微型汽车转向系统设计

前言

100多年前，汽车刚刚诞生后不久，其转向操作是模仿马车和自行车的转向方式，用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转实现转向的。由于操纵费力且不可靠，以致时常发生车毁人亡的事故。

第一辆不用马拉的四轮汽车问世时，它已经吧前桥和前轮组成为了一总成。该总成别安装在枢轴上，可以绕前桥中心的一个点转动，利用一个杆柱连接前桥的中点，通过地板往上延伸，转向盘就紧固再杆柱上端，以此操纵汽车。

这种装置在汽车车速不超过马车的速度时，还是很好用的，但当车速提高后，驾驶员就要求提高转向的准确性，以减少轮胎的磨损，延长轮胎的使用寿命。后来他们发现，正在探索的这种理论在1817年就已经呗阐明了。

1817年，德国人林肯斯潘杰提出了类似于现代汽车的将前轮用转向节与前梁连接方式。（即改进转向器的想法）。他研制了一种允许汽车前轮在主轴上独立回转的结构—把车轮与转向节连接起来，转向节又用可转动的销轴与前轴连接，从而发明了转向梯形机构，并与第二年将其向英国政府申请专利的权力转让给了出版商、英籍德国人阿克曼。不久，阿曼克向英国专利局申请了“平行连杆式转向机构”专利。

1879年，法国四轮马车制造商杰特发明了第一个平行四边形转向联动机构。杰特的转向机构可以把转向中心点移向两侧。他把一根杆子与带有两个连接臂的转向节相连。当时称为转向臂和随动臂。杰特把转向柱的一端与转向臂连接，当转动转向柱时，通过转向臂和随动臂、横拉杆和车轮轴转动车轮，实现汽车转向。

1857年，英国的达吉恩蒸汽汽车是第一辆采用转向盘来实现汽车转向的机动车辆。

1872年苏格兰的查理士第一个把转向盘安装到煤气发动机车辆上。此前，想把转向盘安装到车辆上的多次尝试均未得到认可。

1878年，“现代汽车之父”、德国的卡尔·本茨在他的三轮乘坐车上首次采用了所谓的齿轮齿条式转向器，但却考一根操纵杆来控制汽车行使方向。

1886年，英国的弗雷德里克·斯特里克兰说服了他的朋友、汽车制造商雷克，把一个用于轮船上的转向柱和转向盘装到了一辆新的戴姆勒·弗顿敞蓬车上。斯特里克是以建造蒸汽机船为职业的，德雷克则是戴姆勒英国公司的领导人。后来，向大西洋两岸销售的每一辆戴姆勒·弗顿汽车都装上了舵柄（转向盘）。早期的那些试验，包括戴姆勒·弗顿敞篷汽车上的转向器都已消亡，因为高踞在垂直转向柱上短的转向盘的高度几乎已达到驾驶

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员眼睛的位置，因此，对任何一个人来说，驾驶这种车辆都会感到困难。

汽车转向盘是关系着驾驶员与乘客生命安危的重要部件，它控制着车辆的行使方向。早期的蒸汽汽车上安装的转向盘都心爱用垂直安装方式，专项通过向上或下旋转实现。这种安装方式不利于驾驶员操纵，也常常妨碍驾驶视线。这一切在1887年秋因一次意外事故而发生了改变。1887年，一辆戴姆勒·弗顿汽车呗送往英国考文垂的戴姆勒工厂作一次大修，当时汽车上的转向器仍能使用。大修需要把车身与底盘分离，当车身落到转向柱上，把转向柱崖城倾斜状态。当一个工人上车做到驾驶员座位上时，立即发现转向柱和转向盘的倾斜角使驾驶条件大为改善。这个偶然的发现，促成了戴妙勒·帕利生于1890年制成世界上第一辆转向柱与转向盘倾斜的汽车，从此，人类的汽车驾驶就踏上了更舒适、安全的旅程。此后，各国汽车公司纷纷效仿，使转向盘日臻完善并最终定性，于是转向盘就以现在的样子出现在我们的面前。

