汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢淺析獲獎科研報告

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢淺析獲獎科研報告摘

要：汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車控制行駛方向的核心系統(tǒng)，隨著汽車的發(fā)展其也經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，具體而言，主要有機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。隨著技術(shù)的進步，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)未來將向著智能化、自動化以及模塊化的方向發(fā)展。本文對其展開分析與研究。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng);線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng);現(xiàn)狀;工作原理;發(fā)展趨勢

引言

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是控制汽車行駛方向的核心系統(tǒng)，直接關(guān)系到汽車的操控性能與駕駛體驗。隨著社會的發(fā)展，世界上汽車保有量不斷上升，尤其是駕駛?cè)藛T的門檻進一步降低，汽車的性能進一步上升，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的易操作性與可控制性直接決定了汽車的安全性能。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來無人駕駛成為主流，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也必然走向自能化、自動化以及模塊化。

一、機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在汽車出現(xiàn)的初期，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是純粹的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于需要完全依靠人力控制汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，因此，為了滿足人力控制的需求，需要大直徑的方向盤提供足夠的扭矩配合駕駛員視線對汽車的控制。機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤占據(jù)的空間較大，且轉(zhuǎn)向較為笨拙，需要駕駛員擁有足夠的體力進行操作。特別是在重型汽車的使用上，轉(zhuǎn)向的阻力非常大，單靠駕駛員的力量無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作。因此其使用受到了一定的限制，但是機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性高、成本較低且結(jié)構(gòu)簡單，因此，現(xiàn)階段在微型車、農(nóng)用車等對操控性要求不高的汽車上仍有使用。

二、傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最早是由通用公司在1953首次使用的，其極大的降低了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的體積以及對駕駛員體力的要求，且在成本上做到了可控，因此獲得了極大的發(fā)展。在一段時間內(nèi)，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展與革新，基本上都是基于傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)，比如，在80年代后期，在傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上發(fā)展出了變減速比的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，之后具有代表性的是變流量泵液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)在汽車高速行駛時或者保持直線行駛時泵的流量會適當降低，可以有效降低不必要的功耗。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大減小了方向盤的體積，汽車駕駛室也變的更為寬敞，且汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操控性進一步增強，隨著該技術(shù)的成熟以及發(fā)展，其已經(jīng)應(yīng)用到了大部分的汽車上。但是傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的密封性、靈敏度以及磨損等方面存在一些不足。

三、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上發(fā)展而來的，其主要特點是采用了電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)向泵，其動力轉(zhuǎn)向器為電液助力轉(zhuǎn)向器。由于電機的轉(zhuǎn)速可以進行調(diào)節(jié)，在無需轉(zhuǎn)向時可以關(guān)閉，因此其可以有效節(jié)約不必要的能源損耗。電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性好，操縱感強，且具備較好的舒適性，在高速行駛時可以獲得較好的駕駛體驗。隨著電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主力。

四、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動主力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動轉(zhuǎn)向器最早在1988年在微型車上使用，隨著技術(shù)的成熟與發(fā)展，電動轉(zhuǎn)向器的性能與液力轉(zhuǎn)向器的性能逐漸接近，甚至逐漸超越社會對節(jié)能的需求，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛，且在大型車輛中的應(yīng)用越來越多。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以在運行中通過傳感器實時監(jiān)測轉(zhuǎn)向角、車速、轉(zhuǎn)向扭矩等數(shù)據(jù)，并將各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧羞M行分析處理，獲取準確的助力控制信號，因此其操作更為精準與方便。通過汽車的實際性能進行電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的集成化設(shè)計，可以有效提高其適應(yīng)性，比如針對大型車輛要提供足夠的軸向力等?，F(xiàn)階段主要的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下三種：齒條式電動轉(zhuǎn)向器（R-EPS）、柱式電動轉(zhuǎn)向器（C-EPS）以及齒輪式電動轉(zhuǎn)向器（DP-EPS）。相比于電液或者夜里助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對密封性的要求不高，且結(jié)構(gòu)較為簡單，不會產(chǎn)生漏油等污染環(huán)境的問題。在近年發(fā)展極快。現(xiàn)階段，國外的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展更為成熟，我國的產(chǎn)品還未打破技術(shù)壁壘。

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過電信號傳輸實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向的控制，可以根據(jù)汽車行駛的實時狀態(tài)與車速提供不同的助力效果，因此在低速時更靈活，高速時更平穩(wěn)，其主要的結(jié)構(gòu)部件有：轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、電動機、電子控制單元、電磁離合器以及減速機構(gòu)等構(gòu)成。

五、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)階段最新的汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，相比于其他的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其最大的改變就是將方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接去除了。因此，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要兩個電機進行協(xié)助完成轉(zhuǎn)向操作，即路感電機和驅(qū)動電機。在轉(zhuǎn)向柱上的是路感電機，其主要是根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)和實際情況模擬路面信息，為轉(zhuǎn)向柱提供合適的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機則安裝在齒條上，其主要的功能是接受轉(zhuǎn)向信號并克服汽車的轉(zhuǎn)向阻力，方向盤則是轉(zhuǎn)向信號的輸入裝置。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性較高，且結(jié)構(gòu)更為簡單，對空間的占用更小。但是現(xiàn)階段，電子元件的可靠性還有待提高，且由于無機械連接，導致駕駛員對路感的缺失，因此還未進行大規(guī)模應(yīng)用，主要在概念車上進行試用。

六、發(fā)展展望

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著汽車技術(shù)的進步一直在不斷的發(fā)展之中，在可預(yù)見的未來，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然是主流，新技術(shù)的發(fā)展依然是在助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上進行進步，而助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將進一步成熟，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能會因電子可靠性的提高而進入到實用之中。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也將更為智能化、自動化以及模塊化。綜合來看，主要有如下幾個發(fā)展方向：

（1）傳感系統(tǒng)將更加智能化與完善，傳感系統(tǒng)是未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心系統(tǒng)之一，其直接關(guān)系到了汽車對于自身狀態(tài)以及路面情況的感知效率和準確性，傳感系統(tǒng)的智能化將進一步促進無人駕駛技術(shù)的進步;

（2）控制策略的優(yōu)化，控制策略是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心技術(shù)，直接關(guān)系到了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，未來，控制策略必然將進一步優(yōu)化，