汽车助力转向系统(汽车助力转向系统品牌)

大家在开车时,手扶方向盘轻轻一转,庞大而沉重的汽车就按照我们的意愿,向给定的方向稳定行驶了。很多人都知道,这是汽车的转向系统的功劳,就是它让汽车具有了转向的能力,如果没有它,我们直接扳动车轮转向,是根本不可能的。可是,大家有没有想过,汽车的转向为什么如此的轻盈呢?究竟是什么力量帮助我们转动了车轮?下面我们就来说说汽车的转向系统,以及汽车为什么需要转向助力。

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汽车在路上行驶,不可能是一条笔直的大道直达目的地,必然要随时改变行驶方向,因此汽车上必须要有转向系统,使汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。所以从汽车诞生的那一天起,就有了转向系统,只不过那时的转向系统比较简单,基本上就是用方向盘通过几个齿轮或拉杆直接驱动转向车轮。不过这也是一种简单的助力系统,是通过杠杆来增加在转向车轮上的作用力的,驾驶员加在方向盘上的操纵力,要比转向车轮所受到的阻力小很多。所以,绝对没有助力的转向系统是不存在的,只是由于动力源的不同,区分为机械助力转向系统和动力助力转向系统。

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如果汽车没有转向系统、直接由驾驶员驱动车轮转向会怎样?大家肯定会说这是不可能的,世界上哪有这样的二傻子?事实上这样的汽车是存在的,我们常见的正三轮把式转向汽车,它就是由驾驶员直接驱动车轮转向的。只是这样的汽车车重较轻,转向轮负荷较小,可以用人力直接驱动,说白了就跟我们骑的自行车、摩托车是一样的。而现在的汽车,即使是最小的家庭轿车车重也在一吨以上。假设转向轮负重500公斤,车轮与地面摩擦系数0.8,那么使车轮转动的力就需要400公斤,显然这就不是人力所及的了,更别说那些动辄几十上百吨的大卡车了,转向车轮负重几千公斤,使转向轮转动的力需要上万牛,这种情况下如果没有助力系统,汽车是无法使用的。

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所以,随着汽车的发展进步,汽车转向车轮的负重越来越大,汽车的转向系统也就越来越复杂、越来越重要了。在汽车上用来改变汽车行驶方向的专设机构总称为汽车转向系统,它的作用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶,根据转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统,主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成。

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从转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构,它主要由转向盘、转向轴、转向柱管及其吸能装置组成。转向盘又称方向盘,是由转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接。现代汽车的转向盘非常复杂,装有喇叭按钮、安全气囊等。在多功能方向盘上还集中安装了音响操纵按钮、定速巡航按钮、换挡拨片等装置。转向轴是连接转向盘和转向器的传动件,转向柱管固定在车身上,转向轴从转向柱管中穿过,支承在柱管内的轴承和衬套上。

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需要注意的是,现在的汽车非常注重安全性能。而汽车的方向盘在汽车发生严重碰撞时,会直接伤害驾驶员。数据表明:车辆碰撞时,人体受到的伤害大约有35%是由方向盘造成的,并且方向盘大多会撞向人体的胸腹部,往往会造成致命的伤害。所以,研究安全的方向盘及转向操纵机构是汽车安全的一个重要课题,所以现在的汽车上使用的基本都是吸能式方向盘和吸能式转向柱管。吸能式方向盘在撞车时,转向盘骨架会产生变形以吸收能量,减轻驾驶员受伤的程度,转向盘柔软的外表面也有缓冲保护作用。吸能式转向柱管是指在 汽车发生严重碰撞时,转向轴会从中间自动断开或压缩吸能,吸收冲击能量,从而缓和转向盘对驾驶员的冲击,减轻驾驶员所受到伤害。

