淺談汽車轉向系統的結構與工作原理

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。本文對汽車轉向系統的結構與工作原理進行了探討。文章從闡述汽車轉向系統概況入手，進一步分析了幾種系統的具體結構及工作原理。

關鍵詞：汽車轉向系統；結構；工作原理；概況

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

0 前言

傳統的商品、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的嚴重問題，汽車的出現，顛覆了這一現象，并且在很大程度上起到了提高社會工作效率的作用。而汽車本身及其內部系統也在長期以來經歷了各種變遷，就汽車內的轉向系統來說，就已經出現了幾代不同的產品，本文對其進行論述。

1 汽車轉向系統概述

汽車轉向系統的基本職能就是根據駕駛員的指令對汽車的前進方向加以控制，它已經不只是汽車中一個基礎的組成結構，更是保證汽車整體安全的重要裝置，轉向系統的設計是否科學、質量是否達標，和汽車的操作便捷度和行車安全有著息息相關的聯系，從汽車被研發(fā)出來的時候至今，已經實現了從傳統機械、液壓助力、電液助力到電動助力轉向系統的重大發(fā)展和轉變，在以后的時間里，還可能走向線控動力轉向系統的趨勢。

2 傳統機械轉向系統的構成及工作原理

傳統的機械轉向系統內，重要的結構包括了轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構。其中轉向操縱機構是行車人員操縱轉向器的重要工具，轉向器則起著將方向盤傳到的轉矩以特定傳動比放大并輸出的作用。最后，轉向傳動機構指的是將轉向器輸出的力矩傳達到轉向車輪的機構中。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的調節(jié)，以此達到轉向的目的。

這種轉向系統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向扭矩，需要占據一定的駕駛室空間，而且這種結構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擔，尤其是重型汽車，因為其轉向阻力相對偏大，所以只是依靠駕駛員的轉向力是難以達到預設效果的，因此機械式轉向系統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，因為機械轉向系統的構成簡易、安全可靠、經濟成本低，所以會對其有所利用。

3 液壓助力轉向系統結構及工作原理

液壓助力轉向系統是在純機械式作用前提下增加一個液壓助力系統，液壓油是主要的動力輸送工具，促進機械轉向器正常運行，實現轉向。采用這種系統，可以節(jié)約一部分駕駛室空間，裝置更簡單，也減少了轉向操縱的力度，增強轉向的靈活程度，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 電液助力轉向系統結構及工作原理

4.1 電控液壓助力轉向系統

電控液壓助力轉向系統是一種建立在液壓助力轉向系統上的系統，它新增了電磁閥、車速傳感器以及轉向控制單元等部件。在利用該系統進行轉向時，可以利用感應器件把轉向的速度等傳達給控制單元，經過其分解計算后，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彎降速時，可以用較小的轉向手力加以控制，反之則采取更重的轉向手力加以調節(jié)。

4.2 電動液壓助力轉向系統

電動液壓助力轉向系統的特征在于它可以由電動機驅動，并且新增車速傳感器、轉向控制單元等電控設備。系統在工作時，控制單元會結合汽車當前進速度和方向盤轉向大小等信息，錄入資料并由系統自行計算出對應的相對科學的輸出信號，從而確定出電動機功率，使得液壓助力泵開始運轉，并且將液壓油作為助力使轉向器發(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整到更大的值，讓司機能夠無壓力轉動方向盤；反之，則可以設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。因為電動機的轉速是可以隨時調整的，并且能隨時在打開后進行關閉，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 電動助力轉向系統結構及工作原理

電動助力轉向系統的出現，得力于機械轉向系統的改進，它的內部構造包括了傳感器、電子控制單元、電動機、電磁離合器和減速機構等等。因此，其控制單元的組成并不復雜，只需結合電動機電流高低及方向就可以對轉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，轉動方向盤，轉矩傳感器就能將車主轉動的信息及當前的車速信息傳導到電子控制單元內，交給處理器做進一步的分析，從而得出關于具體的大小和方向的結論，達到為駕駛員提供輔助轉向力的作用。而且，如果車速已經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，電動助力轉向系統會自動調整到手動轉向模式，不轉向則電動機不運轉。

這種轉向系統可以讓汽車在處于低速狀態(tài)時實現靈便地轉向，在高速行駛時保證轉向的穩(wěn)定安全性，而且它只有在正式轉向時才會需要電動機工作，所以避免了出現不必要的能耗問題，加上這種系統淘汰了液壓設備，所以內部結構更緊密，質量輕便，避免出現液壓油泄漏等現象，因此減少了維修工作帶來的麻煩和經濟支出。當然，因為這種系統的電動機發(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域。

6 線控動力轉向系統結構及工作原理

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

線控動力轉向系統已經成為汽車在未來發(fā)展中可能會大力推廣的一種系統，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，行車人受到轉向柱的傷害，而ECU還可以結合車輛的運作情況來評估行車人的駕駛行為是否科學，從而進行一定的調節(jié)和指正。此外，這種系統可以有效地優(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，這種系統還能優(yōu)化行車人員的路感，因為方向盤和轉向車輪間并沒有用機械進行銜接，行車人的“路感”可以經過模擬的方式生成。因此能夠在信號中提取出能體現汽車現下行駛情況和路面的情況的內容，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”。

結語

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

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