汽车转向技术发展状况分析

引言

汽车自19世纪末诞生至今100余年的时间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展，在人类近代文明史写下了的重要篇章。汽车是数量最多、最普及、活动范围最广、运输量最大的现代化交通工具。可以断言，没有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而深远的影响。

汽车，已从“没有马的马车”的雏形经过了无数的精心的雕琢而演化成精妙绝伦的高薪科技产品。近20年来，计算机技术、设计理论、测试技术、新型材料、工艺技术等诸方面的成就，不但改变了汽车的面貌，而且也是汽车产品的结构和性能焕然一新。汽车产品的现代化，首先是汽车操纵控制的电子化。在80年代初，电子设备还只占汽车成本的2﹪，而现在，在一些先进的汽车上，这个指标已经超过了15﹪。汽车上几乎每一个系统都可以采用电子装置改善性能和实现自动化。

近年来人们对汽车的安全性、舒适性和可靠性提出了更高的要求，特别是对主动安全性的有着很高的期望。转向系统是汽车主动安全性的最关键总成，所以对转向系统的研究显得尤为重要。而如何设计汽车的转向特性，使得汽车具有良好的操纵性能，始终是我们汽车技术人员、各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆的高速化、驾驶人员的非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计是十分重要的。

第一章转向系统概述

1.1汽车转向系统

汽车在行使过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行使方向，即所谓的汽车转向。就我们常见的轮式汽车而言，实现转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车的转向桥（一般是前桥）上的车轮（转向轮）相对于汽车的轴线偏转一定的角度。在汽车直线行使时，往往由于转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变原来的行使方向。此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行使方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系。因此，汽车转向系的功能是保证汽车按驾驶员的意志而进行转向行驶。

汽车转向系统可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系。机械转向系由驾驶员的体力作为转向能源，其中所有的传力件都是机械的。机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。动力转向系是兼用驾驶员的体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当能由驾驶员独立承担汽车的转向任务。因此，动力转向系统是在机械转向系统得基础上加设一套转向加力装置而形成的。

汽车转向系统是决定主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向系统的转向特性，使得汽车具有良好的操纵性能，始终是我们汽车技术人员、汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是近年来车辆的高速化、驾驶员的非职业化、车流的密集化的趋势，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵系统的设计显得尤为重要。

1.2 汽车转向系统的发展

转向系统是在车辆系统是必要的基本制度，通过方向盘司机操纵和控制汽车的方向旅行，以实现他的驾驶意图。在超过100年，汽车与机械和电子技术的发展和进步的产业。今天，汽车是不是单纯的机械感的汽车，它是机械，电子，材料等综合产品。转向系统随着汽车产业的发展后，长期的演变。

正如20世纪50年代，液压动力转向系统在汽车应用，标志着转向系统的开始。传统的汽车转向系统是机械系统，汽车转向系统的运转是由驾驶员操纵转向

盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向轮实现转向的，从20世纪40年代起，为了减轻驾驶员的体力负担，在机械转向系统的基础之上增加了液压助力转向系统（HPS），由于其工作的可靠、技术的成熟至今仍被广泛应用。近年来，由于电子技术的发展，传统转向系统中越来越多地采用电子元件。电液助力转向系统（EHPS）是在液压助力转向系统基础上发展起来的，其特点是液压助力泵式由电机驱动的，取代了传统的液压泵由发动机驱动的方式。由于驱动部分与发动机分离，减少了油耗，起到了节能的作用；驱动电机是由控制单元控制，因而助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性。电动助力转向系统（Electric power steering——EPS）是机械系统的基础上加入电动机作为动力源，电动助力代替了液压助力系统，与液压助力系统相比，除了节省能源外，由于取消了液压系统而节省了安装空间、提高了环保性能，

以上以机械转向系统为基础发展起来的各种转向系统改变了转向系统的力传递特性，有效地降低了驾驶员的体力负担，提高了汽车的稳定性。

汽车技术和电子技术的不断革新与进步使得汽车转向系统经历了机械式转向，液压助力转向，电控液压助力转向到如今的电动助力转向的发展历程。与目前汽车上较多采用转向系统相比，电动助力转向系统具有诸多优点。因此，电动助力转向已经成为汽车转向系统的发展趋势。

第二章汽车转向系统的各种类型及相关原理

2.1机械转向系统

机械转向系统是指以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机械3大部分组成。

机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。

2.1.1 机械转向机构的分类

通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。应用最广的两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向

力时)。在循环球式转向器中，输入转向圈与输出的转向摇臂摆角是成正比的；在齿轮齿条式转向器中，输入转向圈数与输出的齿条位移是成正比的。循环球式转向器由于是滚动摩擦形式，因而正传动效率很高，操作方便且使用寿命长，而且承载能力强，故广泛应用于载货汽车上。齿轮齿条式转向器与循环球式相比，最大特点是刚性大，结构紧凑重量轻，且成本低。由于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘，所以具有对路面状态反应灵敏的优点，但同时也容易产生打手和摆振等现象，且其承载效率相对较弱，故主要应用于小汽车及轻型货车上，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统

2.1.2 机械转向系统的工作原理

汽车转向时，驾驶员作用于转向盘上的力，经过转向轴(转向柱)传到转向器，转向器将转向力放大后，又通过转向传动机构的传递，推动转向轮偏转，致使汽车行驶方向改变。转向操纵机构是驾驶员操纵转向器工作的机构，包括从转向盘到转向器输入端的零部件。转向器就是把转向盘传来的转矩按一定传动比放大并输出的增力装置。