汽车转向系统的关键技术与发展探析

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1 汽车转向系统概述

在转向盘刚被装配到汽车上时，转向柱是和地面垂直的，这就使得驾驶员在驾驶汽车时必须站立才能有良好的视野和轻便的操纵感觉。这个问题在1897 年得到解决，在这一年，戴姆勒工厂的一名工人意外地发现转向柱与方向盘之间的倾斜会使视野更加开阔，后来经过多次的改良，DaimlerParirian 制成了第一辆转向柱与方向盘倾斜的汽车。至此，机械式转向系统才正式走向成熟。具体图1所示。

图1 转向原理图

通过图示可知，转动中心 O 处于后轴中心线的延长线上，且左、右两前轮也需围绕中心点 O 做圆周运动，左、右前轮偏转角关系见式 1。

ctgα=ctgβ+B/L

车轮转弯半径是指：转动中心 O 与外转向轮与地面接触点的距离，在理想情况下，最小转弯半径Rmin 与Rmax 的关系为：

2 汽车转向系统的关键技术

2.1 机械转向关键技术

机械转向是汽车转向系统最早阶段，这种转向系统最初主要由一级齿轮传动机构、转向拉杆等组成，应用时驾驶人员可以通过对转向拉杆进行左右操作，带动汽车车轮角度发生变化，此时即完成了汽车的转向[1]。而随着机械转向的逐渐深入，开始出现了一些更加复杂的机械转向机构，例如循环球式、齿轮齿条式，其中循环球式的主要核心为：螺杆螺母间一组循环使用的滚球，这种转向方式与最早期方式相比，具有更高的正传动效率，同时兼具操作简单、耐久性良好、承载力大的优点，当时主要应用在大承重类车辆当中（例如货车）。

2.2 液压助力转向系统关键技术

液压助力转向系统采用液压作为动力，实际操作中转向动作依旧是通过驾驶员来控制完成，但作用于转向机构上的动力能源由完全依靠人力改为由动力装置提供，一定程度上降低了驾驶员的劳动强度[2]。转向液压泵安装在汽车发动机上，由曲轴通过皮带驱动向外输出油压，转向油杯有进、出油管接头，通过油管分别和转向液压泵和转向控制阀连接。

2.3 电动助力转向系统

电液助力转向系统在液压助力转向系统的基础上增加了传感器、转向控制单元等，传感器的运用将车速引入到转向系统，转向控制单元的运用使电液助力转向系统根据不同的行车状态来控制电动机，从而控制电动液压泵的输出来达到控制整个转向系统动作的目的。电液助力转向系统主要包括电动机、控制器、转角传感器、齿轮泵、储油罐和转向机等，其中储油罐、齿轮泵、电机、转向控制单元集成一体，通过 CAN 与整车中央控制单元总线交换必要信息数据，转向机结构与液压助力转向机相同，齿轮泵为电液助力转向系统提供液压助力，齿轮泵由小惯量、内转子、三相无刷直流电机驱动，电源来自汽车 12V 蓄电池。

3 故障维修发展

3.1 异常噪音

在汽车液压转向系统的使用过程中，异常噪音是一种非常常见的故障类型，这种噪音是从专项装置中传出来的，在发出噪音的同时，汽车驾驶人员会感觉到转向要比平时更加地吃力[3]。在对汽车液压转向系统异常噪音进行诊断的时候，要自己检查汽车液压转向系统的所有部分，必须细致检查。如果油泵中有响动的声音，可以基本上断定是油泵中的油量过低，或者是因为动力传输的皮带过于松弛，对于这种现象，要及时进行排除，补充油泵中的油量，更换动力传输装置中的皮带，避免噪音的产生。

3.2 行驶跑偏

在汽车行驶的过程中，汽车液压转向系统会发生各种各样的问题，有时候，汽车会发生异常跑偏的现象，难以对其进行控制，这种情况发生的原因可能是汽车液压转向系统的油管出现了问题，油管存在堵塞或者漏油的现象，这样液压油就不能进入到汽车液压转向系统中，造成转向吃力的情况；还有可能是动力缸中出现了泄露的现象，有空气进入了其中，造成单方向的转动吃力；液压油本身出现的问题，液压油变质也会造成这种情况的发生。在问题诊断的环节，要先把汽车进行熄火处理，然后对方向盘进行转动，通过这样的方式，来检测控制阀能否自动开启，如果不能，就要及时进行拆卸处理，对其进行细致的检查；对于方向盘左右两个方向存在用力差异的情况，基本上可以断定为工作油液的问题，可以把原有的油液抽取出来，然后根据汽车的型号，注入合适的油液，油液的注入量一定要符合车辆的行驶标准。

4 结语

总之，转向系统是车辆不可或缺的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到车辆的操作稳定性。汽车转向系与汽车的操纵稳定性有直接关联，驾驶员的驾驶感受直接受汽车转向性能优劣的影响。伴随着世界上第一辆真正意义上的汽车的问世，机械式的转向系统开始应用于汽车。随着一个多世纪的发展，汽车工业逐渐趋于成熟，人们对于汽车转向系统的要求也越来越越高。到目前为止汽车转向系统已经发展有五代：机械传动系统、液压助力转向、电控液压助力转向、电动助力转向以及线控转向。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。