分析幾種汽車助力轉向系統的特點

摘 要：隨著工業技術的發展，汽車技術也與時俱進。轉向系統作為汽車重要的零部件，從機械轉向，到液壓助力轉向，再到電控助力轉向，他們各具特點，都為了滿足了安全、舒適、輕便的駕駛需求。

關鍵詞：液壓助力轉向；電液助力轉向；電動助力轉向；特點

由于機械式轉向系本身不能同時滿足轉向操縱既省力又靈敏的要求，所以現在汽車廣泛采用動力轉向系統，汽車配置的動力轉向系統又稱助力轉向系統，助力轉向的作用是協助駕駛員做汽車方向調整，為駕駛員減輕打方向盤的用力強度，當然助力轉向在汽車行駛的安全性、經濟性上也有一定作用。汽車轉向系統經歷了機械轉向系統、液壓助力轉向系統、電液助力轉向系統和電動助力轉向系統四個發展階段，未來則可能向線控動力轉向系統發展，目前汽車轉向系統正處在液壓助力轉向系統、電液助力轉向系統向電動助力轉向系統發展的過渡階段。

一、 液壓助力轉向系統

液壓動力轉向系統（Hydraulic Power Steering System—HPS）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，一般由儲液罐、油泵、油管、轉向控制閥、助力油缸及機械轉向系統組件等組成。它以液壓油為動力，轉向控制閥根據轉向盤轉動方向和力矩大小控制通向助力油缸的油壓大小，從而控制助力大小。該系統通過液壓力作用來推動機械轉向機構的轉向運動，從而減輕了駕駛員的勞動強度，但卻存在缺點：（1）油泵由發動機驅動，無論汽車是否轉向，只要發動機工作，油泵就持續工作，能量消耗多；（2）助力特性與控制閥結構有關，系統一旦定型，轉向助力特性便不能改變，在低速轉向需要較大助力時，往往因發動機轉速低而會覺得方向盤比較沉，而在高速轉向時會因發動機轉速高助力作用大，導致轉向過于靈敏，使汽車操縱穩定性變差；（3）液壓油泄漏、橡膠管污染環境；（4）系統元件較多，所占空間大；（5）低溫助力性能不好。由于液壓助力轉向系統工作可靠、技術成熟，能提供大的轉向助力，目前被廣泛應用。

二、 電液助力轉向系統

電液助力轉向系統（Electric Hydraulic Power Steering-EHPS）在液壓助力轉向系統基礎上發展出來的，將發動機驅動液壓助力泵改為由電動機驅動，并增加了車速傳感器、轉向角速度傳感器及ECU等電控裝置。該系統的儲油罐、油泵、電動機和專線控制單元都集成在電動機油泵組內。工作時轉向控制單元根據汽車的行駛速度和方向盤轉向角度等輸入信號計算出理想的輸出信號，控制電動機輸出適當的功率，驅動液壓助力泵工作。EHPS有以下特點：（1）將發動機驅動液壓助力泵改為由電動機驅動，這在一定程度上降低了發動機的負荷，節省了燃油消耗，提高了經濟性。（2）所有的工作狀態都是由ECU根據車輛行駛速度、轉向角度等信號計算出的最理想狀態，實現了變助力特性。（3）雖然采用了電能作為動力源，實現了車速感應型助力，但是仍然保留有液壓裝置，使得該系統仍有難以克服的缺點，如液壓管路有泄漏的可能、不便于安裝；同時在液壓系統的基礎上增加了傳感器和控制器，系統又不能實現模塊化設計使整個系統結構復雜、成本增加等問題。由于電液助力轉向系統技術較為成熟，可以實現整車電控系統的一體化，作為傳統液壓助力轉向系統向電動助力轉向系統過渡的中間技術，在一定時間內還將繼續得到應用和發展。

三、 電動助力轉向系統

在機械轉向系統的基礎上，增加轉向盤力矩傳感器、轉向盤轉角傳感器、車速傳感器、電動機、控制器和減速機構等相關零件，依靠電動機提供輔助轉向扭矩的動力轉向系統，成為電動助力轉向系統（Electric Power System—EPS）。

EPS是一種新型的、很有發展前途的動力轉向系統，完全取消了液壓組件，其基本工作原理是：當操縱轉向盤時，裝在轉向盤軸上的轉角傳感器、轉矩傳感器不斷地測出轉向軸的轉角、轉矩信號，并與車速信號同時輸入到ECU，ECU根據這些輸入信號確定助力轉矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉向，調整轉向輔助動力的大小。電動機的扭矩通過減速機構減速增扭后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與工況相適應的轉向作用力。EPS基本上解決了傳統轉向系統所存在的矛盾，在汽車低速行駛時，特性曲線較窄，具有較大的助力作用，當車速提高后，特性曲線越來越寬，助力作用逐漸減小，克服輪輞高速時轉向盤手力太輕的缺陷。

與液壓動力轉向系統和電控液壓動力轉向系統相比，電動助力轉向系統具有很多優點：（1）無液壓裝置，是“按需型”系統，即只有轉向時系統才工作，能量消耗降低；（2）EPS助力特性通過軟件設置和修改，可以快速與車型匹配；（3）沒有液壓動力系統的液壓缸、油泵、液壓管道、轉閥等部件，使系統結構緊湊、便于模塊化安裝，質量減輕，無油滲漏問題，系統容易布置；（4）采用電子控制，可使轉向特性得到優化，增強隨動性，轉向輕便，路感好，提高了操縱穩定性；（5）當系統出現故障時，立即切斷電動機與助力齒輪機構的動力傳送，迅速轉入人工—機械轉向狀態，并發出警報信號，同時顯示所記憶的異常內容。但是目前由于汽車供電系統的因素，轉向電動機難以提供較大功率，現階段應用對象主要針對轎車。要在重型載貨汽車上應用，還必須采用液壓執行機構。我們相信電動轉向技術由于其技術先進，性能優越，未來必將取代其他動力轉向技術，成為動力轉向技術發展的主流。

參考文獻：

[1]趙燕，周斌等.汽車轉向系統的技術發展趨勢[J].汽車研究與開發，2003（2）：22-24.

[2]郁強，張金華.電動轉向系統開發與研究[J].輕型汽車技術，2002（8）：4-9.

[3]張洪欣.汽車設計[M].北京：機械工業出版社，1998：124-126.

[4]施國標.電動助力轉向助力特性仿真與控制策略研究[D].長春：吉林大學博士學位論文，2003.

[5]朱忠明.電動液壓助力轉向系統分析與控制器設計[D].江蘇大學學位論文，2010.

[6]陳勇，何仁.電動液壓助力轉向系統仿真與試驗研究[J].液壓與氣動，2009（10）.

作者簡介：

鞏梅，河南省鄭州市，河南省鄭州交通技師學院。