汽車(chē)轉向技術(shù)的發(fā)展歷史

汽車(chē)轉向系統是汽車(chē)上的重要構件，其性能的好壞直接決定汽車(chē)操縱穩定性能的好壞，作為人與汽車(chē)之間的重要連接工具，它隨著(zhù)汽車(chē)整體的發(fā)展和新技術(shù)的出現而推陳出新，改善了駕駛員的駕駛環(huán)境。
1、機械轉向系統
機械轉向系是以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械，其廣泛應用于早期汽車(chē)以及現代的簡(jiǎn)易車(chē)輛上。齒輪齒條式轉向器在1885 年被應用在“本茨”汽車(chē)上。因為其具有結構簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量輕，剛性大，轉向靈敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高的特點(diǎn)，被廣泛應用于輕型車(chē)輛上。例如：紅旗CA7220 型轎車(chē)，天津TJ1010型微型轎車(chē)。
循環(huán)球式轉向器是國內工廠(chǎng)采用較多的轉向器，它具有傳動(dòng)效率高（正傳動(dòng)效率高達90%~95%），嚙合平穩、剛性好、轉向輕便、靈活的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各類(lèi)各級汽車(chē)上。例如：
解放CA1040 型系列輕型載貨汽車(chē)，北京BJ1041輕型載貨汽車(chē)等。
蝸桿曲柄指銷(xiāo)式轉向器通常用于轉向力較大的載貨汽車(chē)和拖拉機上。例如：東風(fēng)EQ1090E型汽車(chē)，豐收-300 型拖拉機等。
機械轉向系統從汽車(chē)誕生到現在已經(jīng)經(jīng)歷了100 多年的發(fā)展，結構上的創(chuàng )新使得現在的機械轉向系統更穩定、更易操作、更安全。
2、助力轉向系統
機械轉向系統雖然具有工作可靠，結構簡(jiǎn)單，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，但在操作拖拉機等大型車(chē)輛時(shí)，往往會(huì )使人感到疲勞，操作不靈敏。為了追求更加輕便的操作方式，充分發(fā)揮助力轉向技術(shù)的優(yōu)勢，車(chē)輛上出現了機械式液壓助力轉向、電液助力轉向和電動(dòng)助力轉向等助力轉向系統。
2.1 機械式液壓助力轉向系HPS（Hydraulic PowerSteering）
液壓助力轉向是利用液壓傳力的原理，駕駛員只需要對機械作用一個(gè)較小的力就能在轉向輪上產(chǎn)生一個(gè)較大的效果。
與傳統機械式轉向系統相比，機械式液壓轉向系統容易安裝，布置靈活，整個(gè)原件幾乎沒(méi)有需要潤滑的部分，不存在磨損問(wèn)題，保養簡(jiǎn)單，且其轉向力是由液壓產(chǎn)生，因此可以實(shí)現助力；但是無(wú)論駕駛員轉向與否，液壓系統一直處于工作狀態(tài)，低溫工作性較差。
機械式液壓助力轉向系統應用在不同車(chē)輛上有幾種不同的類(lèi)型，如并聯(lián)式轉向系統（圖1）、串聯(lián)式轉向系統（圖2）、分置式轉向系統（圖3）。
近年來(lái)，機械式液壓助力轉向在國外得到越來(lái)越廣泛的應用。美國查爾林恩公司、丹麥丹佛斯公司生產(chǎn)的種奧爾比特全液壓轉向系統，英國的裴麗斯公司生產(chǎn)的全液壓轉向系統，美國若斯公司生產(chǎn)的新型全液壓轉向機構等，都是基于液壓技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。
2.2 電液助力轉向系EHPS（Electric Hydraulic PowerSteering）
隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)以電子技術(shù)為指導的電控助力轉向系統成為一個(gè)新的發(fā)展方向。
電液助力轉向系統是從液壓助力轉向系統發(fā)展而來(lái)，該系統采用電動(dòng)機驅動(dòng)轉向泵，由于電機的轉速可調、可以即時(shí)關(guān)閉，所以也能夠起到降低功率消耗的功效；但是它沒(méi)有解決液壓助力轉向系統在系統布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的缺陷，同時(shí)也存在著(zhù)液壓油泄漏，不便安裝維修和檢測的缺點(diǎn)（圖4 和圖5 分別為電液助力轉向的工作原理圖和實(shí)物圖）。
