汽車轉向系統的關鍵技術與發展探析

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1 汽車轉向系統概述

在轉向盤剛被裝配到汽車上時，轉向柱是和地面垂直的，這就使得駕駛員在駕駛汽車時必須站立才能有良好的視野和輕便的操縱感覺。這個問題在1897 年得到解決，在這一年，戴姆勒工廠的一名工人意外地發現轉向柱與方向盤之間的傾斜會使視野更加開闊，后來經過多次的改良，DaimlerParirian 制成了第一輛轉向柱與方向盤傾斜的汽車。至此，機械式轉向系統才正式走向成熟。具體圖1所示。

圖1 轉向原理圖

通過圖示可知，轉動中心 O 處于后軸中心線的延長線上，且左、右兩前輪也需圍繞中心點 O 做圓周運動，左、右前輪偏轉角關系見式 1。

ctgα=ctgβ+B/L

車輪轉彎半徑是指：轉動中心 O 與外轉向輪與地面接觸點的距離，在理想情況下，最小轉彎半徑Rmin 與Rmax 的關系為：

2 汽車轉向系統的關鍵技術

2.1 機械轉向關鍵技術

機械轉向是汽車轉向系統最早階段，這種轉向系統最初主要由一級齒輪傳動機構、轉向拉桿等組成，應用時駕駛人員可以通過對轉向拉桿進行左右操作，帶動汽車車輪角度發生變化，此時即完成了汽車的轉向[1]。而隨著機械轉向的逐漸深入，開始出現了一些更加復雜的機械轉向機構，例如循環球式、齒輪齒條式，其中循環球式的主要核心為：螺桿螺母間一組循環使用的滾球，這種轉向方式與最早期方式相比，具有更高的正傳動效率，同時兼具操作簡單、耐久性良好、承載力大的優點，當時主要應用在大承重類車輛當中（例如貨車）。

2.2 液壓助力轉向系統關鍵技術

液壓助力轉向系統采用液壓作為動力，實際操作中轉向動作依舊是通過駕駛員來控制完成，但作用于轉向機構上的動力能源由完全依靠人力改為由動力裝置提供，一定程度上降低了駕駛員的勞動強度[2]。轉向液壓泵安裝在汽車發動機上，由曲軸通過皮帶驅動向外輸出油壓，轉向油杯有進、出油管接頭，通過油管分別和轉向液壓泵和轉向控制閥連接。

2.3 電動助力轉向系統

電液助力轉向系統在液壓助力轉向系統的基礎上增加了傳感器、轉向控制單元等，傳感器的運用將車速引入到轉向系統，轉向控制單元的運用使電液助力轉向系統根據不同的行車狀態來控制電動機，從而控制電動液壓泵的輸出來達到控制整個轉向系統動作的目的。電液助力轉向系統主要包括電動機、控制器、轉角傳感器、齒輪泵、儲油罐和轉向機等，其中儲油罐、齒輪泵、電機、轉向控制單元集成一體，通過 CAN 與整車中央控制單元總線交換必要信息數據，轉向機結構與液壓助力轉向機相同，齒輪泵為電液助力轉向系統提供液壓助力，齒輪泵由小慣量、內轉子、三相無刷直流電機驅動，電源來自汽車 12V 蓄電池。

3 故障維修發展

3.1 異常噪音

在汽車液壓轉向系統的使用過程中，異常噪音是一種非常常見的故障類型，這種噪音是從專項裝置中傳出來的，在發出噪音的同時，汽車駕駛人員會感覺到轉向要比平時更加地吃力[3]。在對汽車液壓轉向系統異常噪音進行診斷的時候，要自己檢查汽車液壓轉向系統的所有部分，必須細致檢查。如果油泵中有響動的聲音，可以基本上斷定是油泵中的油量過低，或者是因為動力傳輸的皮帶過于松弛，對于這種現象，要及時進行排除，補充油泵中的油量，更換動力傳輸裝置中的皮帶，避免噪音的產生。

3.2 行駛跑偏

在汽車行駛的過程中，汽車液壓轉向系統會發生各種各樣的問題，有時候，汽車會發生異常跑偏的現象，難以對其進行控制，這種情況發生的原因可能是汽車液壓轉向系統的油管出現了問題，油管存在堵塞或者漏油的現象，這樣液壓油就不能進入到汽車液壓轉向系統中，造成轉向吃力的情況；還有可能是動力缸中出現了泄露的現象，有空氣進入了其中，造成單方向的轉動吃力；液壓油本身出現的問題，液壓油變質也會造成這種情況的發生。在問題診斷的環節，要先把汽車進行熄火處理，然后對方向盤進行轉動，通過這樣的方式，來檢測控制閥能否自動開啟，如果不能，就要及時進行拆卸處理，對其進行細致的檢查；對于方向盤左右兩個方向存在用力差異的情況，基本上可以斷定為工作油液的問題，可以把原有的油液抽取出來，然后根據汽車的型號，注入合適的油液，油液的注入量一定要符合車輛的行駛標準。

4 結語

總之，轉向系統是車輛不可或缺的重要組成部分，其性能的優劣直接關系到車輛的操作穩定性。汽車轉向系與汽車的操縱穩定性有直接關聯，駕駛員的駕駛感受直接受汽車轉向性能優劣的影響。伴隨著世界上第一輛真正意義上的汽車的問世，機械式的轉向系統開始應用于汽車。隨著一個多世紀的發展，汽車工業逐漸趨于成熟，人們對于汽車轉向系統的要求也越來越越高。到目前為止汽車轉向系統已經發展有五代：機械傳動系統、液壓助力轉向、電控液壓助力轉向、電動助力轉向以及線控轉向。因此，本文的研究也就顯得十分的有意義。