汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型和組成

至今，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4個(gè)發(fā)展階段，未來則可能向線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正處在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的過渡階段。

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，所有傳遞力的構(gòu)件都是機(jī)械的，主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 三大部分組成。

傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3部分組成。

轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向器工作的機(jī)構(gòu)，包括從方向盤到轉(zhuǎn)向器輸入端的零部件。轉(zhuǎn)向器是把方向盤傳來的轉(zhuǎn)矩按一定傳動(dòng)比放大并輸出的增力裝置,轉(zhuǎn)向器最早采用的是蝸輪蝸桿式，以后陸續(xù)出現(xiàn)了螺桿螺母式、齒輪齒條式、循環(huán)球式等形式。

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把轉(zhuǎn)向器輸出的力矩傳遞給轉(zhuǎn)向車輪的機(jī)構(gòu)，包括從轉(zhuǎn)向搖臂到轉(zhuǎn)向車輪的零部件。當(dāng)汽車需要改變行駛方向時(shí)，駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器、直拉桿、橫拉桿和梯形臂等機(jī)件使轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車方向的改變。
傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、生產(chǎn)成本低。其缺點(diǎn)也非常明顯：
（1）隨著汽車速度的提高和汽車質(zhì)量的增大，轉(zhuǎn)向操縱難度增大，轉(zhuǎn)向越來越費(fèi)力。
（2）是其傳動(dòng)比是固定的，即角傳遞特性無法改變，導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性無法控制，傳動(dòng)比無法隨汽車轉(zhuǎn)向過程中的車速、側(cè)向加速度等參數(shù)的變化而進(jìn)行補(bǔ)償，駕駛員必須在轉(zhuǎn)向之前就對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償，這樣無形中增加了駕駛員的精神和體力負(fù)擔(dān)。

當(dāng)前輪為獨(dú)立懸架時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置與紅旗CA7220型轎車相似。

當(dāng)前輪為非獨(dú)立懸架時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及布置如下圖所示。由于轉(zhuǎn)向盤距離轉(zhuǎn)向器較遠(yuǎn)，二者之間用萬向節(jié)和傳動(dòng)軸構(gòu)成的萬向傳動(dòng)裝置相連。

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動(dòng)機(jī) （或電動(dòng)機(jī)）的動(dòng)力作為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的。

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS）是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外加裝了一套液壓助力系統(tǒng)，一般由油泵、V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥等組成。它以液壓油為動(dòng)力，通過液壓泵產(chǎn)生的動(dòng)力來推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器工作。
由于該系統(tǒng)通過液壓力作用來推動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在一定程度上解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于傳動(dòng)比固定而造成的轉(zhuǎn)向“輕便”與“靈敏”之間的矛盾。但是，這類動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是靠方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)扭桿直接改變液壓系統(tǒng)油路的通道面積來提供可變的助力。即助力大小與車速的高低沒有關(guān)系，只與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過的角度越大，液壓系統(tǒng)提供的助力也越大。同時(shí)，該系統(tǒng)存在著以下缺點(diǎn)：
（1）不管汽車轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動(dòng)機(jī)工作，液壓助力泵就會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下工作，額外消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。
（2）轉(zhuǎn)向助力特性不可調(diào)，高速和低速時(shí)助力特性相同。在低速轉(zhuǎn)向需要較大助力時(shí)，往往因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低而助力效果差，而在高速轉(zhuǎn)向需要較小助力時(shí)，會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高而助力作用大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過于靈敏，使汽車的操縱穩(wěn)定性變差。
（3）液壓系統(tǒng)本身所固有的液壓油泄漏問題和轉(zhuǎn)向噪聲使得轉(zhuǎn)向舒適性大大下降，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染。由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠、技術(shù)成熟，能提供大的轉(zhuǎn)向助力，目前被廣泛應(yīng)用。

電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力特性在工作時(shí)可以改變。它主要有2種類型：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ECHPS)和電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)。目前汽車上應(yīng)用最多的是電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)自系統(tǒng)。

（1）電子控制式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECHPS）是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了控制液體流量的電磁閥、轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等元件。理想情況下，汽車在原地轉(zhuǎn)向時(shí)要求轉(zhuǎn)向盡量輕便，在汽車以不同的速度運(yùn)行時(shí)，能實(shí)時(shí)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力以克服該運(yùn)行速度下的轉(zhuǎn)向阻力，使駕駛員既能輕便地操縱方向盤，又有足夠的路感。
在轉(zhuǎn)向過程中， ECHPS存在著由于油泵的持續(xù)工作所造成的多余能量消耗，

整個(gè)液壓系統(tǒng)占用空間大、容易泄漏、噪聲大等缺點(diǎn)，而且增加了車速檢測控制裝置。而且控制閥的結(jié)構(gòu)較HPS復(fù)雜且成本較高，目前主要應(yīng)用于高級(jí)轎車及運(yùn)動(dòng)型乘用車上。

（2）電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）也是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點(diǎn)是將原來由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓助力泵改由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)向角速度傳感器以及轉(zhuǎn)向控制單元等電控裝置。該系統(tǒng)的液壓儲(chǔ)油罐、油泵、電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向控制單元都集成在電動(dòng)機(jī)油泵組內(nèi)。工作時(shí)轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)汽車的行駛速度和方向盤轉(zhuǎn)向角度等輸入信號(hào)計(jì)算出理想的輸出信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)輸出適當(dāng)?shù)墓β剩��?qū)動(dòng)液壓助力泵工作。通過液壓油為轉(zhuǎn)向器提供助力。 與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，它節(jié)省了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，提高了經(jīng)濟(jì)性。
電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)盡管在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上有了較大的技術(shù)改進(jìn)，但液壓裝置的存在使得該系統(tǒng)仍有難以克服的缺點(diǎn)，如存在滲油、不便于安裝維修等。雖然實(shí)現(xiàn)了變助力特性，但該系統(tǒng)在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上又增加了電子控制裝置，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。由于電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，可以實(shí)現(xiàn)整車電控系統(tǒng)的一體化，作為傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過渡的中間技術(shù)，在一定時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)得到應(yīng)用和發(fā)展。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPAS或EPS）
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)等。其特點(diǎn)是使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力。系統(tǒng)主要由電子控制單元ECU、扭矩傳感器、車速傳感器、電動(dòng)機(jī)、離合器和轉(zhuǎn)向柱總成等組成。
EPS與HPS相比，除節(jié)省能源外，由于取消了液壓系統(tǒng)而提高了環(huán)保性能，很好地解決了液壓傳動(dòng)帶來的種種弊端。整套系統(tǒng)由生產(chǎn)廠家一起提供給整車生產(chǎn)廠，可以直接安裝。對(duì)不同車型、不同工況以及不同駕駛員所需的不同轉(zhuǎn)向助力特性，可通過軟件修改，方便快捷。完整的EPS系統(tǒng)還包括故障診斷與安全保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能停止助力，自動(dòng)恢復(fù)到手動(dòng)控制方式并發(fā)出警報(bào)信號(hào)，同時(shí)顯示所記憶的異常內(nèi)容如扭矩傳感器本身異常、車速傳感器異常以及電動(dòng)機(jī)工作異常、蓄電池異常等等。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為目前汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主流，但是該系統(tǒng)也有其局限性，由于電動(dòng)機(jī)的發(fā)電功率和提供的轉(zhuǎn)向助力也很有限，如果車身較重，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要有較大的驅(qū)動(dòng)力量，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就顯得力不從心了。所以該系統(tǒng)多用于小型汽車上，目前已大量裝備到中高級(jí)轎車上，并逐漸向普通型轎車和小型商用汽車發(fā)展。