TRIZ技术进化在汽车转向系统的应用解析

王学军

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000)

TRIZ技术进化在汽车转向系统的应用解析

王学军

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000)

介绍了发明问题解决理论(TRIZ) 中的技术进化理论，包括技术进化法则及进化路线，应用“动态性和可控性进化法则”中的“向流体或场进化路线”，解析了汽车转向系统的技术进化历程及未来发展趋势。

发明问题解决理论；技术进化法则；技术进化路线；汽车转向系统

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-43-03

1、TRIZ技术进化理论

TRIZ发明问题解决理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。技术进化理论是TRIZ理论的核心内容之一，涵盖了各种产品核心技术的进化规律，即技术进化模式或进化法则，以及技术进化路线；并且在一个工程领域中总结出的进化模式或法则及进化路线可在另一个工程领域中实现，即技术进化模式或法则与进化路线具有可传递性。技术进化理论不仅能预测技术的发展，而且还能展现预测结果实现的产品可能结构状态，使产品开发具有可预见性，可引导设计者尽快发现新的核心技术，对于提高产品创新的成功率和缩短发明周期都具有重要意义和价值。

TRIZ技术系统八大进化法则分别是:（1）技术系统的S曲线进化法则；（2）提高理想度法则；（3）子系统的不均衡进化法则；（4）动态性和可控性进化法则；（5）增加集成度再进行简化法则；（6）子系统协调性进化法则；（7）向微观级和增加场应用的进化法则；（8）减少人工介入的进化法则。技术进化法则给出了技术进化的方向，每条法则之下有多条技术进化路线，每条技术进化路线由技术所处的不同状态构成，表明了技术进化由低级向高级进化的过程，提供了技术预测的功能。

2、技术进化路线在汽车转向系统的应用

应用技术进化法则与进化路线的过程为，根据已有产品的结构特点选择一种或几种进化法则, 之后从每种法则中选择一种或几种进化路线, 从进化路线中确定新的核心技术可能的结构状态。

根据汽车转向系统的结构特点需要满足更好的转向操控、布置更加紧凑和安全，选择技术进化法则中向动态性和可控性进化法则。动态性和可控性进化法则指组成技术系统的结构更加柔性化，以适应变化的性能需求、变化的环境条件及功能的多样性需求。增加柔性化的过程通常包含固定或刚性部件被活动或柔性部件代替的过程，即向流体或场进化路线:刚体-单铰链-多铰链-柔性体-液体/气体-场。

汽车转向系统按照“向流体或场进化路线”技术进化过程（见图1）主要历程有机械转向系统、液压助力转向系统（HPS）、电动助力转向系统（EPS）、线控转向系统。

2.1 机械转向系统

机械转向系统（见图2）主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构3部分组成。其中转向轴经历了刚性连接，该类转向很困难，并且在出现事故时转向轴很容易伤害到司机；为了改进系统，刚性轴由中间增加了一个十字轴铰接，后来发展成两个十字轴连接，此时转向盘可以适当调整，车轮的方向控制较容易；继续改进系统，将铰接换成柔性轴，这个改进过程完全按照“向流体或场进化路线”中的前四步技术进化。

2.2 液压助力转向系统HPS

液压助力转向系统HPS（见图3）是在传统机械转向系统基础上额外加装了一套液压助力系统，一般由油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀等组成。它以液压油为动力，通过液压泵产生的动力来推动机械转向器工作。液压助力系统降低了转向操纵力，转向更为灵敏，此系统改进即“向流体或场进化路线”中的第五步技术进化，液压助力系统即应用液体或气体模式。

2.3 电动助力转向系统EPS

电动助力转向系统EPS（见图4）是在传统机械转向系统的基础上，增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等。系统主要由电子控制单元ECU、扭矩传感器、车速传感器、电动机和转向柱总成等组成。其特点是使用电动执行机构在不同的驾驶条件下为驾驶员提供合适的助力，提高了操纵稳定性。此系统改进即“向流体或场进化路线”中的第六步技术进化，电动助力即应用“场”模式。

2.4 线控转向系统SBW （Steering by Wire)

线控转向系统SWB（见图5）是更新一代的汽车电子转向系统，也是应用“场”模式的进一步技术进化。线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。该系统具有2个电机:路感电机和驱动电机。路感电机安装在转向柱上，控制器根据汽车转向工况控制路感电机产生合适的转矩，向驾驶员提供模拟路面信息。驱动电机安装在齿条上，汽车的转向阻力完全由驱动电机来克服，转向盘只是作为转向系统的一个转角信号输入装置。

线控转向系统能够提高汽车被动安全性，消除了撞车事故中转向柱引起伤害驾驶员的可能性，有利于汽车设计制造，并能大大提高汽车的乘坐舒适性。但是由于转向盘和转向柱之间无机械连接，生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较困难；且电子器件的可靠性难以保证。所以线控转向系统目前处于研究阶段，只配备在一些概念汽车上。

3、汽车转向技术的发展趋势

助力转向系统经过几十年的发展，技术日趋完善。EPS以其特有的优越性代表着动力转向技术的发展方向，EPS将作为标准配置装备到汽车上，未来一段时间在动力转向领域占据主导地位；而SBW由于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因，将成为动力转向系统的发展方向。通过“向流体或场进化路线”中“场”模式的进一步成熟应用与发展，现在就可以预测“无线遥控转向”技术作为未来研究发展的一个方向。

4、结论

通过转向系统技术路线发展历程对照TRIZ“动态性和可控性进化法则”中的“向流体或场进化路线”，其进化过程是完全相符的。TRIZ技术进化理论、进化法则及进化路线会让技术人员知道技术系统是如何进化的，大大提高研发设计的技术创新能力，实践应用这种工具方法能够更好更快的研发出高质量高技术的创新产品。

[1] 檀润华.创新设计一TRIZ发明问题解决理论[M]．北京:机械工业出版社,2002.

[2] 杨清亮.发明是这样诞生的-TRIZ理论全接触[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3] 王常友.汽车转向系统的现状及发展趋势[J]．北京汽车,2007.3.

Technology evolution of TRIZin theapplicationofvehiclesteeringsystem

Wang Xuejun
（R&D Center of GreatWall Motor Company, Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Heibei Baoding 071000）

Introducethe theory of technology evolutionintheory of inventive problem solving(TRIZ)，Including the technicalevolution ruleandevolution route, Applications"Tothefluidandevolution route"of "Dynamic and controllable evolution rule", Analysis of the technologyevolutionprocess andthefuturedevelopment trend of the vehicle steeringsystem.

Theoryof inventive problem solving; Technical evolution rule; Evolution route; Vehicle steeringsystem

U463.4

A

1671-7988(2015)07-43-03

王学军，就职于长城汽车股份有限公司技术中心，从事汽车产品设计开发。