電子液壓助力從20 世紀90 年代后期開(kāi)始逐漸普及，福特、大眾、豐田、本田、馬自達、標致、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統的車(chē)型。馬自達3、凱旋等車(chē)型使用的都是這樣的系統。但是，電液助力成本高、助力力度有限、可靠性不及機械液壓助力，所以電液助力轉向無(wú)法取代機械液壓助力轉向。
2.3 電動(dòng)助力轉向系統EPS（Electric Power Steering）
電動(dòng)助力轉向系統不同于電液助力轉向系統，它是在傳統機械轉向機構的基礎上增加信號傳感器裝置、電子控制裝置和轉向助力機構等。
電動(dòng)助力轉向系統結構緊湊，安裝方便，在調整和檢測、裝配自動(dòng)化方面有明顯的優(yōu)勢；零件較少，質(zhì)量較輕，與機械轉向系和液壓助力轉向相比具有較低噪聲；而且電動(dòng)助力轉向對環(huán)境影響小，不存在液壓助力轉向中的滲油問(wèn)題，低溫工作性較好；電控助力轉向目前還處于開(kāi)發(fā)階段，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究。
根據電動(dòng)機轉矩施加位置和機械結構不同，電動(dòng)助力轉向可分為管柱式電動(dòng)助力轉向、小齒輪式電動(dòng)助力轉向和齒條式電動(dòng)助力轉向3 類(lèi)。管柱式電動(dòng)助力轉向（C-EPS）如圖6 所示，助力電機安裝于轉向管柱上，電機助力轉矩作用于轉向管柱上；齒輪式電動(dòng)助力轉向（P-EPS）如圖7 所示，助力電機和減速機構布置在轉向齒輪上，電機助力轉矩作用于轉向齒輪上；齒條式電動(dòng)助力轉向（R-EPS）如圖8 所示，助力電機和減速機構布置在轉向齒條上，電機助力轉矩作用于轉向齒條上[4]。
1988 年2 月日本鈴木公司在其Cervo 車(chē)
上裝備汽車(chē)電動(dòng)助力轉向。在此之后，電動(dòng)助力轉向技術(shù)迅速發(fā)展。大發(fā)、三菱、本田、德?tīng)柛Ｆ?chē)系統公司先后研制出電動(dòng)助力轉向系統并裝配在其產(chǎn)品上。當前電動(dòng)助力轉向已經(jīng)在輕型車(chē)上得到應用，其性能已經(jīng)得到人們的普遍認可，隨著(zhù)直流電機性能的改進(jìn)，電動(dòng)助力能力的提高，其應用范圍將進(jìn)一步拓寬。
3、線(xiàn)控轉向系統（Steer-by-wire）
汽車(chē)線(xiàn)控技術(shù)是將駕駛員的操縱動(dòng)作經(jīng)過(guò)傳感器變成電信號，通過(guò)電纜直接傳輸到執行機構的一種系統[5]。作為目前先進(jìn)的轉向系統，它幾乎具備了機械轉向、助力轉向的所有優(yōu)點(diǎn)，成為轉向系統中令人耳目一新的技術(shù)。線(xiàn)控轉向技術(shù)具有轉動(dòng)效率高，響應時(shí)間短的特點(diǎn)，能根據車(chē)速、牽引力等參數實(shí)時(shí)改變轉向比率，提高了汽車(chē)碰撞安全性和整車(chē)主動(dòng)安全性，具有良好的操縱性，但是目前這一技術(shù)主要應用在概念車(chē)上。
德國奔馳公司在1990 年開(kāi)始了前輪線(xiàn)控轉向的研究，并將它開(kāi)發(fā)的線(xiàn)控轉向系統應用于概念車(chē)F400Carving 上。隨后， Daimler-Chrysler 推出線(xiàn)控驅動(dòng)概念車(chē)R129。這項控制技術(shù)被列為2000 年汽車(chē)新技術(shù)之一。美國通用汽車(chē)公司展示了概念車(chē)“Autonomy”，并在Autonomy 基礎上開(kāi)發(fā)了首輛可駕駛的線(xiàn)控燃料電池車(chē)Hy-Wire 概念車(chē)。2003 年，豐田也展示了采用線(xiàn)控技術(shù)的Fine-S 燃料電池概念車(chē)；在2005 年北美車(chē)展上，通用推出了新一代氫燃料電池和線(xiàn)控技術(shù)概念車(chē)Sequel[6]。隨著(zhù)電子元件成本的降低、電源技術(shù)的發(fā)展以及可靠性和控制算法的提高，線(xiàn)控轉向技術(shù)以及其他線(xiàn)控技術(shù)會(huì )在不久的將來(lái)全面替代傳統的機械結構系統。