淺談汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

鄭鴻旺　黎志勇　鄭健強

摘 要：汽車自誕生以來，就成為生活中不可缺少的一種基本工具，汽車的功能和質(zhì)量也對我們的生活便捷度和人身安全帶來了巨大的影響，因此加強對汽車的研究是非常重要的。本文對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理進行了探討。文章從闡述汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概況入手，進一步分析了幾種系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及工作原理。

關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；工作原理；概況

中圖分類號：U463 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

傳統(tǒng)的商品、物資、人員輸送過程中，大多是用人力、動物完成，這些長短途運輸往往會造成勞民傷財?shù)膰?yán)重問題，汽車的出現(xiàn)，顛覆了這一現(xiàn)象，并且在很大程度上起到了提高社會工作效率的作用。而汽車本身及其內(nèi)部系統(tǒng)也在長期以來經(jīng)歷了各種變遷，就汽車內(nèi)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來說，就已經(jīng)出現(xiàn)了幾代不同的產(chǎn)品，本文對其進行論述。

1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本職能就是根據(jù)駕駛員的指令對汽車的前進方向加以控制，它已經(jīng)不只是汽車中一個基礎(chǔ)的組成結(jié)構(gòu)，更是保證汽車整體安全的重要裝置，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計是否科學(xué)、質(zhì)量是否達標(biāo)，和汽車的操作便捷度和行車安全有著息息相關(guān)的聯(lián)系，從汽車被研發(fā)出來的時候至今，已經(jīng)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)機械、液壓助力、電液助力到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重大發(fā)展和轉(zhuǎn)變，在以后的時間里，還可能走向線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢。

2 傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)，重要的結(jié)構(gòu)包括了轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。其中轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)是行車人員操縱轉(zhuǎn)向器的重要工具，轉(zhuǎn)向器則起著將方向盤傳到的轉(zhuǎn)矩以特定傳動比放大并輸出的作用。最后，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)指的是將轉(zhuǎn)向器輸出的力矩傳達到轉(zhuǎn)向車輪的機構(gòu)中。在汽車行進的過程中，為了改變其前進的方位，行車人需要利用方向盤進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此達到轉(zhuǎn)向的目的。

這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所依靠的是機械力量，因此必須利用直徑較大的方向盤才能使其達到一個比較大的轉(zhuǎn)向扭矩，需要占據(jù)一定的駕駛室空間，而且這種結(jié)構(gòu)在運行時操作比較遲緩、笨拙，給行車人帶來了比較大的工作負(fù)擔(dān)，尤其是重型汽車，因為其轉(zhuǎn)向阻力相對偏大，所以只是依靠駕駛員的轉(zhuǎn)向力是難以達到預(yù)設(shè)效果的，因此機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的利用范圍受到了一定的限制。只有在部分較小型的車輛中，因為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成簡易、安全可靠、經(jīng)濟成本低，所以會對其有所利用。

3 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在純機械式作用前提下增加一個液壓助力系統(tǒng)，液壓油是主要的動力輸送工具，促進機械轉(zhuǎn)向器正常運行，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。采用這種系統(tǒng)，可以節(jié)約一部分駕駛室空間，裝置更簡單，也減少了轉(zhuǎn)向操縱的力度，增強轉(zhuǎn)向的靈活程度，在一些乘用車、商用車中運用比較廣。但是這種系統(tǒng)還存在一些密封性、耗能、磨損與噪聲方面的缺陷。

4 電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

4.1 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種建立在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的系統(tǒng)，它新增了電磁閥、車速傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等部件。在利用該系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)向時，可以利用感應(yīng)器件把轉(zhuǎn)向的速度等傳達給控制單元，經(jīng)過其分解計算后，液體流量隨車速的不同而發(fā)生變動，進而讓駕駛員的轉(zhuǎn)向手力可以隨車速等情況做出一定的改變，比如在保持低速行進或者需要轉(zhuǎn)彎降速時，可以用較小的轉(zhuǎn)向手力加以控制，反之則采取更重的轉(zhuǎn)向手力加以調(diào)節(jié)。

