TRIZ技術進化在汽車轉向系統的應用解析

王學軍

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000)

TRIZ技術進化在汽車轉向系統的應用解析

王學軍

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000)

介紹了發明問題解決理論(TRIZ) 中的技術進化理論，包括技術進化法則及進化路線，應用“動態性和可控性進化法則”中的“向流體或場進化路線”，解析了汽車轉向系統的技術進化歷程及未來發展趨勢。

發明問題解決理論；技術進化法則；技術進化路線；汽車轉向系統

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-43-03

1、TRIZ技術進化理論

TRIZ發明問題解決理論成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，其目標是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。技術進化理論是TRIZ理論的核心內容之一，涵蓋了各種產品核心技術的進化規律，即技術進化模式或進化法則，以及技術進化路線；并且在一個工程領域中總結出的進化模式或法則及進化路線可在另一個工程領域中實現，即技術進化模式或法則與進化路線具有可傳遞性。技術進化理論不僅能預測技術的發展，而且還能展現預測結果實現的產品可能結構狀態，使產品開發具有可預見性，可引導設計者盡快發現新的核心技術，對于提高產品創新的成功率和縮短發明周期都具有重要意義和價值。

TRIZ技術系統八大進化法則分別是:（1）技術系統的S曲線進化法則；（2）提高理想度法則；（3）子系統的不均衡進化法則；（4）動態性和可控性進化法則；（5）增加集成度再進行簡化法則；（6）子系統協調性進化法則；（7）向微觀級和增加場應用的進化法則；（8）減少人工介入的進化法則。技術進化法則給出了技術進化的方向，每條法則之下有多條技術進化路線，每條技術進化路線由技術所處的不同狀態構成，表明了技術進化由低級向高級進化的過程，提供了技術預測的功能。

2、技術進化路線在汽車轉向系統的應用

應用技術進化法則與進化路線的過程為，根據已有產品的結構特點選擇一種或幾種進化法則, 之后從每種法則中選擇一種或幾種進化路線, 從進化路線中確定新的核心技術可能的結構狀態。

根據汽車轉向系統的結構特點需要滿足更好的轉向操控、布置更加緊湊和安全，選擇技術進化法則中向動態性和可控性進化法則。動態性和可控性進化法則指組成技術系統的結構更加柔性化，以適應變化的性能需求、變化的環境條件及功能的多樣性需求。增加柔性化的過程通常包含固定或剛性部件被活動或柔性部件代替的過程，即向流體或場進化路線:剛體-單鉸鏈-多鉸鏈-柔性體-液體/氣體-場。

汽車轉向系統按照“向流體或場進化路線”技術進化過程（見圖1）主要歷程有機械轉向系統、液壓助力轉向系統（HPS）、電動助力轉向系統（EPS）、線控轉向系統。

2.1 機械轉向系統

機械轉向系統（見圖2）主要由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構3部分組成。其中轉向軸經歷了剛性連接，該類轉向很困難，并且在出現事故時轉向軸很容易傷害到司機；為了改進系統，剛性軸由中間增加了一個十字軸鉸接，后來發展成兩個十字軸連接，此時轉向盤可以適當調整，車輪的方向控制較容易；繼續改進系統，將鉸接換成柔性軸，這個改進過程完全按照“向流體或場進化路線”中的前四步技術進化。

2.2 液壓助力轉向系統HPS

液壓助力轉向系統HPS（見圖3）是在傳統機械轉向系統基礎上額外加裝了一套液壓助力系統，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。它以液壓油為動力，通過液壓泵產生的動力來推動機械轉向器工作。液壓助力系統降低了轉向操縱力，轉向更為靈敏，此系統改進即“向流體或場進化路線”中的第五步技術進化，液壓助力系統即應用液體或氣體模式。

2.3 電動助力轉向系統EPS

電動助力轉向系統EPS（見圖4）是在傳統機械轉向系統的基礎上，增加了傳感器裝置、電子控制裝置和轉向助力機構等。系統主要由電子控制單元ECU、扭矩傳感器、車速傳感器、電動機和轉向柱總成等組成。其特點是使用電動執行機構在不同的駕駛條件下為駕駛員提供合適的助力，提高了操縱穩定性。此系統改進即“向流體或場進化路線”中的第六步技術進化，電動助力即應用“場”模式。

2.4 線控轉向系統SBW （Steering by Wire)

線控轉向系統SWB（見圖5）是更新一代的汽車電子轉向系統，也是應用“場”模式的進一步技術進化。線控轉向系統與上述各類轉向系統的根本區別就是取消了轉向盤和轉向輪之間的機械連接。該系統具有2個電機:路感電機和驅動電機。路感電機安裝在轉向柱上，控制器根據汽車轉向工況控制路感電機產生合適的轉矩，向駕駛員提供模擬路面信息。驅動電機安裝在齒條上，汽車的轉向阻力完全由驅動電機來克服，轉向盤只是作為轉向系統的一個轉角信號輸入裝置。

線控轉向系統能夠提高汽車被動安全性，消除了撞車事故中轉向柱引起傷害駕駛員的可能性，有利于汽車設計制造，并能大大提高汽車的乘坐舒適性。但是由于轉向盤和轉向柱之間無機械連接，生成讓駕駛員能夠感知汽車實際行駛狀態和路面狀況的“路感”比較困難；且電子器件的可靠性難以保證。所以線控轉向系統目前處于研究階段，只配備在一些概念汽車上。

3、汽車轉向技術的發展趨勢

助力轉向系統經過幾十年的發展，技術日趨完善。EPS以其特有的優越性代表著動力轉向技術的發展方向，EPS將作為標準配置裝備到汽車上，未來一段時間在動力轉向領域占據主導地位；而SBW由于有利于提高汽車被動安全性、有利于汽車設計制造、有利于提高汽車乘坐舒適性和汽車操控穩定性等原因，將成為動力轉向系統的發展方向。通過“向流體或場進化路線”中“場”模式的進一步成熟應用與發展，現在就可以預測“無線遙控轉向”技術作為未來研究發展的一個方向。

4、結論

通過轉向系統技術路線發展歷程對照TRIZ“動態性和可控性進化法則”中的“向流體或場進化路線”，其進化過程是完全相符的。TRIZ技術進化理論、進化法則及進化路線會讓技術人員知道技術系統是如何進化的，大大提高研發設計的技術創新能力，實踐應用這種工具方法能夠更好更快的研發出高質量高技術的創新產品。

[1] 檀潤華.創新設計一TRIZ發明問題解決理論[M]．北京:機械工業出版社,2002.

[2] 楊清亮.發明是這樣誕生的-TRIZ理論全接觸[M].北京:機械工業出版社,2006.

[3] 王常友.汽車轉向系統的現狀及發展趨勢[J]．北京汽車,2007.3.

Technology evolution of TRIZin theapplicationofvehiclesteeringsystem

Wang Xuejun
（R&D Center of GreatWall Motor Company, Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Heibei Baoding 071000）

Introducethe theory of technology evolutionintheory of inventive problem solving(TRIZ)，Including the technicalevolution ruleandevolution route, Applications"Tothefluidandevolution route"of "Dynamic and controllable evolution rule", Analysis of the technologyevolutionprocess andthefuturedevelopment trend of the vehicle steeringsystem.

Theoryof inventive problem solving; Technical evolution rule; Evolution route; Vehicle steeringsystem

U463.4

A

1671-7988(2015)07-43-03

王學軍，就職于長城汽車股份有限公司技術中心，從事汽車產品設計開發。