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转向器又名转向机、方向机,是转向系统中的减速增扭传动装置,它的作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。它是汽车转向系中最重要的部件,按结构型式可以分为齿轮齿条式、蜗杆滚轮式、蜗杆曲柄销式和循环球式等几种。其中齿轮齿条式轿车、微型货车和轻型货车最常使用的转向器,它的基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条,当转向轴带动小齿轮旋转时,齿条便做直线运动。它结构简单,成本低廉,转向灵敏,体积小,可以直接带动横拉杆,可以与独立悬架系统配套使用。而其它的几种基本都是应用在卡车上,其中以循环球式转向器应用最为广泛,它是在螺杆和齿条螺母之间装有可循环滚动的钢球,使滑动摩擦变为滚动摩擦,从而提高了传动效率,具有操纵轻便,磨损小,寿命长等优点。

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从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。它的功用是使左右转向车轮按一定规律进行偏转,实现汽车转向。主要由由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件组成。一般汽车在转向行驶时,为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力,减轻轮胎磨损,要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动,即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。这种运动关系的建立主要就是由转向梯形机构来保证的,一般内侧转向轮的转向角度要比外侧转向轮的角度更大一点,这样才能保证车身转弯的平顺,此时两侧转向轮偏转角之间的函数关系称为理想关系式。在车轮向内侧打死的情况下,外侧轮和内侧轮的转向角度不一致产生的夹角,称作阿克曼角。有些车型在转向打死时转向车轮与地面之间滑动、异响,就是这个阿克曼角设计不合理导致的。

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一般转向车轮的偏转角度在35~38°之间,但是方向盘却可以转3~6圈,这就涉及到一个概念:转向系统传动比。表述的参数有转向器角传动比(i₁)、转向传动机构角传动比(i₂)、转向系统角传动比(i₃),它们的关系是i₃=i₁·i₂。转向系统角传动比i₃越大,转向系统对驾驶员操纵力的放大倍数越大,转向就越轻,但转向灵敏度会下降,转向盘的圈数会增加。所以,在设计转向系统角传动比时,要兼顾省力与操纵灵敏两方面的要求。一般货车的转向系统角传动比为16~32之间,轿车的转向系统角传动比为12~20之间。这个数值也可以看做是机械助力转向系统的转向力放大倍数,比如说在转向盘上施加10公斤力,转向系统角传动比为20,那么最终作用在转向车轮上的作用力就是200公斤力。

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但是现在的汽车越来越追求操作轻便性和灵敏度。一般要求转向盘的总圈数不应该超过5圈,驾驶员施加在转向盘上的作用力不超过3公斤力,极限数值不得超过25公斤力。但是现在越来越多的汽车使用前轮驱动,使前轴的负荷越来愈大,并且广泛使用低压轮胎,使转向阻力矩越来越大。这种情况下,机械助力转向系统就很难满足需求了,甚至根本不可能了,因此使用其它动力来驱动转向车轮偏转的动力转向系统就应运而生了。

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动力转向系统是将发动机输出的部分机械能转化为压力能(或电能),并在驾驶员控制下,对转向传动机构或转向器中某一传动件施加辅助作用力,使转向轮偏摆,以实现汽车转向的一系列装置。动力转向系统最大的优点是可以减轻驾驶员的劳动强度,并且使汽车操纵灵敏,所以现在的汽车基本都安装了动力转向系统。它主要由机械转向器和转向加力装置组成,根据助力能源形式的不同可以分为液压助力、气压助力和电动机助力三种类型。其中液压助力转向系统和电动助力转向系统应用较为普遍,气压助力现在极少使用。

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机械液压助力是我们最常见的一种助力方式,英文简称为HPS,它是将一部分发动机动力输出转化成转向泵压力,对转向系统施加辅助作用力,从而使转向车轮实现转向。它的主要组成部分有转向泵、油管、压力流体控制阀(转向器)、V型传动皮带、储油罐等等。根据系统内液流方式的不同可以分为常压式液压助力和常流式液压助力,现在大多数液压转向助力系统都采用常流式。它的工作原理是:当方向盘未转动时,活塞两侧腔室内压力一致,处于平衡状态。方向盘转动时,连接在转向柱上的机械控制阀就会相应的打开或关闭,一侧油液不再经过液压缸而直接回流至储油罐,另一侧油液继续注入液压缸内,活塞两侧产生压差,便会在液力的作用下被推动,进而产生辅助力,此时我们便会感受到转动方向盘不那么费力了。

