摘要汽車轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響車輛的操縱性和穩(wěn)定性。它在保證車輛安全行駛、減少交通事故、改善駕駛員工作條件等方面發(fā)揮著重要作用。本文綜述了常用汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，包括機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。本文主要分析各轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理，重點最各類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能優(yōu)劣進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；機(jī)械轉(zhuǎn)向；電動轉(zhuǎn)向；線控轉(zhuǎn)向；性能優(yōu)劣

一、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概念用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(steeringsystem)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都是汽車安全必須要重視的兩個系統(tǒng)。汽車在行駛過程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車轉(zhuǎn)向。就輪式汽車而言，實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，使汽車轉(zhuǎn)向橋（一般是前橋）上的車輪（轉(zhuǎn)向輪）相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在汽車直線行駛時，往往轉(zhuǎn)向輪也會受到路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時，駕駛員也可以利用這套機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車恢復(fù)原來的行駛方向。這一套用來改變或恢復(fù)汽車行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（俗稱汽車轉(zhuǎn)向系）。因此，汽車轉(zhuǎn)向系的功用是，保證汽車能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。二、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4個基本發(fā)展階段。（一）純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是指汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機(jī)械轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時)。這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是我們最常見的，目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從上世紀(jì)四十年代起，為減輕駕駛員體力負(fù)擔(dān)，在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了液壓助力系統(tǒng)HPS(hydraulicpowersteering)，它是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，額外增加了一個液壓系統(tǒng)，一般有油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥。由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實際中應(yīng)用的最多，根據(jù)控制閥形式有轉(zhuǎn)閥式和滑閥式之分。這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。雖然傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷：①汽車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重；②轉(zhuǎn)向傳動比固定，使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化，駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，從而控制汽車按其意愿行駛。這就變相地增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，使汽車轉(zhuǎn)向行駛存在很大的不安全隱患；③液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性差，一般轎車每行駛一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對環(huán)境造成污染，在環(huán)保性能被日益強(qiáng)調(diào)的今天，無疑是一個明顯的劣勢。機(jī)械轉(zhuǎn)向系特點分析如下：（1）效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。（2）布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。（3）可以實現(xiàn)變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉(zhuǎn)向力小、且經(jīng)常使用，要求轉(zhuǎn)向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉(zhuǎn)向位置轉(zhuǎn)向阻力大，但使用次數(shù)少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉(zhuǎn)向力。由于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器可實現(xiàn)變速比，應(yīng)用正日益廣泛。（4）通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，這也是它應(yīng)用廣泛的原因之一。（5）變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須保證轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。（6）間隙可調(diào)。齒條齒扇副磨損后可以重新調(diào)整間隙，使之具有合適的轉(zhuǎn)向器傳動間隙，從而提高轉(zhuǎn)向器壽命，也是這種轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點之一。（二）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)革新差不多都是基于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，比較有代表性的是變流量泵液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。變流量泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車處于比較高的行駛速度或者不需要轉(zhuǎn)向的情況下，泵的流量會相應(yīng)地減少，從而有利于減少不必要的功耗。電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以即時關(guān)閉，所以也能夠起到降低功耗的功效。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使駕駛室變得寬敞，布置更方便，降低了轉(zhuǎn)向操縱力，也使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更為靈敏。由于該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)成熟、能提供大的轉(zhuǎn)向操縱助力，目前在部分乘用車、大部分商用車特別是重型車輛上廣泛應(yīng)用。（三）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱電動式EPS或EPS(ElectronicPowerSteeringsystem)在機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加信號傳感器、電子控制單元和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。電動式EPS是利用電動機(jī)作為助力源，根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的軸距傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向，即選定電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)動方向，調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電子離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。例如，?？怂沟腅HPAS電子液壓系統(tǒng)由電腦根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速以及方向盤轉(zhuǎn)角等信號，驅(qū)動電子泵給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供助力。助力感覺非常的自然。因此很多人對?？怂狗较虻母杏X相當(dāng)不錯，轉(zhuǎn)向操控感覺可以說是隨心所欲。有些車也號稱采用電子助力，但是只是電機(jī)助力，沒有液壓輔助，容易產(chǎn)生噪音。助力效果也遠(yuǎn)不如福克斯這一類型的電子助力。優(yōu)缺：能耗低，靈敏，電子單元控制，節(jié)省發(fā)動機(jī)功率，助力發(fā)揮比較理想。（四）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）

汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種全新概念的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接，操縱裝置接受駕駛員指令，經(jīng)過總線發(fā)送消息并從控制裝置獲得相應(yīng)的反饋;同時轉(zhuǎn)向控制單元由操縱裝置接受駕駛員的指令，而轉(zhuǎn)向執(zhí)行裝置則接受來自轉(zhuǎn)向控制單元的控制命令，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向車輪對應(yīng)角度的轉(zhuǎn)向，通過一系列的軟件協(xié)調(diào)使它們之間的運動關(guān)系達(dá)到和諧，因而可以實現(xiàn)一系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的功能。

基本工作原理：汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器將檢測到的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)信號以及汽車運動中的各種信息通過數(shù)據(jù)總線傳遞給電控單元，屯控單元對這些信息綜合分析，根據(jù)自身的內(nèi)部控制策略，向轉(zhuǎn)向執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出指令，進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作。與此同時，電控單元通過分析轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車輪轉(zhuǎn)角等信號，控制轉(zhuǎn)向盤回正電機(jī)，從而模擬出相應(yīng)的“路感”。三、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)劣分析（一）機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)勢結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉，目前在一部分轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的微型轎車、農(nóng)用車上仍有使用。2.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能劣勢雖然純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠，但是也存在其自身無法克服的缺點。傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間是機(jī)械的連接，因此轉(zhuǎn)向傳動比相對固定，即角傳遞特性無法改變，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無法控制，傳動比無法隨汽車轉(zhuǎn)向過程中的車速、車輛的側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償，而且受駕駛員技術(shù)的影響比較大，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向過程之前就對車輛的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償來控制車輛按照駕駛員意愿進(jìn)行運動，這就無形中增加了駕駛員操作的精神和體力負(fù)擔(dān)。（二）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)勢（1）減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。動力轉(zhuǎn)向可以減小駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。

（2）提高轉(zhuǎn)向靈敏度。可以比較自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負(fù)荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。

（3）衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊。

2.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能劣勢

（1）選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難，從而影響操縱穩(wěn)定性；而按高速性能設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。

（2）即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。

（3）存在滲油與維護(hù)問題，提高了保修成本，且泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。

