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汽车转向系统发展概述

汽车转向系统发展概述 2011年12月03日 来源： 转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进方向，从而实现自己的驾驶意图。 一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。 传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。 随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。 液压助力系统HPS（Hydraulic Power Steering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。 但同时液压助力系统也存在一些缺点： ◆ 在车辆设计制造完成后，车辆转向的助力特性不能改变。直接后果是，当助力特性偏向于低速助力时，汽车在低速段可以得到很好的助力，但是在高速段需要有较好路感的时候，由于助力特性不能调节，使得驾驶者没有较好的路感；当助力特性偏向于高速助力时，在低速段得不到很好的助力效果； ◆ 即使车辆不转向，液压系统也必须在发动机的带动下工作。其结果是，消耗发动机能量，增加油耗 ； ◆ 存在液压油泄漏问题，不仅对环境造成污染，而且容易使其他部件损坏； ◆ 在低温下，液压系统的工作性能比较差。

近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类 ：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转向ECHPS（Electronically Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。 虽然电液助力转向系统克服了液压助力转向的一些缺点。但是由于液压系统的存在，它一样存在液压油泄漏的问题，而且电液助力转向系统引入了驱动电机，使得系统更加复杂，成本增加，可靠性下降。 为了规避电液助力转向系统的缺点，电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。电动助力式转向系统一般由转矩传感器、微处理器、电动机等组成。基本工作原理是 ：当驾驶者转动方向盘带动转向轴转动时，安装在转动轴上的转矩传感器便将转矩信号转化为电信号并传送至微处理器，微处理器根据转矩信号并结合车速等其他车辆运行参数，按照事先在程序中设定的处理方法得出助力电动机助力的方向和助力的大小。自1988年日本铃木公司首次在其Cervo车上装备该助力转向系统至今，电动助力转向系统己经得到人们的广泛认可。 助力转向系统优点主要体现在以下几个方面： ◆ 电动助力转向系统能在不同车速下提供不同的助力特性。在低速行驶时，增加转向助力，使得转向更加轻便 ；在高速行驶时减少转向助力，甚至为了提高路感增加转向阻尼。 ◆ 电动助力转向系统只在转向时电动机才工作，为转向提供助力，因而能减少能耗。 ◆ 电动机由蓄电池供电，因此电动助力转向系统可以在发动机不工作的情况下工作。 ◆ 电动助力转向系统没有液压系统，与液压助力系统相比，装配自动化程度更高。而且电动助力转向系统可以通过改变微处理器中的助力程序算法，很容易实现助力特性的改变。 科学技术的发展总是日新月异的，传统的转向系均由转向操纵机构（方向盘）、转向器、转向传动机构三大部分组成。但是思想的火花总是能给人带来惊喜！电子转向系统SBW（Steering-By-Wire）的诞生颠覆了转向系三大部分的旧有观念，它用微控制器取代了转向传动机构，由三大部分变为了两部分。电子转向系统是汽车转向系统最为先进和前沿的技术之一。它主要由方向盘控制模块、转向执行模块以及微控制器三大模块组成。 方向盘控制模块的主要功能是通过转向力矩传感器检测驾驶员的转向意图，并将检测到的信号（包括旋转方向以及旋转速度等）通过总线传递给微控制器，然后微控制器根据此信号，并结合车速信号反馈给方向盘控制模块一个回正力矩，使得驾驶员能够感受到路感。但是这种路感是虚拟的，是开发人员根据千万次的试验数据综合起来，形成的“经验路感”，并以程序的形式固化在微控制器内的。因此它与车速、转向速率以及转向力矩的大小存在着某种对应关系。 转向执行机构包括转角传感器、转向电机、转向电机控制器等组成。它的功能是根据微控制器的控制命令，驱动转向执行电机旋转一定角度，完成转向动作。同时转角传感器监测转角的大小，反馈给微控制器，形成一个闭环控制系统，完成精确的转向动作。 微控制器是电子转向系统的核心。它接收检测信号，经过处理发送相应的控制信号。 由于微控制器取代了转向传动机构，因此各部件之间的机械连接减少了，使转向系统的响应速度和响应的准确性得以提高。而且可以对转向策略进行软件编程控制，实现传动比的任意设置 ；可与其他设备，如ABS、自动导航设备进行整合。传动机构的减少还带来了更大的汽车内部空间，给驾乘带来更大的乐趣。而且转向行为可以被软件记录下来，保存在EEPROM中，有助于以后进一步完善转向控制策略，甚至还可以为交通肇事提供证据。 汽车的安全问题一直是大众关注的焦点。转向系统与灯光系统的结合能给在夜间行驶的车辆带来更好的安全性。如上页左图所示，传统的车辆灯光系统是向车辆正前方直线照射的，如果行人在弯角处，驾驶者将很难发现弯角中的行人，极易造成交通事故。如果灯光系统与转向系统结合起来，如上图所示，当驾驶者在向右打方向盘的时候，灯光随着方向盘角度的变化而向右照射，弯道内侧照明更宽，照明范围更大，那么在道路弯角中的行人将很容易被发现。目前该项灯光照明技术已经在中档的雪铁龙凯旋、丰田凯美瑞上得到应用。 目前电子转向系统的可靠性和成本是阻挠其发展的主要因素。主要表现在如果微控制器出现问题，转向系统将完全失灵，其不像电动助力转向系统、电液助力转向系统，在电机或者液压系统出现问题时，还可以以人力来控制汽车。电子转向系统的微控制器出现故障的话，因为没有机械系统能连接方向盘和转向器，因此根本不可能控制汽车的转向。但是尽管如此电子转向系统依然是未来转向系统的发展方向之一。) (end)

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