摘要轉(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)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。分析各轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能。汽車電子化是汽車技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中一項(xiàng)較新的技術(shù)，在國內(nèi)外發(fā)展迅速。其性能和可靠性測試沒有統(tǒng)一的方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電動助力轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了電動助力轉(zhuǎn)向?qū)ζ囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響。討論了汽車電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；性能；助力轉(zhuǎn)向；電動轉(zhuǎn)向

引言轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)系到汽車主動安全性的重要系統(tǒng)，其操縱穩(wěn)定性對汽車性能有很大影響。機(jī)動性是指車輛準(zhǔn)確地跟蹤駕駛員的駕駛意圖；穩(wěn)定性需要危險的工作條件（高速行駛、大的橫向加速度、大的離心力以及超過輪胎側(cè)滑力時的大側(cè)滑；粘著系數(shù)小的路面?zhèn)然?；在輪胎在開路面上的左右側(cè)偏力不相等以及側(cè)風(fēng)引起的偏航情況下，車輛仍能穩(wěn)定運(yùn)行）。為了提高操縱穩(wěn)定性，出現(xiàn)了ESP（電子穩(wěn)定程序）、主動轉(zhuǎn)向、4WS（四輪轉(zhuǎn)向）等。當(dāng)ESP判斷轉(zhuǎn)向不足或轉(zhuǎn)向過度時，后輪和前輪會產(chǎn)生制動力，產(chǎn)生偏航力矩，即偏差修正力矩。四輪轉(zhuǎn)向的后輪也參與轉(zhuǎn)向。低速時，后輪和前輪反向轉(zhuǎn)動，以減小轉(zhuǎn)彎半徑并提高機(jī)動性。高速行駛時，后輪與前輪轉(zhuǎn)向相同，以提高車輛的穩(wěn)定性?？刂颇繕?biāo)是質(zhì)心的側(cè)滑角為零。然而，這些汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)處于機(jī)械傳動階段。由于轉(zhuǎn)向傳動比固定，車輛的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速變化。因此，駕駛員必須提前補(bǔ)償車輛轉(zhuǎn)向特性的幅值和相位變化，以控制車輛按照自己的意愿行駛。如果駕駛員的轉(zhuǎn)向操作可以通過信號和控制器與方向盤連接，則駕駛員的轉(zhuǎn)向操作只是向車輛輸入自己的駕駛指令，控制器根據(jù)駕駛員的指令、當(dāng)前車輛狀態(tài)和路況確定合理的前輪角度，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能控制，將大大提高車輛的操縱穩(wěn)定性，減輕駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，提高人車閉環(huán)系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述汽車的發(fā)展趨勢是安全、節(jié)能、環(huán)保。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)系到車輛主動安全性的重要系統(tǒng)，其操縱穩(wěn)定性對車輛性能有很大影響。機(jī)動性是指車輛準(zhǔn)確地跟蹤駕駛員的駕駛意圖；穩(wěn)定性是指需要危險工作條件的側(cè)滑(高高速行駛，橫向加速度大，分離力大，且大于輪胎側(cè)偏力）；粘著系數(shù)小的道路側(cè)滑；對于開路面在上部輪胎左右側(cè)偏壓力不相等以及側(cè)風(fēng)引起的偏航的情況下，車輛仍能穩(wěn)定運(yùn)行）。為了提高操縱穩(wěn)定性，出現(xiàn)了ESP（電子穩(wěn)定程序）、4WS（四輪轉(zhuǎn)向）等。根據(jù)轉(zhuǎn)向能量的不同，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介機(jī)械轉(zhuǎn)向系以?的體力作為轉(zhuǎn)向動力，其中所有傳力件都是機(jī)械機(jī)構(gòu)，它由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零部件屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。它包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱管、轉(zhuǎn)向軸、上下萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向傳動軸等。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，從安全考慮，不僅要求轉(zhuǎn)向盤具有柔軟的外表?，起到緩沖作用，而且還要求轉(zhuǎn)向盤在撞車時，其?架能產(chǎn)生一定的變形，以吸收沖擊能量，減緩駕駛員受傷的程度。對于轎車，除了要求裝有吸能式轉(zhuǎn)向盤外，還要求轉(zhuǎn)向管柱也必須備有緩和沖擊的吸能裝置。其基本原理是，當(dāng)受到巨大沖擊時，轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生軸向位移，使?架或某些?撐件產(chǎn)生塑性變形，從而吸收沖擊能量。轉(zhuǎn)向器（1）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是由兩套傳動副組成的，一套是螺桿螺?傳動副，另一套是齒條齒扇傳動副或滑塊曲柄指銷傳動副。轉(zhuǎn)向螺?直徑大于螺桿直徑，故能松套在螺桿上。在螺桿和螺?的內(nèi)外圓面上，制出斷面近似為半面圓形的螺旋槽，?者的槽相配合構(gòu)成了圓形截面的螺旋形通道。螺?側(cè)面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺?外有兩個鋼球?qū)Ч埽總€導(dǎo)管的兩端分別插入螺?側(cè)面的一對通孔中，以組成兩條管狀的封閉循環(huán)通道，這樣實(shí)現(xiàn)了螺桿與螺?之間的滾動摩擦，從而減少了摩擦阻力。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正傳動效率很高，故操縱輕便，使用壽命長，工作穩(wěn)定、可靠。但其逆效率也很高，容易將路面沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤。不過，對于前軸載質(zhì)量不大而?經(jīng)常在平坦路面上行使的汽車而?，這一缺點(diǎn)影響不大。（2）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括左、右橫拉桿、轉(zhuǎn)向減振器等組成。汽車轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向器中齒條作橫向移動，使左右橫拉桿一個受壓、一個受拉地移動。橫拉桿外端的球頭鉸鏈帶動左、右轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷轉(zhuǎn)動，使得轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定角度。