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机械液压助力转向系统的优点是转向动力充沛、操控精准、路感直接、技术成熟、可靠性高、平均制造成本低;缺点是需要消耗发动机的动力、增加油耗、系统结构复杂、后期维护保养成本较高,并且不能随车速改变而改变助力的大小。因此,现在机械液压助力转向系统更多的应用在卡车、越野车等对转向助力要求较大的车型上,在轿车上应用的越来越少了。

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电子液压助力转向系统英文简称为EHPS,它的基本结构与机械液压助力转向系统类似,最大的区别是这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动,而是由电动机来驱动,并且在此基础上加装了电控系统,使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关,还与车速相关,实现了随速转向。车速传感器监控车速,电控单元获取数据后通过控制转向控制阀的开启程度改变油液压力,从而实现转向助力力度的大小调节。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀,新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向ECU等。

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电子液压助力转向系统拥有机械液压助力转向系统全部的优点,并且还降低了能耗,转向操控更加灵敏,转向助力的大小能根据转角、车速等参数自行调节,使汽车操控性更好,初步实现了低速操控轻便、高速沉重稳定的随速转向目的;它的缺点是由于引入了很多电子单元,其制造、维修成本也会相应增加,使用稳定性也不如机械液压式的可靠,后期仍需进行定期维护。这种转向助力系统应用的不多,属于一种过渡性的系统,在轿车上只有福克斯还在使用。

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电动助力转向系统英文简称EPS,它是由助力电机直接驱动转向传动装置提供转向助力,从而使转向轻便。该系统由转向传感装置、车速传感器、助力机械装置、提供转向助力电机及微电脑控制单元组成。它的工作原理是:微电脑控制单元根据转向传感装置和车速传感器传出的信号,确定转向助力的大小和方向,并驱动电机辅助转向操作。驾驶员在操纵方向盘进行转向时,转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小,将电压信号输送到电子控制单元,电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机控制器发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力。汽车不转向时,电子控制单元不向电动机控制器发出指令,电动机不工作。

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电动助力转向系统的优点很多,比如结构简单、质量小、效率高、能耗低、反应灵敏、滞后小、驾驶员的“路感”好、调整简单、装配灵活等,还有非常重要的一点是系统的扩展性好,可以在此基础上实现车道保持、车道偏离预警、甚至是自动驾驶等功能;它的主要缺点是转向辅助动力较小、难以用于大型车辆,同时大量的电气部件会增加故障点,使系统可靠性降低,另外还有过热保护、系统死机等现象。不过瑕不掩瑜,它的优点是远大于缺点的,所以电动助力转向系统在轿车上应用的越来越广泛,它是汽车转向系统的发展方向。

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还有一种特殊的转向系统,称为线控转向系统。它的特点是在转向盘与转向器之间没有刚性连接,转向盘事实上就是一个信号输出端,它把驾驶员的驾驶意图和车辆的行驶状态用传感器记录下来,然后通过数据线将信号传递给车载电脑,电脑据此做出判断并控制转向助力电机提供相应的转向力,使转向轮偏转相应角度实现转向。这种转向系统可靠性和安全性还没有得到广泛的认可,也不被广大车主接受,应用的较少,目前只有因菲尼迪Q50轿车采用了这种线控转向系统。

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综上所述,现在的汽车基本都使用了动力转向系统,不使用动力转向助力是不可想象的。很多老司机都开过以前的解放141、东风140等汽车,这些车就没有动力转向,只是机械助力,开起来简直累死个人,原地打方向力气小的根本打不动。所以,无论是从减轻驾驶员劳动强度的角度出发,还是从汽车操纵灵敏度的角度出发,都应该使用助力转向。

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