汽车转向系统发展史及未来展望

董云鹏 邱永威 连浩东

摘要：汽车转向系统是随着汽车发展逐渐完善起来的，最早的汽车转向系统是纯机械构造的，当前汽车的转向系统主要是线控系统。笔者通过对汽车转向百年发展历程的研究，梳理汽车转向系统发展脉络，最后对汽车转向系统的未来进行展望，以为以后汽车转向系统的研究提供理论支撑。

关键词：汽车转向系统;发展历程;未来展望

汽车转向系统不只是我们见到的方向盘等，还包括转向安全系统等，驾驶者在驾驶过程中通过转向系统能感受到汽车转向性能的优劣。汽车转向系统是伴随着第一台真正意义上汽车的诞生而诞生，最早的汽车转向系统是机械转向系统。随着100多年的发展，汽车技术不断发展成熟，汽车转向系统也日益完善。到现在为止，汽车转向系统共经历了五代：机械传动系统、液压助力转向、电控液压助力转向、电动助力转向及线控转向。笔者对上述转向系统进行梳理，详细介绍发展历程。

一、机械式汽车转向系统

众所周知，世界上第一辆汽车是蒸汽驱动车，真正燃油汽车最早形态是三轮的。蒸汽车由于体积较大，笨重且速度慢，它的转向装置是方向柱、方向节链接完成转向的，人们在驾驶过程当中转向非常困难，如果操作不当甚至会出现车毁人亡的悲剧。19世紀末，汽车行业的祖师爷奔驰公司开发了汽油燃料汽车，其转向系统是由齿轮链条式的，在转向过程中仍然依靠转向竿来保持汽车向前开进。正是奔驰公司对转向系统革新，推动了汽车产业的快速发展。19世纪初，英国汽车制造商A.J.Drak从轮船的转向系统得到灵感，将方向盘、转向柱移植到汽车转向装置，这时开始才有真正意义上的汽车转向系统。

开始使用方向盘作为汽车转向系统装置时，转向柱不是现在弯曲状而是直的，所以人们在驾驶汽车时为了能保持驾驶视野，必须战立才能更容易的完成转向。十年之后，戴姆勒公司的工人无意中发现了把转向柱倾斜，不仅能使驾驶更加舒适，还能保持驾驶视野，经过多次调整完善，戴姆勒公司制造了第一辆转向柱与方向盘倾斜的汽车。汽车的驾驶系统真正开始走上了的快速成熟的道路。

二、液压式助力转向系统

在传统机械转向系统基本成熟后，由于其使用轻便，被广泛使用在汽车上。但在一些大型汽车上，使用机械转向器就会因为载量过重而阻力增大，导致转向困难，为了进一步完善和发展转向系统，在20世纪初各汽车公司相继开发了多种转向装置。

汽车助力转向装置的开发者已经无法论证其姓名，这个小装置设计于1896年，其助力动力来源于电能，各种原因导致了这套装置未被使用在转向装置上，所以其设计者更不被人所知。1900年前后，美国小伙Eobert E. Twyford惊人的发布了自己的设计的四驱车，而且申请了专利，其转向系统采取的就是机械辅助转向。两年后，Frederick William Lanchester设计出了液压辅助转向装置，并通过专利授权，但此时的液压辅助转向装置未被产业化。1926年，还在美国的皮尔斯汽车公司工程师开发出了较为完善的液压助力转向系统，并随后跳槽到通用公司，从1927年开始，通用的大货车基本都使用了这种经过改良的液压助力转向系统，大货车在转向过程中再也不会因为转向难而头疼。

有一点值得强调一下，20世纪三四十年代，汽车工程师在轮船用转向系统的基础上了，开发了五种汽车转向装置，并通过专利审核，为以后液压助力的进一步完善提供了前提。20世界50年代，克莱斯勒第六代汽车已经使用了更为成熟的液压助力汽车转向系统，并将这套系统取名为Hydraguide”，这套系统深受广大驾驶者喜爱，凯迪拉克公司之后也开始使用这台系统，1955年，这套系统成为了凯迪拉克汽车的标准配置。随后经过多年的完善和发展，液压助力转向系统被加拿大、欧洲各国所认可，20世纪80年代欧洲汽车基本都使用了这套转向装置。

三、电控液压助力转向与电动助力转向

在液压助力转向装置广泛使用的同时，汽车整体也在发生着变化，整个汽车更加轻便，驾驶的舒适度也得到了提升。在转向装置上，由于液压助力转向装置的动力来源于发动机，在一定程度上影响了汽车的行驶动力;并且面对高速行驶的汽车，完成的低速转向时驾驶员必须进行大幅度转矩才能完成相同角度转向，这对于转向效率来说，无疑是非常低的。20世纪60年代，通用集团开始为自己的汽车配置可变比例液压助力转向系统。

1970 年，法国雪铁龙公司的工程师 Paul Magès 研究出了第一个市售的可变辅助动力转向装置，名为“DIRAVI”，并将其配备于雪铁龙 SM 等车系中。这一装置取消了方向盘与车轮间的硬性连接，克服了传统液压转向系统转向助力不能适应车速变化的缺点，使汽车在不同车速下能产生不同的转向助力，同时汽车在停止时转向盘可以自动回正，即使拿到现在来看，这一项技术也丝毫不落下风。

同年，日本铃木公司设计出了第一个电动式助力转向装置，并将其装备在 Cervo 车上，这就是我们目前最常用的 EPS 装置。该装置以电动机为驱动源，省去了液压装置中复杂的油路布置，并且根据通过 ECU 的控制来提供更加精确的转向助力，一经推出便赢得了各大汽车制造商的青睐。

可以说电控液压助力装置（EHPS）与电动助力转向装置（EPS）是同时期的科技产物，但是 EPS 凭借更加优良的性能更受消费者和制造者的喜爱，经过 30 多年的发展，目前已经成为绝大部分汽车的标配装置。

四、线控转向

汽车电子电器技术与控制技术的进一步发展为我们指明了未来汽车的发展方向——汽车电子化。基于此，有人便大胆地做出尝试，将汽车的一些机械传动装置换为电子装置，以实现汽车转向的完全电动化，这就是目前研究最火热的线控转向（SBW）。

装备了 SBW 的汽车由于转向系统没有了机械结构的限制，汽车可以实现极其精准的转向，从而使汽车的操纵稳定性得到大幅度提升。不仅如此，机械结构的消除进一步精简了汽车的外形，实现了汽车的轻量化，无形中也使车内空间得到扩充，汽车可以在内部搭载更多安全装置或者应用娱乐装置，使汽车安全性、实用性大大提升。

此外，SBW 可以通过 CAN 总线连接到ECU 上，与其他汽车电子电器设备协同作用，可以实现自动驾驶、自动停车等功能，促进了“车—路—人”一体化进程，为智能无人驾驶汽车的到来创造了先决条件。

参考文献：

[1]汽车线控转向系统的研究现状与发展[J].周聪，肖建.控制工程.2012（05）

[2]汽车转向装置百年发展简史[J].晓青.上海汽车.2002（06）

[3]汽车发展史简述[J].刘志刚.汽车运用.2000（12）