认识汽车的转向系统

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  除了驾驶室裸露的一部分转向管柱外,转向系统的其他部件多数是看不见的,其实它们是在仪表盘下面,一直延伸到汽车前桥,还有转向系统的主要执行机构:转向器及其他附件。
  目前常见的转向系统分为机械转向系统和助力转向系统两大类。
  机械转向系统
  在机械转向系统中,汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘,通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。通常根据机械式转向器形式可以分为:齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。目前部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。
  助力转向系统
  所谓助力转向,是指借助外力,使驾驶者用更少的力就能完成转向。起初应用于一些大型车上,不用那么费力就能够轻松地完成转向。现在已经广泛应用于各种车型上,使得驾驶更加轻松、敏捷,一定程度上提高了驾驶安全性。助力转向按动力的来源可分为液压助力和电动助力两种。


  机械式液压助力转向
  从上世纪40年代起,为减轻驾驶员体力负担,汽车制造商开始在机械转向系统基础上增加了液压助力系统(HPS,Hydraulic Power Steering),通过液压系统向转向运动提供助力,由此减少驾驶员作用在方向盘上的力,降低驾驶员的体力消耗,让开车变得更加轻松。
  机械式液压助力系统主要包括齿轮齿条转向结构和液压系统(液压助力泵、液压缸、活塞等)两部分。工作原理是通过液压泵(由发动机皮带带动)提供油压推动活塞,进而产生辅助力推动转向拉杆,辅助车轮转向。
  当方向盘转动时,转向控制阀就会相应的打开或关闭,一侧油液不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,这样活塞两侧就会产生压差而被推动,进而产生辅助力推动转向拉杆,使转向更加轻松。
  在液压转向系统中,如车轮的剧烈跳动和遇到坑洼路面导致轮胎出现非自主的转向时,可以通过液压对活塞的作用能够很好的缓冲和吸收震动,使传递到方向盘上的震动大大减少。机械液压助力技术成熟稳定,可靠性高,应用广泛。
  不过,机械式液压助力系统结构较复杂,维护成本较高;助力力度不可调节,转向特性受驾驶员驾驶技术的影响较大;经济性差,一般轿车每行驶100公里要多消耗0.3~0.4升的燃料;还存在液压油泄漏问题,会对环境造成污染。


  电液助力转向系统
  近年来,随着电子技术的不断发展,转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。
  电液助力转向可以分为两大类:电动液压助力转向系统(EHPS,Electro-Hydraulic Power Steering)和电控液压助力转向(ECHPS,Electronically Controlled Hydraulic Power Steering)。
  电液助力转向系统的结构原理与机械式液压助力大体相同,最大的区别在于液压泵的驱动方式有所不同。机械式液压助力系统的液压泵直接是通过发动机皮带驱动的,而电液助力系统采用的是由电力驱动的液压泵。


  电液助力转向系统的电子液压泵,不用消耗发动机本身的动力,而且电子泵可在不需要转向时关闭,能进一步减少能耗。另外,电液动力转向系统通过车速传感器将车速传递给电子元件,或微型计算机系统,控制电液转换装置改变动力转向的助力特性,使驾驶员的转向操纵力根据车速和行驶条件变化而改变,即在低速行驶或转急弯时驾驶员能以很小的力量进行转向,在高速行驶时则要施加较大的力量才能转向,从而增加行驶稳定性。
  电液助力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件,或微型计算机系统,控制电液转换装置改变动力转向的助力特性,使驾驶员的转向操纵力根据车速和行驶条件变化而改变,即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向操纵力进行操作,在高速行驶时能以稍重的转向操纵力进行稳定操作,使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。
  电液助力转向系统相比机械液压助力转向系统,降低了能源损耗,但电液动力转向系统与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。
  电动助力转向系统
  电动助力转向系统(EPS, Electric Power Steering)主要由传感器、控制单元和助力电机构成。在方向盘转动时,位于转向柱位置的转矩传感器将转动信号传到控制器,控制器通过运算修正给电机提供适当的电压,驱动电机转动。而电动机输出的扭矩经减速机构放大后推动转向柱或转向拉杆,从而提供转向助力。1988年2月日本铃木公司首次在其微型汽车Cervo车上装备电动助力转向系统,目前电动助力转向系统主要应用在轿车上,并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展。
  电动助力转向系统可以根据速度及路况改变助力的大小,减轻汽车低速行驶时的转向操纵力,提高汽车高速行驶时的转向稳定性,进而提高汽车的主动安全性。电动助力转向系统只在转向时电动机才提供助力,因而能减少燃料消耗。没有了液压泵、液压管路、转向柱阀体等装置,电动助力转向系统结构非常简单,更易调整和检测,装配自动化程度更高,保修成本更低,并且有利于降低噪声。电动助力转向系统也没有渗油问题,减少了对环境的污染,并具有更好的低温工作性能。
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