驾驶员根据路况情况来判断行驶路径,而在选择最优路径的时候,必将改变行驶方向,这就是汽车转向[3][4]。转向系统就是通过一系列的零件组合成一个机构来完成和辅助转向。因此,汽车转向系统的作用[5]就是让汽车能在驾驶员的意识下进行转向、保证良好的操纵性、方向盘自动回正、把地面传回的冲击力减到最小。86281
汽车转向系统大致可以分为机械式转向系统[3]、动力转向系统[3]、电子控制动力转向系统(EPS)[3]三大类。
机械转向系统主要包含了三大机构,机械式转向器、转向传动机构、转向操纵机构。机械式转向系统没有辅助装置,因而人力和驾驶员的经验显得很宝贵。该转向系统结构简单并且可以给驾驶员提供良好的路感。然而,由于都是靠人力实现,其操纵强度大,灵敏性差,对驾驶员的要求很高。论文网
在机械式转向系统的基础上加装一套助力装置,通过助力来辅助转向,这就是电动转向系统。汽车实现转向是通过转向轮的偏摆来完成的,动力转向系统是通过给转向器提供一种辅助动力来辅助转向,不只是单纯依靠人力。这样的一种辅助动力来自发动机转化而来的电能。这就是与机械式转向系统的区别所在。根据所使用的能源形式的不同可以分为液压助力转向系统、气压助力转向系统。液压助力转向系统又可分为常压式液压助力转向系统,该系统工作管路中总是保持高压。还有一个广泛应用于各种汽车的常流式液压助力转向系统。还有一个电控的电控液压助力转向系统。该系统是在传统的液压系统上加装了电控系统,例如:丰田的雷克萨斯LS400。
装有液压转向系统的车不论是否转向,油泵一直处于工作状态。发动机转速偏高时,由于油泵一直处于工作状态,导致液压油在油泵内不断地循环流动。因此发热不断,能量通过热量的形式损失,而汽车内所有的能量都来自于燃油,不断增加的损耗,就导致高的耗油量。为了降低这一油耗,电动助力转向系统应运而生。这种系统由电控系统(ECU)、直流电机、传感器等组成。优点:不直接消耗发动机动力,节能、不需要使用路管、安装自由。
由于液压转向系统零部件多,体积略大,所以这一助力系统想要应用在微型汽车上就显得很尴尬。微型汽车是微型的,所以它的空间很有限,给安装带来麻烦。而新兴的EPS电动助力系统由于零件数少,体积小,便于安装,种种优势促使其在微型汽车上迅速发展。1988年时,EPS在日本取得了巨大的发展,原因在于由于铃木公司的牵头,大发、三菱、本田跟竞相跟随在自己旗下的车上安装EPS系统,并不断开发新技术。欧美的汽车公司未曾抓住先机,整整落后十年才开始研究自己的EPS系统,由于资金投入大,研究开发力度大。EPS系统被众多公司争相开发,目前不同的车型配有专门的EPS,现在大部分汽车都安装了EPS。
国内的现状是不少机构、公司、学校已经着手研发EPS系统,并制造成功投入实践应用。吉林大学最早开始对EPS研究的。为了研究其开发了专门用于EPS的试验台,用来进行助力特性和控制策略的研究。北京理工大学是国内率先开展电动客车电动助力转向系统研究的高效,它也是从EPS转向系统开始,起步稍晚于吉林大学,而其研究领域涉及广,如电动客车电控液压助力转向系统、轿车电动助力转向系统和轿车线控转向系统。清华大学、天津大学、华中科技大学也先后研究。国内比较大的汽车公司如铃木、吉利、广州本田、重庆长安等也设立部门专门研究EPS,并安装在部分车上。
电动助力转向系统作为新兴技术,这些年势头正旺,发展迅速。但是该系统的研究并不是顺风顺水,仍然有不少难题等待攻克与解决,例如:助力电机的研究(影响控制的难易程度)、传感器技术(成本控制)、控制策略的研究。