车辆线控转向系统|电力系统

现代汽车转向系统采用了许多新的设计思想和技术，其研究最终集中在线控转向系统上。下面按时间顺序介绍线控转向系统发展过程中的重要事件和突破。

由于目前大多数汽车动力转向系统中的泵始终处于工作状态，导致相当多的动力被消耗，这种消耗除了浪费燃料没有任何用处。现在生产的一些汽车里使用了一种替代动力转向系统中的泵的设备，这种新的泵在不需要动力转向系统辅助转向时，可以减少高速情况下泵出的液体量，因此能减小发动机功率损耗。

接着出现的是电动液压系统。在这种系统中，由一个变速运行的电机来为转向泵提供动力。这样引擎高速运转时电机可以停止运行来减小不必要的功率损耗。

转向技术进一步发展，电动转向系统应运而生。在这种系统中完全摒弃了液压装置，取而代之的是将电机直接安装在齿条杆上帮助转向。同时在方向盘上巧妙安装了电子传感器，来将信号传递给控制系统，从而控制齿条上的电机，这能使电机提供合适的辅助动力。

汽车转向系统不断的演变和突破最终导致了线控转向系统的研究。在这种系统中，方向盘和车轮转向间的机械连接将会彻底地取消，而完全以电子控制系统替代。转向的方式将变成由传感器发出信号告诉汽车，驾驶者想让车轮如何转动。在这种转向系统中，电动机还能给驾驶者提供更多的信息反馈。

4.6.5.1 常规转向系统和线控转向系统的对比

当前的手动转向系统（齿轮和齿条转向系统和循环球式转向系统）主要的优点是技术非常成熟且被广泛了解，主要的缺点是随着车轴负载和车轮宽度的增加，转向时非常费劲。为了解决这个问题，出现了液压动力转向系统。尽管液压动力转向系统减小了转向时所需要的力并在液压减小时可以手动转向，但使用液压以及驱动增压泵会损耗大量的能量。由于种种原因，传统的转向系统通常已不再采用。首先，在研究汽车碰撞结构中，转向杆一直是个棘手难题。其次转向装置对发动机的安装也有影响。同时值得注意的是液压系统地放置也成为了一个很重要的问题。驾驶辅助系统也只允许纵向的干扰（如ABS防抱死制动系统，ASC引擎运动自动稳定控制系统，刹车和DSC车身动态控制系统），转向系统中横向的干扰会极大地影响主动安全性。

随着电动转向系统的发展，转向辅助可以自由起停，能耗更小，并且可以不再需要液压装置。这种系统存在的问题是不再有和驾驶者无关的自动转向辅助，并且造成麻烦的驾驶杆仍然存在。因为有机械连接部分，这种系统还不是线控系统。

有的线控转向系统把机械或液压装置作为备用。这种系统的优点是具有不依赖驾驶者的独立转向辅助，缺点是需要安全切换且备用的系统的功能没有保障。当使用机械备用系统，液压系统就不需要，但是驾驶杆和离合器装置仍然存在，这导致装配的困难。同样，如果选择液压备用系统，驾驶杆可以不用，但却需要液压装置和增压泵，这些最终导致电气冗余线控转向系统的出现。这种系统中，不需要驾驶杆和液压装置，因此也不需要液压或机械切换装置。这种系统充分利用了全线控技术的优势，因此只需要一种系统，而不像带机械或液压后备动力转向系统那样需要三个系统（标准、备份和切换装置）。采用该系统惟一的问题是需要为电气冗余系统提供良好的安全方案。

4.6.5.2 线控转向系统的组成

目前的转向系统通常具有机械连接部分，这些部分在未来将被线控转向系统所取代，在该系统中，驾驶者的转向意图通过电子信号来传达。使用线控转向系统最明显的好处是减少了系统机构，消除了液压装置。在图4-47所示的线控转向系统中，电动执行装置被安装在车轮上，执行通常的液压辅助转向工作，因此不需要真空增压器、力矩传递系统、软管、夹具和液压液。(www.xing528.com)

