汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展歷史

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車上的重要構(gòu)件，其性能的好壞直接決定汽車操縱穩(wěn)定性能的好壞,，作為人與汽車之間的重要連接工具,，它隨著汽車整體的發(fā)展和新技術(shù)的出現(xiàn)而推陳出新，改善了駕駛員的駕駛環(huán)境,。
1,、機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
機(jī)械轉(zhuǎn)向系是以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源,，其中所有傳力件都是機(jī)械，其廣泛應(yīng)用于早期汽車以及現(xiàn)代的簡(jiǎn)易車輛上,。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在1885 年被應(yīng)用在“本茨”汽車上,。因?yàn)槠渚哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,，質(zhì)量輕,，剛性大，轉(zhuǎn)向靈敏,，制造容易,，成本低，正,、逆效率都高的特點(diǎn),，被廣泛應(yīng)用于輕型車輛上。例如：紅旗CA7220 型轎車,，天津TJ1010型微型轎車,。
循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是國(guó)內(nèi)工廠采用較多的轉(zhuǎn)向器，它具有傳動(dòng)效率高（正傳動(dòng)效率高達(dá)90%~95%）,，嚙合平穩(wěn),、剛性好、轉(zhuǎn)向輕便,、靈活的優(yōu)點(diǎn),，被廣泛應(yīng)用于各類各級(jí)汽車上。例如：
解放CA1040 型系列輕型載貨汽車,，北京BJ1041輕型載貨汽車等,。
蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器通常用于轉(zhuǎn)向力較大的載貨汽車和拖拉機(jī)上。例如：東風(fēng)EQ1090E型汽車,，豐收-300 型拖拉機(jī)等,。
機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從汽車誕生到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了100 多年的發(fā)展，結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新使得現(xiàn)在的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更穩(wěn)定,、更易操作,、更安全。
2,、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然具有工作可靠,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低的優(yōu)點(diǎn),，但在操作拖拉機(jī)等大型車輛時(shí),，往往會(huì)使人感到疲勞，操作不靈敏,。為了追求更加輕便的操作方式,，充分發(fā)揮助力轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)勢(shì),，車輛上出現(xiàn)了機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向、電液助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),。
2.1 機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系HPS（Hydraulic PowerSteering）
液壓助力轉(zhuǎn)向是利用液壓傳力的原理,，駕駛員只需要對(duì)機(jī)械作用一個(gè)較小的力就能在轉(zhuǎn)向輪上產(chǎn)生一個(gè)較大的效果。
與傳統(tǒng)機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,，機(jī)械式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容易安裝,，布置靈活，整個(gè)原件幾乎沒(méi)有需要潤(rùn)滑的部分,，不存在磨損問(wèn)題,，保養(yǎng)簡(jiǎn)單，且其轉(zhuǎn)向力是由液壓產(chǎn)生,，因此可以實(shí)現(xiàn)助力；但是無(wú)論駕駛員轉(zhuǎn)向與否,，液壓系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài),，低溫工作性較差。
機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用在不同車輛上有幾種不同的類型,，如并聯(lián)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖1）,、串聯(lián)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖2）、分置式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖3）,。
近年來(lái),，機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向在國(guó)外得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。美國(guó)查爾林恩公司,、丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的種奧爾比特全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，英國(guó)的裴麗斯公司生產(chǎn)的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，美國(guó)若斯公司生產(chǎn)的新型全液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等,，都是基于液壓技術(shù)發(fā)展起來(lái)的,。
2.2 電液助力轉(zhuǎn)向系EHPS（Electric Hydraulic PowerSteering）
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)以電子技術(shù)為指導(dǎo)的電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)成為一個(gè)新的發(fā)展方向,。
電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是從液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展而來(lái),，該系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向泵，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào),、可以即時(shí)關(guān)閉,，所以也能夠起到降低功率消耗的功效；但是它沒(méi)有解決液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在系統(tǒng)布置,、安裝,、密封性、操縱靈敏度,、能量消耗,、磨損與噪聲等方面的缺陷,，同時(shí)也存在著液壓油泄漏，不便安裝維修和檢測(cè)的缺點(diǎn)（圖4 和圖5 分別為電液助力轉(zhuǎn)向的工作原理圖和實(shí)物圖）,。