由于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量輕、剛性大、轉(zhuǎn)向靈敏，制造容易，成本低，正逆效率都高以及便于布置等優(yōu)點(diǎn)，而且特別適合與燭式和麥弗遜式懸架配用。因此，目前它在轎車和微型、輕型貨車上得到?泛應(yīng)用。例如，一汽的紅旗CA7220型轎車、奧迪100型轎車、捷達(dá)轎車、上海桑塔納轎車、夏利轎車等。轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)分為與非獨(dú)非立懸架配用轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和與獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。（1）與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)主要包括轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿轉(zhuǎn)向節(jié)臂和轉(zhuǎn)向梯形。在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋的情況下，由轉(zhuǎn)向橫拉桿和左、右梯形臂組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內(nèi)的交角＞90°。在發(fā)動機(jī)位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運(yùn)動干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90°。若轉(zhuǎn)向搖臂不是在汽車縱向平面內(nèi)前后擺動，而是在與道路平行的平面向左右搖動，則可將轉(zhuǎn)向直拉桿橫置，并借球頭銷直接帶動轉(zhuǎn)向橫拉桿，從而推使兩側(cè)梯形臂轉(zhuǎn)動。（2）與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)向輪獨(dú)立懸掛時，每個轉(zhuǎn)向輪都需要相對于車架作獨(dú)立運(yùn)動，因而轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。與此相應(yīng)，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須是斷開式的。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介重型汽車或裝有超低壓胎的轎車轉(zhuǎn)向時阻力較大，為了減輕駕駛員的疲勞程度，改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)性能，采用動力轉(zhuǎn)向裝置。采用動力轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向時，所需的能量在正常情況下，只有小部分是駕駛員提供的體能，而大部分是發(fā)動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向油泵旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動機(jī)輸出的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉(zhuǎn)向傳動裝置或轉(zhuǎn)動器中某一傳動件施加不同方向的隨動漸進(jìn)壓力，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。助力轉(zhuǎn)向分類按助力能源分：液壓助力轉(zhuǎn)向、氣壓助力轉(zhuǎn)向（僅限于重型且采用氣壓制動的車）、電動助力轉(zhuǎn)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HydraulicpowerSteering,簡稱HPS）。?1953年通用汽車公司在凱迪拉克和別克轎車上?次批量使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車的發(fā)展帶來了巨大的變化，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力大大降低，轉(zhuǎn)向的靈敏性得到了提高。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、價格和所消耗的功率等方面都取得了驚?的進(jìn)步。在20世紀(jì)80年代后期，?出現(xiàn)了電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套液壓轉(zhuǎn)向加力裝置形成的。其中屬于轉(zhuǎn)向加力裝置的部件主要有：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向液壓泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸。分析可知，當(dāng)車輛維持較低的速度前進(jìn)時，轉(zhuǎn)向盤開始轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)角逐漸增大，駕駛員開始施加外力，增大轉(zhuǎn)矩，這時油壓反力室壓力上升，引發(fā)供油量增加，進(jìn)而提供助力。由于采用機(jī)械配合電子控制，其可靠性往往非常高，但受液壓系統(tǒng)先天條件限制，在使用過程中可能出現(xiàn)漏油、震動、穩(wěn)定性隨時間延長而降低等缺點(diǎn)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動助力系統(tǒng)的輸出助力與電極電流正相關(guān)，因此只需要探明該電流大小與轉(zhuǎn)矩-車速的關(guān)系急了。相較傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其操作更穩(wěn)定，輸出助力可隨時調(diào)節(jié)，經(jīng)濟(jì)節(jié)能而且空間占用小?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，該裝置在現(xiàn)階段使用廣泛，私家車中大部分轉(zhuǎn)向裝置都用到該系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述?1953年通用汽車公司在凱迪拉克和別克轎車上?次批量使用液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以來，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)給汽車的發(fā)展帶來了巨大的變化，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱力大大降低，轉(zhuǎn)向的靈敏性得到了提高。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在體積、價格和所消耗的功率等方面都取得了驚?的進(jìn)步。在20世紀(jì)80年代后期，?開發(fā)了變減速比、電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)?新都是基于液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，?法消除HPS系統(tǒng)在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的缺陷。直到1988年日本鈴木公司?次開發(fā)出一種全新的電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，才真正擺脫了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的束縛。