汽车转向系统的发展趋势浅析

陈晨 李剑

摘  要：汽车转向系统是汽车控制行驶方向的核心系统，随着汽车的发展其也经历了多个发展阶段，具体而言，主要有机械式转向系统、传统液压助力转向系统、电液助力转向系统、电动助力转向系统以及线控转向系统等。随着技术的进步，汽车转向系统未来将向着智能化、自动化以及模块化的方向发展。本文对其展开分析与研究。

关键词：转向系统;线控转向系统;现状;工作原理;发展趋势

引言

汽车转向系统是控制汽车行驶方向的核心系统，直接关系到汽车的操控性能与驾驶体验。随着社会的发展，世界上汽车保有量不断上升，尤其是驾驶人员的门槛进一步降低，汽车的性能进一步上升，汽车转向系统的易操作性与可控制性直接决定了汽车的安全性能。汽车的转向系统经历了多个发展阶段，随着人工智能技术的发展，未来无人驾驶成为主流，汽车的转向系统也必然走向自能化、自动化以及模块化。

一、机械式转向系统

在汽车出现的初期，汽车的转向系统是纯粹的机械式转向系统，由于需要完全依靠人力控制汽车的转向系统，因此，为了满足人力控制的需求，需要大直径的方向盘提供足够的扭矩配合驾驶员视线对汽车的控制。机械式转向系统的方向盘占据的空间较大，且转向较为笨拙，需要驾驶员拥有足够的体力进行操作。特别是在重型汽车的使用上，转向的阻力非常大，单靠驾驶员的力量无法实现转向操作。因此其使用受到了一定的限制，但是机械式转向系统的可靠性高、成本较低且结构简单，因此，现阶段在微型车、农用车等对操控性要求不高的汽车上仍有使用。

二、传统液压助力转向系统

传统的液压助力转向系统最早是由通用公司在1953首次使用的，其极大的降低了转向系统的体积以及对驾驶员体力的要求，且在成本上做到了可控，因此获得了极大的发展。在一段时间内，汽车转向系统的发展与革新，基本上都是基于传统的液压助力转向系统的基础，比如，在80年代后期，在传统液压助力转向系统之上发展出了变减速比的液压动力转向系统，之后具有代表性的是变流量泵液压动力转向系统，该系统在汽车高速行驶时或者保持直线行驶时泵的流量会适当降低，可以有效降低不必要的功耗。液压助力转向系统大大减小了方向盘的体积，汽车驾驶室也变的更为宽敞，且汽车转向系统的操控性进一步增强，随着该技术的成熟以及发展，其已经应用到了大部分的汽车上。但是传统的液压助力转向系统的密封性、灵敏度以及磨损等方面存在一些不足。

三、电液助力转向系统

电动液压转向系统是在传统的液压助力转向系统之上发展而来的，其主要特点是采用了电动机驱动转向泵，其动力转向器为电液助力转向器。由于电机的转速可以进行调节，在无需转向时可以关闭，因此其可以有效节约不必要的能源损耗。电液助力转向系统的操作稳定性好，操纵感强，且具备较好的舒适性，在高速行驶时可以获得较好的驾驶体验。随着电液助力转向系统的发展，现阶段已经成为汽车转向系统的主力。

四、电动助力转向系统

电动主力转向系统的电动转向器最早在1988年在微型车上使用，随着技术的成熟与发展，电动转向器的性能与液力转向器的性能逐渐接近，甚至逐渐超越社会对节能的需求，电动助力转向系统的应用也越来越广泛，且在大型车辆中的应用越来越多。电动助力转向系统可以在运行中通过傳感器实时监测转向角、车速、转向扭矩等数据，并将各种数据传输到控制单元中进行分析处理，获取准确的助力控制信号，因此其操作更为精准与方便。通过汽车的实际性能进行电动助力转向系统的集成化设计，可以有效提高其适应性，比如针对大型车辆要提供足够的轴向力等。现阶段主要的电动助力转向系统有如下三种：齿条式电动转向器（R-EPS）、柱式电动转向器（C-EPS）以及齿轮式电动转向器（DP-EPS）。相比于电液或者夜里助力转向系统，电动助力转向系统对密封性的要求不高，且结构较为简单，不会产生漏油等污染环境的问题。在近年发展极快。现阶段，国外的电动助力转向系统发展更为成熟，我国的产品还未打破技术壁垒。

电动助力转向系统主要是通过电信号传输实现对转向的控制，可以根据汽车行驶的实时状态与车速提供不同的助力效果，因此在低速时更灵活，高速时更平稳，其主要的结构部件有：转矩传感器、车速传感器、电动机、电子控制单元、电磁离合器以及减速机构等构成。

五、线控转向系统

线控转向系统是现阶段最新的汽车电子转向系统，相比于其他的转向系统，其最大的改变就是将方向盘与转向轮之间的机械连接去除了。因此，线控转向系统需要两个电机进行协助完成转向操作，即路感电机和驱动电机。在转向柱上的是路感电机，其主要是根据汽车的行驶状态和实际情况模拟路面信息，为转向柱提供合适的转矩，驱动电机则安装在齿条上，其主要的功能是接受转向信号并克服汽车的转向阻力，方向盘则是转向信号的输入装置。线控转向系统的安全性较高，且结构更为简单，对空间的占用更小。但是现阶段，电子元件的可靠性还有待提高，且由于无机械连接，导致驾驶员对路感的缺失，因此还未进行大规模应用，主要在概念车上进行试用。

六、发展展望

汽车转向系统随着汽车技术的进步一直在不断的发展之中，在可预见的未来，助力转向系统仍然是主流，新技术的发展依然是在助力转向系统之上进行进步，而助力转向系统中电动助力转向系统将进一步成熟，线控转向系统可能会因电子可靠性的提高而进入到实用之中。而随着人工智能技术的发展，无人驾驶技术的出现，转向系统也将更为智能化、自动化以及模块化。综合来看，主要有如下几个发展方向：

（1）传感系统将更加智能化与完善，传感系统是未来转向系统的核心系统之一，其直接关系到了汽车对于自身状态以及路面情况的感知效率和准确性，传感系统的智能化将进一步促进无人驾驶技术的进步;

（2）控制策略的优化，控制策略是电动助力转向系统的核心技术，直接关系到了转向系统的性能，未来，控制策略必然将进一步优化，为无人驾驶的转向系统提供平稳的控制性能;

（3）智能运输系统的发展，智能运输系统是将整个汽车的设备结合起来，形成整体控制，主要包括：车辆智能化、车辆多媒体、车辆集成控制体系、动力矩控制系统、转向与制动器集成系统、用于自动驾驶的转动系统等。

参考文献

[1]  丁希波，王秀松. 汽车电动助力转向系统的发展趋势分析[J]. 西部皮革，2018，040（010）：160.

[2]  田雯迪. 汽车转向系统的研究现状及发展趋势分析[J]. 科研，2017（3）：00296-00296.