為汽車主動(dòng)安全的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步從簡(jiǎn)單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程。

2.汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2.1 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加液壓系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作，轉(zhuǎn)向控制閥控制油液流動(dòng)的方向和油液大小，提供轉(zhuǎn)向助力，減小駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)矩，降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。通常情況下，車輛轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)矩是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)油泵所提供。液壓助力轉(zhuǎn)向存在以下缺點(diǎn)：

（1）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車行駛時(shí)需要消耗一定的能量，增加了液壓油泵、液壓缸、油管和一些輔助裝置，增加的汽車行駛時(shí)的油耗，其燃油經(jīng)濟(jì)性較差，一般轎車每行駛一百公里需要多消耗0.3-0.4升的燃料。

（2）助力特性不能隨著車輛速度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，無法兼顧車輛低速轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向路感。

（3）轉(zhuǎn)向回正性差。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在回正過程中，不可避免存在閥芯和閥套之間的殘余角，即轉(zhuǎn)向盤回到中間位置時(shí)助力壓差不能立即減少為零，形成阻礙回正的阻力矩，影響車輛轉(zhuǎn)向的回正特性。

2.2電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)]是一種直接依靠電機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)向力矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要由傳感器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器和控制單元等關(guān)鍵要素組成。不同類型電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本原理是相同的：當(dāng)駕駛員操縱方向盤時(shí)，裝置轉(zhuǎn)向軸上的傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)矩值，并將轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車輛狀態(tài)信息送入控制單元，根據(jù)不同工況實(shí)施不同的轉(zhuǎn)向控制策略，由控制器輸出轉(zhuǎn)向控制信息，控制電機(jī)輸出適當(dāng)?shù)碾姶呸D(zhuǎn)矩和電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，由減速系統(tǒng)進(jìn)行減速增牛后施加在車輛的轉(zhuǎn)向軸上，實(shí)現(xiàn)車輛助力轉(zhuǎn)向。與傳統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向具有以下特點(diǎn)：

（1）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在不同車速下給車輛提供最佳的轉(zhuǎn)向助力，其助力特性的設(shè)計(jì)根據(jù)車輛行駛速度的不同和駕駛員施加的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩情況控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力情況，可以兼顧車輛在低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性及車輛高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，保證駕駛員獲得良好的路感，從而改善車輛的操縱穩(wěn)定性；

（2）電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。與液壓助力轉(zhuǎn)向相比，其轉(zhuǎn)向助力電機(jī)這有在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)實(shí)施助力功能，減少了燃料消耗；

（3）助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能量來自于車載蓄電池，與發(fā)動(dòng)機(jī)無關(guān)，即使車輛發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)熄火或故障的情況下也能提供轉(zhuǎn)向助力；

2.3 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電控液壓助力轉(zhuǎn)向是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加電控裝置構(gòu)成的。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，系統(tǒng)增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥，而加設(shè)的電控系統(tǒng)包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向ECU、電磁閥和車速傳感器等。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用電控單元根據(jù)車輛速度調(diào)節(jié)作用在方向盤上的助力，通過控制轉(zhuǎn)向控制閥閥芯和閥套的開啟程度，調(diào)節(jié)液壓助力系統(tǒng)助力的大小，從而實(shí)現(xiàn)輔助轉(zhuǎn)向力矩隨著車輛行駛速度變化而變化。根據(jù)控制方式不同又可分為流量控制式、壓力控制式、反力控制式和閥特性控制式等多種形式。但即使是最新的產(chǎn)品也無法根除液壓助力系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操控性、能量消耗等固有缺陷。不過由于其技術(shù)較為成熟，可以實(shí)現(xiàn)整車電控系統(tǒng)一體化，以此作為傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向先進(jìn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的過度產(chǎn)品，在現(xiàn)階段仍具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)，并且還將繼續(xù)得到改進(jìn)和發(fā)展。

常規(guī)電控液壓助力轉(zhuǎn)向技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了助力特性的改變，提高了高速時(shí)的轉(zhuǎn)向路感，但是其存在以下缺點(diǎn)：

（1）助力液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在車輛行駛的整個(gè)階段流量恒定，造成大量的能源消耗，降低了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性；

（2）系統(tǒng)成本高，主要應(yīng)用于高級(jí)轎車；

（3）由于電磁閥精度高，其對(duì)液壓油的品質(zhì)和過濾條件要求高，維護(hù)成本較高。

3.助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展前景

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車以一躍成為當(dāng)前極為重要的交通運(yùn)輸工具。從全世界范圍來看，目前還找不出一個(gè)無汽車的現(xiàn)代化的先例。汽車的保有量不斷增加，由此造成交通情況錯(cuò)綜復(fù)雜，使得駕駛員轉(zhuǎn)向盤的操作頻率增大，這就需要減輕駕駛疲勞，提高操縱的輕便性和靈活性，因此對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也越來越高，特別是對(duì)電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)需要更加深入的研究，來滿足日益復(fù)雜的交通現(xiàn)狀。

結(jié)論

汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于當(dāng)今社會(huì)日益復(fù)雜化的交通態(tài)勢(shì)有著舉足輕重的作用，對(duì)駕駛者的駕駛體驗(yàn)，以及車輛本身的安全性提升都有重要意義。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究應(yīng)用，將會(huì)大大增加行車安全和人身安全，可以防止由于路況復(fù)雜導(dǎo)致的駕駛者操作不順利而引發(fā)的交通事故，現(xiàn)在電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的日益普及，也是汽車發(fā)展的重大突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟濤，陳慧，余卓平.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正與主動(dòng)阻尼控制策略研究[J].汽車工程.2006.12.1125-1128.

[2]于蕾艷，林逸，施國(guó)標(biāo).線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略研究[J].計(jì)算機(jī)仿真.2008.05.233-235.

[3]張昌華.電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[C].武漢.武漢理工大學(xué).2004.

[4]臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造第2版（下冊(cè)）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010.

[5]施國(guó)際，林逸，張昕.動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)及其發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2006（10）：137-176.