汽車轉向系統(tǒng)基礎技術資料（中英文）一、引言汽車轉向系統(tǒng)是車輛操控安全與駕駛體驗的核心支撐，其性能直接決定轉向精準度、行駛穩(wěn)定性及人機交互質感。從早期純機械結構到融合電子控制的智能轉向方案，技術迭代始終圍繞“安全冗余、能效優(yōu)化、體驗升級”的目標推進，成為整車智能化、電動化轉型的關鍵環(huán)節(jié)。二、轉向系統(tǒng)技術分類與工作原理（一）機械轉向系統(tǒng)（ManualSteeringSystem）作為最基礎的轉向架構，機械轉向完全依賴駕駛員手部力量，通過轉向器與傳動機構將力矩傳遞至車輪。其核心優(yōu)勢在于結構簡潔、可靠性強，極端工況下（如電子系統(tǒng)失效）仍能維持基本轉向功能。典型結構包括：齒輪齒條式轉向器：通過齒輪與齒條的嚙合，將方向盤的旋轉運動轉化為轉向橫拉桿的直線運動，推動車輪偏轉。結構緊湊、響應直接，廣泛應用于乘用車。循環(huán)球式轉向器：通過鋼球在螺桿與螺母間的循環(huán)滾動降低摩擦，承載能力突出，多用于重載商用車或硬派越野車型，但體積偏大、路感反饋相對模糊。（二）液壓助力轉向（HydraulicPowerSteering,HPS）為緩解機械轉向的操作力負擔，液壓助力系統(tǒng)通過發(fā)動機驅動的液壓泵建立油壓，助力缸根據(jù)轉向力矩需求提供輔助推力。系統(tǒng)包含儲液罐、助力泵、轉向控制閥、助力缸及管路：駕駛員轉動方向盤時，轉向閥改變油路走向，高壓油推動助力缸活塞，放大轉向力矩。HPS曾主導傳統(tǒng)燃油車市場，但存在能耗高（液壓泵常處于工作狀態(tài)）、助力特性固定（無法動態(tài)適配工況）等局限，正逐步被電動方案替代。（三）電動助力轉向（ElectricPowerSteering,EPS）EPS以電機直接提供助力，擺脫了對發(fā)動機動力的依賴，具備能耗低、助力特性靈活可調的核心優(yōu)勢。系統(tǒng)由扭矩傳感器（感知轉向意圖）、車速傳感器、ECU（電子控制單元）、助力電機及減速機構組成：ECU根據(jù)扭矩、車速等信號計算助力扭矩，驅動電機通過減速箱（如蝸輪蝸桿、行星齒輪）輔助轉向器工作。按電機布置位置，EPS可分為三類：柱式（P-EPS）：電機集成于轉向柱，適配小型車或改裝需求，成本較低但助力能力有限。齒輪齒條式（R-EPS）：電機與轉向器集成，助力響應快、效率高，是主流乘用車的首選方案。小齒輪式（C-EPS）：電機布置于小齒輪端，結構緊湊，多用于空間受限的車型（如新能源汽車）。（四）線控轉向（Steer-by-Wire）線控轉向徹底取消機械連接，通過傳感器、控制器、執(zhí)行器的電子通信實現(xiàn)轉向指令傳遞：方向盤端的轉向意圖傳感器（角度、扭矩傳感器）將信號發(fā)送至中央控制器，后者計算后驅動車輪端的轉向執(zhí)行器（電機+減速機構）偏轉車輪。該技術消除了機械傳動的遲滯與非線性，可實現(xiàn)“可變轉向比”“自動駕駛冗余轉向”等創(chuàng)新功能，但需通過ASIL-D級功能安全設計（如雙冗余傳感器、控制器）確?？煽啃裕壳霸诟叨酥悄茈妱榆嚕ㄈ缥祦鞥T7、奔馳EQS）中逐步量產。三、核心部件技術解析（一）轉向器（SteeringGear）轉向器是力與運動轉換的核心，決定轉向效率與路感反饋：齒輪齒條式：結構緊湊、響應直接，齒條與橫拉桿直接連接，轉向力傳遞效率高，但需匹配助力系統(tǒng)降低操作力，是乘用車市場主流。循環(huán)球式：通過鋼球循環(huán)實現(xiàn)螺桿-螺母的低摩擦傳動，承載能力強，多用于商用車或硬派越野車型，但體積較大、路感反饋相對模糊。線控轉向器：集成電機與執(zhí)行機構，需滿足毫秒級響應與故障安全設計，是未來智能化的核心載體。（二）轉向柱（SteeringColumn）轉向柱承擔方向盤與轉向器的動力傳遞，兼顧安全與舒適性：可潰縮式轉向柱：碰撞時通過機械結構潰縮，吸收能量以保護駕駛員，是法規(guī)強制要求的安全配置。可調式轉向柱（電動/手動）：允許駕駛員調節(jié)方向盤的高度與傾角，提升人機工程體驗，高端車型還集成電動助力電機（P-EPS）或轉向角度傳感器。（三）助力控制單元（EPS的“大腦”）EPS的ECU需實時處理扭矩、車速、溫度等多傳感器信號，通過算法輸出助力扭矩指令。算法設計需平衡“轉向輕便性”與“路感反饋”：低速時提供大助力降低parking難度，高速時減小助力并增強路感，確保行駛穩(wěn)定性。此外，ECU需具備故障診斷與失效保護能力：傳感器故障時切換至“跛行模式”，維持基本轉向功能；電機故障時通過機械結構（如離合器）切換至純手動模式。四、性能設計與工程考量（一）轉向特性與駕駛體驗轉向靈敏度：轉向盤轉角與車輪偏轉角的比例需合理，過輕易導致“發(fā)飄”，過重則增加操作負擔。運動車型傾向小轉向比（如14:1）以提升操控響應，家用車傾向舒適型轉向比（如16:1）降低操作力?；卣裕恨D向后車輪自動回正的能力，依賴于主銷后傾角、車輪外傾角的幾何設計，以及助力系統(tǒng)的回正力矩補償（如EPS通過電機反向力矩輔助回正）。路感反饋：駕駛員通過方向盤感知路面信息（如顛簸、抓地力變化）的能力。傳統(tǒng)HPS路感偏模糊，EPS可通過算法優(yōu)化路感傳遞（如扭矩傳感器采集路面反作用力，反饋至方向盤）。（二）可靠性與安全設計耐久性：轉向系統(tǒng)需承受百萬次以上的轉向循環(huán)，部件（如齒輪齒條、助力泵/電機）需通過臺架試驗驗證磨損、疲勞壽命（如模擬-40℃~125℃的溫度循環(huán)、鹽霧腐蝕等工況）。