图4-47 典型线控转向系统元件

线控转向系统包括一些主要的部分。与方向盘直接相连的是转向传感器，这种传感器与驾驶仿真游戏中的传感器类型非常相似。转向传感器设计的目的是为了“解释”驾驶者的驾驶意图并且将信息传递给控制器。同样，转向传感器也会读取控制器送出的反馈信息。例如，控制器可以得到方向盘转向时会有多大的阻力以及何种响应应该传达给驾驶者。简而言之，控制器会整理所得到的信息，判断哪些是不需要的，哪些是希望传达给驾驶者的。例如道路振动和发动机振动会产生非有效信号，这些信号能被系统消除来实现更准确驾驶。信号通过导线传达到控制箱，控制箱的作用是将信息送给所要执行的电气元件。因此，控制箱扮演了整个系统大脑的角色，告诉线控转向系统中每个特定的元件在特定的时间执行指定的任务。然后，安装在转向系统中的转向器，接收控制器发出的信号来控制车轮的转向。转向器系统包括一台电机，电机的作用是在汽车转向时执行转向操作。这台独立的电机相当于常规液压动力转向装置，接收驾驶者的转向动作并且放大这种作用力，以使车轮向正确的方向转动。

在当前的机械系统中，驾驶者通过感官接受机械系统正负反馈，以判断运行状态。然而事实是，机械转向系统在某些时候会“说谎”。例如，当轮胎接近转向极限时，从方向盘上感觉到的转矩会有轻微的减小，但大多数的驾驶者并不会注意到这一点。只有当轮胎开始发出刺耳的尖叫和转向锁定增加时，驾驶者才会注意到轮胎已经达到了转向极限。在线控转向系统中，这种情况下如果驾驶者增加或者减少转向锁定过多，转向系统会根据汽车稳定系统的信息来改变前轮的转向角度，而不管驾驶者的操作。这样会使得转向系统更加精确，同时减少汽车不必要的磨损。

在线控转向系统设计中可以尝试很多新方法。其中之一是变传动比。采用这种设计方法，汽车在低速运行时，方向盘可以用最小的力转动。驾驶者轻微转动方向盘的动作传达到转向传感器上可以造成前轮角度发生很大改变。这样的好处是并排停车会变得很容易，因为停车时只需要转动方向盘20～30°。相反地，当汽车的行驶速度增加时，转向传动变比可以向常规值改变，此时，汽车高速运行时可以具有和运动型赛车一样的操纵和驾驶性能。

线控转向系统最主要的目标是将驾驶者从繁杂的操作中解放出来和帮助驾驶者应对危急情况，以增加汽车的安全性。这种技术同样在使汽车驾驶更加友好和制造成本更加低廉上具有很大的潜力。由于移除许多的机械部分，因此原材料使用更加有效，并且可以更自由地进行汽车内部布局。因为智能化电子系统的使用，保障系统可以更加精确，具有更小的发动机磨损，更高的燃料效率以及更少的维护要求。

4.6.5.3 线控转向系统的优点

使用线控转向系统后，不再需要转向杆，这意味着被动安全性/撞击性能的提升（非侵入、安全气囊位置）的提高。另外，利用线控转向系统，很容易在左侧和右侧驾驶汽车之间进行转移，所以给生产带来了很大的便利。此外，系统采用“干”的执行装置和局部液体（用油少，环保），极大地减小能量的损耗。而机械上完全解耦的转向盘，可从根本上消除前面提及的驾驶者感官被欺骗可能性。

总地来说，线控转向系统不需要转向轴，节省了发动机仓的空间，同时减少了汽车内的振动感，从而带给驾驶者更安全的驾驶环境。这种技术具有使汽车更加环保、成本更低的潜力。因为线控转向系统中移除了许多机械部件，因此材料利用率更高，内部空间布置更自由，同时，智能化系统更加准确和精确，这些必然会产生更小的引擎磨损，更高的燃料效率以及更少的维护要求。除此之外，这种新的系统仍有潜力，在不久的将来可以挖掘出更多的优点。