TRIZ技术进化在汽车转向系统的应用解析

潘任东

摘要：本文首先对汽车转向系统应用技术进化路线的方法进行了分析，之后阐述了汽车转向系统的发展过程，主要有机械转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统以及线控转向系统，最后对汽车转向技术的发展趋势进行了讨论，希望通过以上方面的分析阐述与讨论，能够为以后的研究工作提供一些参考。

关键词：TRIZ技术；汽车；转向系统

TRIZ技术进化理论对创造发明的内在原理和规律进行了非常成功的揭示，它能够对系统中存在的矛盾进行澄清和强调，它最终的目的是将存在的矛盾全部解决，获得理想解。技术进化理论是TRIZ核心理论的重要组成部分，它能够用进化法则或技术进化路线来揭示各种产品核心技术的进化规律。并且这种进化法则和进化路线适用于不同的领域和行业，具有可传递性的特点。技术进化理论一方面能够对技术的发展进行预测，另一方面还能够预见产品的开发，也就是把预测结果所实现的产品可能的结构状态进行全面的展现，这样能够引导相关的设计人员将新的核心技术尽快来的开发出来，这能够使发明周期有效的缩短，并使产品创新的成功率得到有效的提高。

动态性和可控性进化法则、提高理想度原则、增加集成度在进行简化法则、减少人工介入的进化法则、子系统协调性进化法则、技术系统的s曲线进化法则、向微观级和增加场应用的进化法则以及子系统的不均衡进化法则，这是TRIZ技术系统的八个进化法则。这八个进化法则能够对技术进化的方向进行明确，同时每条进化法则之下又有很多的技术进化路线，而技术所处的不同状态构成了不同的技术进化路线，这充分说明了技术的进化过程就是从低级到高级，从而也使技术预测成为了可能[1] 。

1.汽车转向系统应用技术进化路线的方法

技术进化法则和技术进化路线具体应用方法为：首先要选择产品的进化法则，选择产品的进化法则主要是依据已有产品的结构特点，在确定好一种或者几种进化法则后就可以明确具体的进化路线，具体的进化路线从进化法则中选择，每一种进化法则都会有一种或者几种不同的进化路线，而新的核心技术可能存在的结构状态就在蕴含在进化路线之中。

根据以上的步骤在汽车转向系统中应用技术进化路线的方法具体的步骤为：首先，要选择产品的进化法则，这样就需要对已有产品的特点进行分析，从汽车转向系统的特点来看，它需要更强的转向操控性和安全性，并且转向系统应该布置的更加紧凑，这样进化法则就可以选择可控性和动态性，这两个进化法则就是指要组成更加柔性化的技术系统的结构，这样对于环境条件的变化、多样性的功能需求以及性能需求的变化才能更好的适应。对技术系统的柔性化改造一般包含用柔性或活动部件代替传统的刚性或固定的部件，也就是向流体或者场的方向进化，也就是由刚体发展到单铰链，之后再发展到多铰链，然后发展到柔性体，之后是液体或者气体，最终进化为“场”。按照这个过程，汽车的转向系统到目前为止一共经历了四个过程：第一个阶段是出现的最早的转向系统即机械转向系统；第二个阶段是HPS也就是液压助力转向系统；第三个阶段是EPS即电动助力转向系统；第四个阶段是线控转向系统。

1.1机械转向系统

第一个阶段的机械转向系统主要由三个部分组成，分别是转向操纵机构、转向器以及转向传动机构。机械转向系统中的转向轴最初采用的是刚性连接，刚性连接在转向的过程中非常的不方便，而且如果车辆发生了交通事故，那么刚性连接的转向轴很容易使司机受到伤害。在这种情况下为了使转向系统得到改进，能够更加方便的进行转向并在一定程度上保护司机，于是就将一个十字轴铰链安装在了刚性轴的中间，后来有单铰链连接进一步发展成了双铰链连接，这样就可以在一定程度上调整转向盘，能够更加容易的控制车轮的方向。这只是进化过程中的一小步，在此基础上应当对转向系统进行进一步的改进用柔性轴代替铰链连接[2] 。