電動助力轉(zhuǎn)向（ElectricpowerAidedsteering,簡稱EPS）系統(tǒng)是一種直接依靠電動機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是為了滿足?們對假釋輕便性的要求而產(chǎn)生的。它可以根據(jù)不同的使用工況控制電動機(jī)提供不同的輔助動力，這也符合當(dāng)前電控技術(shù)與汽車技術(shù)相結(jié)合的趨勢。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-WireSystem，SBWS）由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器（ECU）3個主要部分以及?動防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)向盤回正力矩電動機(jī)。其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖（通過測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞給主控制器;同時接收主控制器送來的力矩信號，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應(yīng)的路感信息。電動助力轉(zhuǎn)向EPS的原理電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用電動機(jī)作為助力源，根據(jù)轉(zhuǎn)向參數(shù)和車速等，由微機(jī)完成助力工作的，其原理可概述如下。不轉(zhuǎn)向時，電動機(jī)不工作；當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時，裝在轉(zhuǎn)向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷檢測轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩，并由此產(chǎn)生一個電壓信號，該信號與車速信號同時輸入電子控制器，由控制器中的微機(jī)根據(jù)這些輸入信號進(jìn)行運(yùn)算處理，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)向，調(diào)整轉(zhuǎn)向的輔助動力。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增矩后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個與工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。電子控制電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的核?是一個4kBROM和256kBRAM的8位微機(jī)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號和車速信號經(jīng)過輸入接口送入微機(jī)，隨著車速的提高，通過微機(jī)控制相應(yīng)地降低助力電動機(jī)電流，以減少助力轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號也被送入微機(jī)，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速時，由于供電不足，助力電動機(jī)和離合器不工作。點(diǎn)?開關(guān)的通斷（on/off）信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口送入微機(jī)，當(dāng)點(diǎn)?開關(guān)斷開時，電動機(jī)和離合器不能工作。微機(jī)控制指令經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送入電動機(jī)和離合器的驅(qū)動放大電路中，控制電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和離合器的結(jié)合。電動機(jī)的電流經(jīng)驅(qū)動放大回路、電流表A、A/D轉(zhuǎn)換接口反饋給微機(jī)，將電動機(jī)的實(shí)際電流與按微機(jī)指令應(yīng)給的電流相比較，調(diào)節(jié)電動機(jī)的實(shí)際電流，使兩者接近一致。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)階段的發(fā)展目前新興的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，雖然同樣采用電動機(jī)作為動力源，但卻根本不需要直接連接在方向盤與相應(yīng)車輪間，因此轉(zhuǎn)向過程不再受人力及機(jī)械穩(wěn)定性的影響，其穩(wěn)定性非常高。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：首先，地面反饋?zhàn)饔昧Σ粫绊懙今{駛員，大幅削減了長時間駕駛的疲勞感；其次，轉(zhuǎn)向無干涉，便于后續(xù)集成化；再次，轉(zhuǎn)向力矩可自動化調(diào)整，完全脫離了其它干擾；最后，進(jìn)一步減輕了車身重量，拓展了可使用車身空間。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展汽車的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代中期開始發(fā)展，其主要目的是提高汽車在高速行駛或側(cè)向風(fēng)力作用時的操縱穩(wěn)定性，改善在低速時的操縱輕便性，以及減小在停車場調(diào)車時的轉(zhuǎn)彎半徑。此外，在汽車高速行駛時還易于由一個車道向另一個車道調(diào)整。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)性能4WS車輛在高速行駛時，當(dāng)受到側(cè)風(fēng)或側(cè)向路面的干擾時，車身姿態(tài)變化不大，便于方向盤的校正。高速行駛時，后輪與前輪同相轉(zhuǎn)動，角度小。從方向盤到后輪的轉(zhuǎn)向時間很短，轉(zhuǎn)彎時車身姿態(tài)變化不大，即對目標(biāo)行駛路線的跟蹤性能良好。車身方向與實(shí)際行駛方向相差不大，高速行駛時有一種穩(wěn)定感。傳統(tǒng)的2WS汽車只在轉(zhuǎn)彎開始時轉(zhuǎn)動前輪。前輪轉(zhuǎn)動和后輪轉(zhuǎn)動之間存在時間差。在這個小時差中，由于后輪沒有側(cè)向力，因此車輪后部將向外偏移。對于4WS車輛，后輪的旋轉(zhuǎn)方向與前輪相同，因此后輪也會產(chǎn)生側(cè)向力，因此車身的側(cè)偏角很小，甚至為零。這樣，車輛可以平穩(wěn)地變換車道，從而提高車輛的操縱穩(wěn)定性。結(jié)束語隨著時代的發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的電子液壓動力轉(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)有三種。它們各自的特點(diǎn)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)的使用特點(diǎn)，并加以推廣。參考文獻(xiàn)[1]池保忠.微型車電動助力轉(zhuǎn)向控制策略的研究與設(shè)計[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版)，2011(01).[2]向丹，李玉