最早采用的传动减速机构蜗轮副，被安装在转向柱的末端。蜗杆驱动一个蜗轮，再有蜗轮副被装配在铸铁壳里，这个壳被固定在汽车的大桥梁上。基于蜗轮副的减速机构在汽车工业中应用已有很多年了，但还有两种结构是值得注意的。其中一种是于1908年投产的美国福特T型车采用的转向齿轮结构（行星齿轮转向器）。福特T型车装置了一套周转（或行星）轮系，把齿轮安装在减速器壳体内直接固定到转向盘的下方，行星齿轮盘直接驱动紧固在转轴上的主齿轮。这就把转向装置置于驾驶员的手下方，即转向柱的上端，而不是在转向柱的下端。

所谓“现在”齿轮齿条式转向器，是奔驰汽车于1885年首先采用的。这种形式的转向器同样也使用在1905年生产的凯迪拉克汽车和1911～1920年制造的许多其他型式的汽车上。

在20世纪初，汽车已经是一个沉重而又高速疾驰的车辆，充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接于转向节连接，所以转动车轮式很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路外。于是，降低转向操纵力的问题就变得赐教迫切了。

为了使转向操纵轻便，工程师设计了在转向盘和转向节之间安装齿轮减速机构的转向器。从那时起，转向机构就一直被这样沿用下来。

从1903年开始，助力辅助转向机构不断出现，多数是用在可车上。助力辅助转向机构中，有一些采用真空助力，还有一些是采用压缩空气助力。

1905年出版的《汽车时代》杂志谈到了哥伦比亚汽车的助力转向器。据说这总简单的

装置在车速为29公里/小时时，仍能使汽车保持不偏离路线。

1923年，美国底特律市的亨利·马尔斯为了减少蜗轮副和滚动轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支撑，这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种型式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器，目前仍被广泛地应用在美国和日本制造的汽车上。

1928年，弗朗西斯·戴维斯所研制成功并首次应用了液压助力辅助转向器。这种转向器由维克斯公司制造，该公司并制定了此项标准，26后为汽车工业所采纳。第二次世界大战时期，汽车转向虽然采用了转向器，但对其实施操纵仍然不是一键轻松的事。当汽车质量增大、转向费劲时，驾驶员要求能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种已经大约有3/4个世纪历史的助力辅助转向器。

1954年，凯迪拉克汽车公司首先把液压助力转向器应用于汽车上，助力专项的历史又回到了以前的道路。

早在第二次世界大战期间，较高级的助力转向系统就开始应用于各种军用车辆。20世纪50年代初期，由于出现了重型的汽车以及速度很高的高级小客车，指靠转向器本身的结构，既要是汽车转向操纵省力，又要灵活，显然已难以兼顾，于是把战争时期使用的助力转向器经过改进，使用在了中型汽车和高级小客车上。后来，因为得到普遍使用，在20世纪50年代末就研制出了质量小、结构紧凑、自行润滑的助力转向器。这种助力转向器使转向操纵十分省力，只要适当选择转向器传动比，就可以同时满足转向灵敏的要求。

1967年，美国的汤姆森制造了一辆四轮专项的印迪赛车，但未进行实际使用。

1981年，日本研制出能原地转向的汽车。他们在车身尾部下边装设了一直横向小车轮，只需按一下电钮就可使小车轮落地并把后轮抬起，在转动横向小车轮，汽车变以前轮为中心原地转向。

1985年，日本丰田公司的克雷西达汽车成了第一个采用计算机控制辅助转向系统的汽车产品，丰田公司称此系统为先进的动力齿轮齿条转向系。该机构在变速器力有个传感器，它可以监视车辆车速度，把信号输入计算机，计算机再根据此信号控制电磁液流控制阀，通过液压系统供给转向齿条高压动力油流。汽车在公路上高速行使使，转向需要的动力需要的动力较少，计算机液流控制阀降低油压，同时把转向器稳住，当停车或汽车低速行驶转向时，计算机液流控制阀提高油流压力，这就使得驾驶员很容易操纵转向盘。

1986年10月8日，日本本田汽车公司宣布，已研制出一种被称为4WS的四轮转向汽车。汽车转向盘转动的角度首先使前轮转向，同时经输出轴带动后转向机，使后轮与前轮同向或反向转动。