（三）電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)勢電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過電控使駕駛員在低速時的轉(zhuǎn)向手力減小，而在高速時的轉(zhuǎn)向手力適當(dāng)增大，從而使汽車操縱穩(wěn)定性與汽車的操縱輕便性達(dá)到和諧統(tǒng)一。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向器固定傳動比而造成的轉(zhuǎn)向“輕”與“靈”之間的矛盾。2.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能劣勢但是由于其發(fā)展是基于液壓助力系統(tǒng)的，因此無論是電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是電控液壓助力轉(zhuǎn)向都與傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)同樣存在著液壓油泄漏的問題。這在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識逐漸增強(qiáng)的今天，無疑是一個不小的缺陷。（四）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)勢（1）更加節(jié)省能源和環(huán)保。因為EPS沒有液壓器件，所以可算得上是標(biāo)準(zhǔn)的“按需供能型”系統(tǒng)，即在轉(zhuǎn)向的情況下系統(tǒng)才工作，而汽車停止時或者直線運行時完全不消耗任何能量，這樣一來耗能就會相對較少。因此與液壓動力系統(tǒng)進(jìn)行比較，可以節(jié)約能源80%到90%。而在不轉(zhuǎn)向時，EPS燃油消耗會降低2.5%；在使用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，則會減少5.5%。另外又因為在-40℃的低溫的狀況下，EPS也可以較好地工作，而傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)只有液壓油預(yù)熱后才可以工作，由于EPS沒有起動時的預(yù)熱過程，所以節(jié)省了許多能量。EPS也不存在液態(tài)油的泄漏問題，從而也不會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，符合了環(huán)保的設(shè)計理念。（2）助力效果相對更好。EPS可根據(jù)汽車運行的不同工況，通過優(yōu)化設(shè)計助力特性曲線，獲得準(zhǔn)確的助力，助力效果十分理想。同時還可以通過控制阻尼系數(shù)減小因為路面的干擾對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，保障車輛低速行駛時的輕便性，提高汽車高速行駛時的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的轉(zhuǎn)向性能。（3）質(zhì)量大大減輕。與液壓轉(zhuǎn)向比較，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，零件數(shù)目顯著減少，因而帶來質(zhì)量的輕便，于此同時使布置更加簡單，而且降低了工作時產(chǎn)生的噪聲污染。（4）安全性能更好。與HPS比較，EPS發(fā)生故障后，系統(tǒng)通過電磁離合器切斷電機(jī)與減速傳動機(jī)構(gòu)的動力連接，進(jìn)入機(jī)械轉(zhuǎn)向模式。另一方面由于EPS的助力由電機(jī)提供，所以與車輛的驅(qū)動系統(tǒng)相互獨立，只要電動汽車的DC/DC不出現(xiàn)問題，即使在汽車不啟動或發(fā)生故障也能夠準(zhǔn)確的提供助力。（5）開發(fā)和生產(chǎn)的周期短。雖然EPS的設(shè)計時間會比較長，但是設(shè)計完成以后，可以通過編輯相應(yīng)的設(shè)計程序，實現(xiàn)與各種不同車型之間的匹配，從而能夠減少針對各個車型的設(shè)計時間。（6）提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正性能。在某一車速下，當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤一個角度放手后，汽車具有使其自身回到直線方向行駛的特性，這是汽車固有屬性所決定的。但是EPS系統(tǒng)能夠?qū)卣^程進(jìn)行人工控制，在最大限度內(nèi)通過軟件修改設(shè)計參數(shù)達(dá)到使車輛獲得最優(yōu)回正性的目的。在傳統(tǒng)的HPS中，汽車一旦設(shè)計完成，回正特性就無法改變，否則必須徹底改動底盤的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來非常困難。2.機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能劣勢（1）由于車載電源的電壓一般比較低，故電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)所能提供的助力轉(zhuǎn)矩也不會太大，所以不適合用于大型車輛。（2）助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等零部件的摩擦和轉(zhuǎn)動慣量會對EPS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性產(chǎn)生一定的影響，因此動力匹配比較困難。（五）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系統(tǒng)

1.線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能優(yōu)勢線控轉(zhuǎn)向的優(yōu)點在于反應(yīng)快、舒適、輕盈。線控轉(zhuǎn)向這項技術(shù)最早應(yīng)用于美國的F-16戰(zhàn)斗機(jī)上，戰(zhàn)斗機(jī)的轉(zhuǎn)向需要瞬時將方向打到底，所以電傳動要比機(jī)械傳動更加直接、更輕盈。另外，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)占據(jù)空間小，為機(jī)艙內(nèi)其余零部件的布置提供了更充足的空間；沒有機(jī)械的轉(zhuǎn)向管柱，避免車輛碰撞時轉(zhuǎn)向柱對駕駛員的傷害，提高了安全性；方向盤與轉(zhuǎn)向機(jī)之間沒有硬連接，所以震動只有很少部分傳遞到方向盤，舒適性強(qiáng)。以及轉(zhuǎn)向比可以隨意調(diào)節(jié)，由于車輪轉(zhuǎn)動角度與方向盤之間沒有硬連接，所以方向盤轉(zhuǎn)動角度與車輪轉(zhuǎn)動角度之間可以完全由系統(tǒng)控制。2.線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能劣勢線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的缺點在于沒有硬連接導(dǎo)致反饋較為虛假；對于運動型轎車和跑車來說，路感不足，駕駛樂趣差；冗余設(shè)備導(dǎo)致額外增加成本和重量。

結(jié)束語隨著時代的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有電子液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和相對新穎的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三種。它們各自的特點都有各自的優(yōu)勢，而有線系統(tǒng)具有最廣泛的適用性，這是最值得我們深入研究的。通過對三種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較可以發(fā)現(xiàn)，液壓動力系統(tǒng)作為早期主流轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，穩(wěn)定性很好，但會帶來油損失，在低溫下使用需要加熱，污染環(huán)境，集成度低，安裝困難；電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各方面都有所改進(jìn)，但穩(wěn)定性有所降低；因此，我們需要進(jìn)一步探索線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的