故障安全：EPS需滿足ISO____功能安全要求，關鍵部件（如電機、ECU、傳感器）采用冗余設計（如雙ECU、雙扭矩傳感器），確保單一故障下系統(tǒng)仍能維持安全轉向能力。NVH控制：嚴格控制轉向系統(tǒng)的異響（如齒輪嚙合聲、電機嘯叫）、振動。通過優(yōu)化齒輪精度（如模數(shù)、壓力角）、增加隔振襯套、設計低噪聲電機（如采用正弦波驅動）等手段實現(xiàn)。五、技術發(fā)展趨勢（一）智能化升級自適應助力：結合駕駛員習慣（通過扭矩傳感器學習）、車輛狀態(tài)（如載荷、路面附著系數(shù)）動態(tài)調整助力特性，實現(xiàn)“千人千面”的轉向體驗（如女性駕駛員獲得更輕便的轉向手感，運動模式下增強路感反饋）。自動駕駛協(xié)同：線控轉向與自動駕駛系統(tǒng)深度融合，支持L3+級自動駕駛的“冗余轉向”（如雙電機、雙ECU），并可通過OTA升級轉向算法（如優(yōu)化高速過彎的穩(wěn)定性策略）。（二）輕量化與集成化材料創(chuàng)新：轉向器殼體采用鋁合金、鎂合金替代鑄鐵，降低重量（如某車型轉向器減重30%）；轉向柱采用高強度鋼與塑料復合結構，兼顧強度與輕量化。系統(tǒng)集成：將EPS的電機、ECU、減速箱集成于轉向器（如“One-Box”式EPS方案），減少布線與安裝空間，提升整車布置效率（如為電池包騰出更多空間）。（三）線控轉向的商業(yè)化突破線控轉向逐步突破法規(guī)與成本瓶頸，通過雙冗余傳感器、多通道通信（如CANFD+以太網）確保安全，在高端電動車中實現(xiàn)量產。未來將向中低端車型滲透，推動轉向系統(tǒng)從“機械連接”向“電子智能”轉型，成為自動駕駛時代的核心執(zhí)行層技術。---AutomotiveSteeringSystem:FundamentalTechnicalInformation1.Introduction2.ClassificationandWorkingPrinciplesofSteeringSystems(1)ManualSteeringSystemAsthemostbasicsteeringarchitecture,manualsteeringreliesentirelyonthedriver’shandforcetotransmittorquetothewheelsthroughthesteeringgearandtransmissionmechanism.Itscoreadvantagesincludesimplestructureandhighreliability,maintainingbasicsteeringfunctionseveninextremeconditions(e.g.,electronicsystemfailure).Typicalstructuresinclude:(2)HydraulicPowerSteering(HPS)Toreducetheoperatingforceofmanualsteering,theHPSusesanengine-drivenhydraulicpumptobuildoilpressure,withthepowercylinderprovidingauxiliarythrustbasedonsteeringtorquedemand.Thesystemincludesareservoir,powerpump,steeringcontrolvalve,powercylinder,andpipelines:whenthedriverturnsthesteeringwheel,thesteeringvalvechangestheoilpath,andhigh-pressureoilpushesthepowercylinderpistontoamplifythesteeringtorque.Oncedominantintraditionalfuelvehicles,HPShaslimitationssuchashighenergyconsumption(thehydraulicpumpalwaysoperates)andfixedassistcharacteristics(unabletodynamicallyadapttoworkingconditions),andisgraduallybeingreplacedbyelectricsolutions.(3)ElectricPowerSteering(EPS)EPSprovidesassistdirectlyviaamotor,eliminatingdependenceonenginepowerandofferingcoreadvantagesoflowenergyconsumptionandflexibleassistcharacteristics.Thesystemconsistsofatorquesensor(tosensesteeringintention),vehiclespeedsensor,ECU(ElectronicControlUnit),assistmotor,andreductionmechanism:theECUcalculatestheassisttorquebasedonsignalssuchastorqueandvehiclespeed,anddrivesthemotortoassistthesteeringgearviaareductiongearbox(e.g.,wormgear,planetarygear).Basedonthemotor’sinstallationposition,EPSisclassifiedintothreetypes:Column-type(P-EPS):Themotorisintegratedintothesteeringcolumn,suitableforsmallcarsormodificationneeds,withlowcostbutlimitedassistcapacity.Rack-type(R-EPS):Themotorisintegratedwiththesteeringgear,withfastassistresponseandhighefficiency,thepreferredsolutionformainstreampassengercars.(4)Steer-by-WireThistechnologyeliminatesthehysteresisandnonlinearityofmechanicaltransmission,enablinginnovativefunctionssuchas"variablesteeringratio"and"autonomousdrivingredundantsteering."However,itrequiresASIL-Dfunctionalsafetydesign(e.g.,dual-redundantsensors,controllers)toensurereliability,andisgraduallybeingmass-producedinhigh-endintelligentelectricvehicles(e.g.,NIOET7,Mercedes-BenzEQS).(1)SteeringGearThesteeringgearisthecoreofforceandmotionconversion,determiningsteeringefficiencyandroadfeelfeedback:Steer-by-WireType:Integratesamotorandactuator,requiringmillisecond-levelresponseandfault-safedesign,thecorecarrieroffutureintelligence.(2)SteeringColumnCollapsibleSteeringColumn:Collapsesviamechanicalstructureduringacollisiontoabsorbenergyandprotectthedriver,asafetyconfigurationmandatedbyregulations.AdjustableSteeringColumn(electric/manual):Allowsthedrivertoadjustthesteeringwheel’sheightandtiltangle,enhancingergonomicexperience.High-endmodelsalsointegrateanelectricpowermotor(P-EPS)orsteeringanglesensor.(3)PowerControlUnit(The"Brain"ofEPS)Inaddition,theECUmusthavefaultdiagnosisandfail-safecapabilities:switchto"limpmode"whenasensorfailstomaintainbasicsteeringfunctions;switchtopuremanualmodeviaamechanicalstructure(e.g.,clutch)whenthemotorfails.4.PerformanceDesignandEngineeringConsiderations(1)SteeringCharacteristicsandDrivingExperienceRoadFeelFeedback:Thedriver’sabilitytoperceiveroadinformation(e.g.,bumps,gripchanges)viathesteeringwheel.TraditionalHPShasvagueroadfeel,whileEPScanoptimizeroadfeeltransmissionviaalgorithms(e.g.,thetorquesensorcollectsroadreactionforcesandfeedsthembacktothesteeringwheel).(2)ReliabilityandSafetyDesignNVHControl:Strictlycontrolthesteeringsystem’snoise(e.g.,gearmeshing,motorwhine)andvibration.Achievedviameanssuchasoptimizinggearprecision(e.g.,module,pressureangle),addingvibrationisolationbushings,anddesigninglow-noisemotors(e.g.,usingsinewavedrive).5.TechnologicalDevelopmentTrends(1)IntelligentUpgradesAdaptiveAssist:Dynamicallyadjustassistcharacteristi