1.2液压助力转向系统

液压助力转向系统也就是HPS，它主要由六个部分组成，分别是供油装置、控制阀、助力装置、油泵、油管以及V形带轮。实际上液压助力转向系统就是将一套液压助力系统加装在了以往的机械转向系统上，液压油是这个系统的动力源，它能够使液压泵产生動力，之后机械转向器受到液压泵的推动开始进行相关的工作。液压助力系统能够使转向操纵力大大降低，这样汽车在行进的过程中就能够更加灵活的进行转向，这也是汽车转向系统应用液体或者气体的具体体现。

1.3电动助力转向系统

电动助力转向系统也就是EPS，它主要由五个部分组成，分别是电动机、扭矩传感器、转向柱总成、电子控制单元ECU以及车速传感器。电动助力转向系统实际上就是将电子控制装置、转向助力结构以及传感器等安装在经过改造的以往的机械转向系统上，这个系统的电动执行机构可以根据驾驶条件的变化随之进行助力的变化，随时为驾驶人员提供最合适的助力，从而使汽车转向系统的操纵稳定性得到了有效的提高。这也是汽车转向系统应用“场”的具体体现。

1.4线控转向系统

线控转向系统就是SWB，这种系统实际上是“场”模式的进一步发展，也是目前最为先进的汽车转向系统。线控转向系统将转向轮之间的机械连接以及转向盘都取消了，这是与以上三种转向系统的本质区别。这个系统有驱动电机和路感电机两个不同的电机，转向轴上安装的是路感电机，根据汽车的转向工况控制器能够控制路感电机使产生的转矩更加的合理，从而将模拟路面信息提供给驾驶员。齿条上安装的是驱动电机，这样仅需驱动电机就能够完全克服汽车的转向阻力，而转向盘的作用只是输入转角信号。线控转向系统能够使汽车的被动安全性得到有效的提高，并且还能够有效的避免驾驶员在事故中受到转向柱的伤害。但是因为没有机械连接转向柱和转向盘，驾驶员就很难感觉到真实的路面状况和汽车实际的行驶状态，另外还有一个问题就是目前还难以确切的保证电子器件的可靠性。实际上线控转向系统并没有进行广泛的推行，目前只是安装在概念车上进行试验和研究[3] 。

2.汽车转向技术的发展趋势

在经过数十年的发展后，助力转向系统的技术越来越完善。电动助力转向系统的优越性非常明显，当前汽车上基本都是配备的电动助力转向系统，这种系统在动力转向领域的主导地位就目前的实际情况来看在今后的一段时间内不会发生大的改变。但是线控转向系统能够使能够使汽车的被动安全性、操控稳定性以及乘坐舒适度得到有效的提高，对汽车的设计制造业非常的有利，从这些显着的优势来看线控转向系统将引领未来动力转向系统的发展方向。从汽车转向系统对“场”模式的应用和发展的趋势来看，未来转向系统的研究发展方向应该是无线遥控转向。

结束语

综上所述，根据汽车转向系统的特点所应用的TRIZ可控性和动态性法则中的向流体或场进化的路线完全符合汽车转向系统的发展过程。要明确技术系统的进化方向，相关的技术人员就要理解和掌握TRIZ技术进化理论，这样能够使研发设计的创新能力得到有效的提高，而这种工具方法的应用和实践则能够使高质量高技术的创新产品能够更好更快的研发出来。

参考文献：

[1] 王学军.TRIZ技术进化在汽车转向系统的应用解析[J].汽车实用技术，2015（7）：43-44.

[2] 杨易，高升辉，朱向阳，等.基于TRIZ创新理论的机车转向架一系轴箱拉杆装置研究[J].科技创新与应用，2017（11）：20-21.

[3] 张换高，王炎，刘力萌，等.基于TRIZ理论的产品平台进化研究[J].机械设计与研究，2017（4）：9-13.

（作者单位：耐世特汽车系统（柳州）有限公司）