汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)淺析

陳晨 李劍

摘? 要：汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車(chē)控制行駛方向的核心系統(tǒng)，隨著汽車(chē)的發(fā)展其也經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，具體而言，主要有機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來(lái)將向著智能化、自動(dòng)化以及模塊化的方向發(fā)展。本文對(duì)其展開(kāi)分析與研究。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng);現(xiàn)狀;工作原理;發(fā)展趨勢(shì)

引言

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制汽車(chē)行駛方向的核心系統(tǒng)，直接關(guān)系到汽車(chē)的操控性能與駕駛體驗(yàn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，世界上汽車(chē)保有量不斷上升，尤其是駕駛?cè)藛T的門(mén)檻進(jìn)一步降低，汽車(chē)的性能進(jìn)一步上升，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的易操作性與可控制性直接決定了汽車(chē)的安全性能。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)無(wú)人駕駛成為主流，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也必然走向自能化、自動(dòng)化以及模塊化。

一、機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在汽車(chē)出現(xiàn)的初期，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是純粹的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于需要完全依靠人力控制汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因此，為了滿足人力控制的需求，需要大直徑的方向盤(pán)提供足夠的扭矩配合駕駛員視線對(duì)汽車(chē)的控制。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤(pán)占據(jù)的空間較大，且轉(zhuǎn)向較為笨拙，需要駕駛員擁有足夠的體力進(jìn)行操作。特別是在重型汽車(chē)的使用上，轉(zhuǎn)向的阻力非常大，單靠駕駛員的力量無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。因此其使用受到了一定的限制，但是機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性高、成本較低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此，現(xiàn)階段在微型車(chē)、農(nóng)用車(chē)等對(duì)操控性要求不高的汽車(chē)上仍有使用。

二、傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早是由通用公司在1953首次使用的，其極大的降低了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的體積以及對(duì)駕駛員體力的要求，且在成本上做到了可控，因此獲得了極大的發(fā)展。在一段時(shí)間內(nèi)，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展與革新，基本上都是基于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)，比如，在80年代后期，在傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上發(fā)展出了變減速比的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，之后具有代表性的是變流量泵液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)在汽車(chē)高速行駛時(shí)或者保持直線行駛時(shí)泵的流量會(huì)適當(dāng)降低，可以有效降低不必要的功耗。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大減小了方向盤(pán)的體積，汽車(chē)駕駛室也變的更為寬敞，且汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操控性進(jìn)一步增強(qiáng)，隨著該技術(shù)的成熟以及發(fā)展，其已經(jīng)應(yīng)用到了大部分的汽車(chē)上。但是傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的密封性、靈敏度以及磨損等方面存在一些不足。

三、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上發(fā)展而來(lái)的，其主要特點(diǎn)是采用了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向泵，其動(dòng)力轉(zhuǎn)向器為電液助力轉(zhuǎn)向器。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，在無(wú)需轉(zhuǎn)向時(shí)可以關(guān)閉，因此其可以有效節(jié)約不必要的能源損耗。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性好，操縱感強(qiáng)，且具備較好的舒適性，在高速行駛時(shí)可以獲得較好的駕駛體驗(yàn)。隨著電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)成為汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主力。

四、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)主力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向器最早在1988年在微型車(chē)上使用，隨著技術(shù)的成熟與發(fā)展，電動(dòng)轉(zhuǎn)向器的性能與液力轉(zhuǎn)向器的性能逐漸接近，甚至逐漸超越社會(huì)對(duì)節(jié)能的需求，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，且在大型車(chē)輛中的應(yīng)用越來(lái)越多。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在運(yùn)行中通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向角、車(chē)速、轉(zhuǎn)向扭矩等數(shù)據(jù)，并將各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧羞M(jìn)行分析處理，獲取準(zhǔn)確的助力控制信號(hào)，因此其操作更為精準(zhǔn)與方便。通過(guò)汽車(chē)的實(shí)際性能進(jìn)行電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)，可以有效提高其適應(yīng)性，比如針對(duì)大型車(chē)輛要提供足夠的軸向力等?，F(xiàn)階段主要的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下三種：齒條式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器（R-EPS）、柱式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器（C-EPS）以及齒輪式電動(dòng)轉(zhuǎn)向器（DP-EPS）。相比于電液或者夜里助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)密封性的要求不高，且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生漏油等污染環(huán)境的問(wèn)題。在近年發(fā)展極快?，F(xiàn)階段，國(guó)外的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展更為成熟，我國(guó)的產(chǎn)品還未打破技術(shù)壁壘。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過(guò)電信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向的控制，可以根據(jù)汽車(chē)行駛的實(shí)時(shí)狀態(tài)與車(chē)速提供不同的助力效果，因此在低速時(shí)更靈活，高速時(shí)更平穩(wěn)，其主要的結(jié)構(gòu)部件有：轉(zhuǎn)矩傳感器、車(chē)速傳感器、電動(dòng)機(jī)、電子控制單元、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。

五、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)階段最新的汽車(chē)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，相比于其他的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其最大的改變就是將方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接去除了。因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行協(xié)助完成轉(zhuǎn)向操作，即路感電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在轉(zhuǎn)向柱上的是路感電機(jī)，其主要是根據(jù)汽車(chē)的行駛狀態(tài)和實(shí)際情況模擬路面信息，為轉(zhuǎn)向柱提供合適的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)則安裝在齒條上，其主要的功能是接受轉(zhuǎn)向信號(hào)并克服汽車(chē)的轉(zhuǎn)向阻力，方向盤(pán)則是轉(zhuǎn)向信號(hào)的輸入裝置。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性較高，且結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，對(duì)空間的占用更小。但是現(xiàn)階段，電子元件的可靠性還有待提高，且由于無(wú)機(jī)械連接，導(dǎo)致駕駛員對(duì)路感的缺失，因此還未進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，主要在概念車(chē)上進(jìn)行試用。

六、發(fā)展展望

汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步一直在不斷的發(fā)展之中，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然是主流，新技術(shù)的發(fā)展依然是在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上進(jìn)行進(jìn)步，而助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將進(jìn)一步成熟，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能會(huì)因電子可靠性的提高而進(jìn)入到實(shí)用之中。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人駕駛技術(shù)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也將更為智能化、自動(dòng)化以及模塊化。綜合來(lái)看，主要有如下幾個(gè)發(fā)展方向：

（1）傳感系統(tǒng)將更加智能化與完善，傳感系統(tǒng)是未來(lái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心系統(tǒng)之一，其直接關(guān)系到了汽車(chē)對(duì)于自身狀態(tài)以及路面情況的感知效率和準(zhǔn)確性，傳感系統(tǒng)的智能化將進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)人駕駛技術(shù)的進(jìn)步;

（2）控制策略的優(yōu)化，控制策略是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)，直接關(guān)系到了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，未來(lái)，控制策略必然將進(jìn)一步優(yōu)化，為無(wú)人駕駛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供平穩(wěn)的控制性能;

（3）智能運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展，智能運(yùn)輸系統(tǒng)是將整個(gè)汽車(chē)的設(shè)備結(jié)合起來(lái)，形成整體控制，主要包括：車(chē)輛智能化、車(chē)輛多媒體、車(chē)輛集成控制體系、動(dòng)力矩控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)器集成系統(tǒng)、用于自動(dòng)駕駛的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等。

參考文獻(xiàn)

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