汽车转向技术发展综述

杨 越，王猛猛，吴明涛

Yang Yue, Wang Mengmeng, Wu Mingtao

（北京林业大学工学院，北京 100083）

汽车转向系统是汽车上的重要构件，其性能的好坏直接决定汽车操纵稳定性能的好坏，作为人与汽车之间的重要连接工具，它随着汽车整体的发展和新技术的出现而推陈出新，改善了驾驶员的驾驶环境。

1 机械转向系统

机械转向系是以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械，其广泛应用于早期汽车以及现代的简易车辆上。

齿轮齿条式转向器在 1885年首次被应用在“本茨”汽车上。因为其具有结构简单、紧凑，质量轻，刚性大，转向灵敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高的特点，被广泛应用于轻型车辆上。例如：红旗 CA7220型轿车，天津 TJ1010型微型轿车。

循环球式转向器是国内工厂采用较多的转向器，它具有传动效率高（正传动效率高达90%～95%），啮合平稳、刚性好、转向轻便、灵活的优点，被广泛应用于各类各级汽车上。例如：解放CA1040型系列轻型载货汽车，北京BJ1041轻型载货汽车等。

蜗杆曲柄指销式转向器通常用于转向力较大的载货汽车和拖拉机上。例如：东风EQ1090E型汽车，丰收-300型拖拉机等。

机械转向系统从汽车诞生到现在已经经历了100多年的发展，结构上的创新使得现在的机械转向系统更稳定、更易操作、更安全。

2 助力转向系统

机械转向系统虽然具有工作可靠，结构简单，制造成本低的优点，但在操作拖拉机等大型车辆时，往往会使人感到疲劳，操作不灵敏。为了追求更加轻便的操作方式，充分发挥助力转向技术的优势，车辆上出现了机械式液压助力转向、电液助力转向和电动助力转向等助力转向系统。

2.1 机械式液压助力转向系 HPS（Hydraulic Power Steering）

液压助力转向是利用液压传力的原理，驾驶员只需要对机械作用一个较小的力就能在转向轮上产生一个较大的效果。

与传统机械式转向系统相比，机械式液压转向系统容易安装，布置灵活，整个原件几乎没有需要润滑的部分，不存在磨损问题，保养简单，且其转向力是由液压产生，因此可以实现助力；但是无论驾驶员转向与否，液压系统一直处于工作状态，低温工作性较差。

机械式液压助力转向系统应用在不同车辆上有几种不同的类型，如并联式转向系统（图1）、串联式转向系统（图2）、分置式转向系统（图3）。近年来，机械式液压助力转向在国外得到越来越广泛的应用。美国查尔林恩公司、丹麦丹佛斯公司生产的种奥尔比特全液压转向系统，英国的裴丽斯公司生产的全液压转向系统，美国若斯公司生产的新型全液压转向机构等，都是基于液压技术发展起来的[1]。

2.2 电液助力转向系 EHPS（Electric Hydraulic Power Steering）

随着电子技术的发展，开发以电子技术为指导的电控助力转向系统成为一个新的发展方向。

电液助力转向系统是从液压助力转向系统发展而来，该系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调、可以即时关闭，所以也能够起到降低功率消耗的功效；但是它没有解决液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷，同时也存在着液压油泄漏，不便安装维修和检测的缺点（图4和图5分别为电液助力转向的工作原理图和实物图）[2]。

电子液压助力从20世纪90年代后期开始逐渐普及，福特、大众、丰田、本田、马自达、标致、雪铁龙等品牌均有使用电子液压助力系统的车型。马自达3、凯旋等车型使用的都是这样的系统。但是，电液助力成本高、助力力度有限、可靠性不及机械液压助力，所以电液助力转向无法取代机械液压助力转向。

2.3 电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）

电动助力转向系统不同于电液助力转向系统，它是在传统机械转向机构的基础上增加信号传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等。

电动助力转向系统结构紧凑，安装方便，在调整和检测、装配自动化方面有明显的优势；零件较少，质量较轻，与机械转向系和液压助力转向相比具有较低噪声；而且电动助力转向对环境影响小，不存在液压助力转向中的渗油问题，低温工作性较好；电控助力转向目前还处于开发阶段，有待进一步开发与研究[3]。

根据电动机转矩施加位置和机械结构不同，电动助力转向可分为管柱式电动助力转向、小齿轮式电动助力转向和齿条式电动助力转向3类。管柱式电动助力转向（C-EPS）如图 6所示，助力电机安装于转向管柱上，电机助力转矩作用于转向管柱上；齿轮式电动助力转向（P-EPS）如图7所示，助力电机和减速机构布置在转向齿轮上，电机助力转矩作用于转向齿轮上；齿条式电动助力转向（R-EPS）如图8所示，助力电机和减速机构布置在转向齿条上，电机助力转矩作用于转向齿条上[4]。

1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo 车上装备汽车电动助力转向。在此之后，电动助力转向技术迅速发展。大发、三菱、本田、德尔福汽车系统公司先后研制出电动助力转向系统并装配在其产品上。当前电动助力转向已经在轻型车上得到应用，其性能已经得到人们的普遍认可，随着直流电机性能的改进，电动助力能力的提高，其应用范围将进一步拓宽。

3 线控转向系统（Steer-by-wire）

汽车线控技术是将驾驶员的操纵动作经过传感器变成电信号，通过电缆直接传输到执行机构的一种系统[5]。作为目前最先进的转向系统，它几乎具备了机械转向、助力转向的所有优点，成为转向系统中令人耳目一新的技术。

线控转向技术具有转动效率高，响应时间短的特点，能根据车速、牵引力等参数实时改变转向比率，提高了汽车碰撞安全性和整车主动安全性，具有良好的操纵性，但是目前这一技术主要应用在概念车上。

德国奔驰公司在 1990年开始了前轮线控转向的研究，并将它开发的线控转向系统应用于概念车 F400Carving上。随后，Daimler-Chrysler推出线控驱动概念车R129。这项控制技术被列为 2000年汽车十大新技术之一。美国通用汽车公司展示了概念车“Autonomy”，并在Autonomy基础上开发了全球首辆可驾驶的线控燃料电池车Hy-Wire概念车。2003年，丰田也展示了采用线控技术的 Fine-S燃料电池概念车；在 2005年北美车展上，通用推出了新一代氢燃料电池和线控技术概念车Sequel[6]。随着电子元件成本的降低、电源技术的发展以及可靠性和控制算法的提高，线控转向技术以及其他线控技术会在不久的将来全面替代传统的机械结构系统。

4 结束语

从1885年汽车发明至今，汽车转向系统一直随汽车技术的革新而改变，它既保留了传统机械转向的巧妙设计，又结合了液压、电子技术的应用，发展出多样的转向机构，并在汽车市场上得到了合理的应用。随着当今采集、控制、无线传输、物联网、无人驾驶等技术的发展，汽车转向技术也将出现更多新的改进。

[1]一机部机械院农机所三室.液压转向机介绍[J].粮油加工与食品机械, 1973, (08): 42-53.

[2]徐冉.汽车电控助力转向系统[J].机电工程技术, 2010, 39(08): 18-199.

[3]林逸，施国标.汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势[J].公路交通科技, 2001, (03): 79-87.

[4]刘自凯，徐伟，林务田.汽车电动助力转向系统的应用与发展[J].汽车工程师，2011, (12): 53-55.

[5]李华宁，陈小龙.汽车电子应用中的线控技术[J].苏州市职业大学学报, 2009, (03): 54-57.

[6]刘齐.汽车线控转向技术发展综述[J].芜湖职业技术学院学报, 2009, (02): 10-13.