電子液壓助力從20 世紀(jì)90 年代后期開(kāi)始逐漸普及,，福特、大眾,、豐田,、本田、馬自達(dá),、標(biāo)致,、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統(tǒng)的車型。馬自達(dá)3,、凱旋等車型使用的都是這樣的系統(tǒng),。但是，電液助力成本高,、助力力度有限,、可靠性不及機(jī)械液壓助力，所以電液助力轉(zhuǎn)向無(wú)法取代機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向,。
2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS（Electric Power Steering）
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，它是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加信號(hào)傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等,。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,，安裝方便，在調(diào)整和檢測(cè),、裝配自動(dòng)化方面有明顯的優(yōu)勢(shì),；零件較少，質(zhì)量較輕,，與機(jī)械轉(zhuǎn)向系和液壓助力轉(zhuǎn)向相比具有較低噪聲,；而且電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)Νh(huán)境影響小，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向中的滲油問(wèn)題,，低溫工作性較好,；電控助力轉(zhuǎn)向目前還處于開(kāi)發(fā)階段，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究,。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩施加位置和機(jī)械結(jié)構(gòu)不同,，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向可分為管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、小齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向3 類,。管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（C-EPS）如圖6 所示,，助力電機(jī)安裝于轉(zhuǎn)向管柱上，電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)向管柱上；齒輪式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（P-EPS）如圖7 所示,，助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)布置在轉(zhuǎn)向齒輪上,，電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)向齒輪上；齒條式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（R-EPS）如圖8 所示,，助力電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)布置在轉(zhuǎn)向齒條上,，電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)向齒條上[4]。
1988 年2 月日本鈴木公司在其Cervo 車
上裝備汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向,。在此之后,，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向技術(shù)迅速發(fā)展。大發(fā),、三菱,、本田、德?tīng)柛Ｆ囅到y(tǒng)公司先后研制出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并裝配在其產(chǎn)品上,。當(dāng)前電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向已經(jīng)在輕型車上得到應(yīng)用,，其性能已經(jīng)得到人們的普遍認(rèn)可，隨著直流電機(jī)性能的改進(jìn),，電動(dòng)助力能力的提高,，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬。
3,、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steer-by-wire）
汽車線控技術(shù)是將駕駛員的操縱動(dòng)作經(jīng)過(guò)傳感器變成電信號(hào)，通過(guò)電纜直接傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)的一種系統(tǒng)[5],。作為目前先進(jìn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),，它幾乎具備了機(jī)械轉(zhuǎn)向、助力轉(zhuǎn)向的所有優(yōu)點(diǎn),，成為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中令人耳目一新的技術(shù),。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)具有轉(zhuǎn)動(dòng)效率高，響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn),，能根據(jù)車速,、牽引力等參數(shù)實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)向比率，提高了汽車碰撞安全性和整車主動(dòng)安全性,，具有良好的操縱性,，但是目前這一技術(shù)主要應(yīng)用在概念車上。
德國(guó)奔馳公司在1990 年開(kāi)始了前輪線控轉(zhuǎn)向的研究,，并將它開(kāi)發(fā)的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用于概念車F400Carving 上,。隨后， Daimler-Chrysler 推出線控驅(qū)動(dòng)概念車R129,。這項(xiàng)控制技術(shù)被列為2000 年汽車新技術(shù)之一,。美國(guó)通用汽車公司展示了概念車“Autonomy”，并在Autonomy 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了首輛可駕駛的線控燃料電池車Hy-Wire 概念車,。2003 年,，豐田也展示了采用線控技術(shù)的Fine-S 燃料電池概念車,；在2005 年北美車展上，通用推出了新一代氫燃料電池和線控技術(shù)概念車Sequel[6],。隨著電子元件成本的降低,、電源技術(shù)的發(fā)展以及可靠性和控制算法的提高，線控轉(zhuǎn)向技術(shù)以及其他線控技術(shù)會(huì)在不久的將來(lái)全面替代傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng),。