4.2 電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特征在于它可以由電動機驅(qū)動，并且新增車速傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元等電控設(shè)備。系統(tǒng)在工作時，控制單元會結(jié)合汽車當(dāng)前進速度和方向盤轉(zhuǎn)向大小等信息，錄入資料并由系統(tǒng)自行計算出對應(yīng)的相對科學(xué)的輸出信號，從而確定出電動機功率，使得液壓助力泵開始運轉(zhuǎn)，并且將液壓油作為助力使轉(zhuǎn)向器發(fā)揮作用。在汽車保持較低的前進速度的情況下，控制單元可以將電動機輸出的功率調(diào)整到更大的值，讓司機能夠無壓力轉(zhuǎn)動方向盤；反之，則可以設(shè)定一個相對較小的輸出功率，使得方向盤的操作更加穩(wěn)定。因為電動機的轉(zhuǎn)速是可以隨時調(diào)整的，并且能隨時在打開后進行關(guān)閉，因此它起到了很明顯的節(jié)約發(fā)動機的燃油消耗量的作用，保證了汽車燃油的低成本。

5 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)，得力于機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改進，它的內(nèi)部構(gòu)造包括了傳感器、電子控制單元、電動機、電磁離合器和減速機構(gòu)等等。因此，其控制單元的組成并不復(fù)雜，只需結(jié)合電動機電流高低及方向就可以對轉(zhuǎn)向助力進行有效的自動控制。在汽車剛剛啟動或速度尚且比較低的情況下，轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)矩傳感器就能將車主轉(zhuǎn)動的信息及當(dāng)前的車速信息傳導(dǎo)到電子控制單元內(nèi)，交給處理器做進一步的分析，從而得出關(guān)于具體的大小和方向的結(jié)論，達到為駕駛員提供輔助轉(zhuǎn)向力的作用。而且，如果車速已經(jīng)高出了其安全范圍或是發(fā)生意外事故，為了確保汽車在高速前進時依然能對其進行穩(wěn)定操作，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會自動調(diào)整到手動轉(zhuǎn)向模式，不轉(zhuǎn)向則電動機不運轉(zhuǎn)。

這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以讓汽車在處于低速狀態(tài)時實現(xiàn)靈便地轉(zhuǎn)向，在高速行駛時保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定安全性，而且它只有在正式轉(zhuǎn)向時才會需要電動機工作，所以避免了出現(xiàn)不必要的能耗問題，加上這種系統(tǒng)淘汰了液壓設(shè)備，所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)更緊密，質(zhì)量輕便，避免出現(xiàn)液壓油泄漏等現(xiàn)象，因此減少了維修工作帶來的麻煩和經(jīng)濟支出。當(dāng)然，因為這種系統(tǒng)的電動機發(fā)電功率有限，不適用于車身太重的車輛類型，因此更多的是運用于小型汽車領(lǐng)域。

6 線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過電線傳遞信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作，助力矩由主控制器在完成相關(guān)參數(shù)的計算后向系統(tǒng)內(nèi)的電動機下發(fā)指令，由轉(zhuǎn)向助力電動機提供。在該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運作過程中，可以通過傳感器完成駕駛員轉(zhuǎn)向需求及相關(guān)數(shù)據(jù)的判斷及接收，并且借助數(shù)據(jù)總線把信號上傳到車上的ECU，并且在轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)中獲取相關(guān)的反饋指令。這種轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)在運作過程中，可以從轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)中得到行車人發(fā)出的命令，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)獲取車輪的運作狀況，最終對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作進行操縱。

線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車在未來發(fā)展中可能會大力推廣的一種系統(tǒng)，它有助于提升汽車的安全程度，在行車途中，杜絕了在發(fā)生撞車事故時，行車人受到轉(zhuǎn)向柱的傷害，而ECU還可以結(jié)合車輛的運作情況來評估行車人的駕駛行為是否科學(xué)，從而進行一定的調(diào)節(jié)和指正。此外，這種系統(tǒng)可以有效地優(yōu)化駕駛性能，比如在高速行進的過程中，會因為轉(zhuǎn)向比率變大的原因，為行車人創(chuàng)造更佳的直線行駛條件。不僅如此，這種系統(tǒng)還能優(yōu)化行車人員的路感，因為方向盤和轉(zhuǎn)向車輪間并沒有用機械進行銜接，行車人的“路感”可以經(jīng)過模擬的方式生成。因此能夠在信號中提取出能體現(xiàn)汽車現(xiàn)下行駛情況和路面的情況的內(nèi)容，使其成為方向盤回正力矩的控制變量，并且傳達給駕駛員，使其進一步感受到更逼真的“路感”。

結(jié)語

綜上所述，加強對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理問題的探討，意義重大。我們可以在明確汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概況的基礎(chǔ)上，回溯其發(fā)展歷程，從傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，到液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及線控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理不斷發(fā)生變化，為人們的出行帶來了更良好的體驗。

參考文獻

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