郭丁漢（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

一、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究意義

近年來(lái)，隨著社會(huì)生活的汽車(chē)化，汽車(chē)的保有量不斷增加，由此造成交通情況錯(cuò)綜復(fù)雜，使得駕駛員轉(zhuǎn)向盤(pán)的操作頻率增大，這就需要減輕駕駛疲勞，提高操縱的輕便性和靈活性，因此對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。

安全、節(jié)能與環(huán)保是21世紀(jì)汽車(chē)發(fā)展的三大主題，而整個(gè)交通系統(tǒng)包括車(chē)-路-人三個(gè)部分，根據(jù)相關(guān)研究表明，其中人的因素是最主要的。由于人的性格、年齡、性別等方面的差異，使人的因素成為最難控制的因素。運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，研制和開(kāi)發(fā)車(chē)輛液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比控制、抗干擾控制等功能，將大大降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高車(chē)輛主動(dòng)安全性能，減少道路交通事故發(fā)生的可能，保護(hù)人民的生命安全和降低財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)開(kāi)發(fā)性能可靠、價(jià)格合理的車(chē)輛液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，2009年我國(guó)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)成為全球第一大汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)和汽車(chē)消費(fèi)國(guó)，而且隨著我國(guó)國(guó)民收入的增長(zhǎng)，消費(fèi)者對(duì)于車(chē)輛的安全性能也提出了更高的需求，成熟的車(chē)輛液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將成為車(chē)輛購(gòu)買(mǎi)時(shí)的選配之一，其市場(chǎng)前景極為廣闊。

車(chē)輛系統(tǒng)是一個(gè)集電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等各種高新技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，進(jìn)行全方位的研究一般情況下存在實(shí)際困難。受經(jīng)濟(jì)和科研條件限制，我國(guó)車(chē)輛整體研究要落后于世界先進(jìn)水平。但這并不意味著我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)?huì)永遠(yuǎn)無(wú)所作為，一直跟在發(fā)達(dá)國(guó)家后面邯鄲學(xué)步。結(jié)合我國(guó)國(guó)情（經(jīng)濟(jì)條件、工業(yè)條件、科研條件等），在某一方面或某些方面，進(jìn)行深入、細(xì)致的研究，將為我國(guó)車(chē)輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向方面的研究提供有價(jià)值的理論和技術(shù)支持，為今后的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問(wèn)題

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加液壓系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵工作，轉(zhuǎn)向控制閥控制油液流動(dòng)的方向和油液大小，提供轉(zhuǎn)向助力，減小駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩，降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。通常情況下，車(chē)輛轉(zhuǎn)向所需的轉(zhuǎn)矩是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)油泵所提供。液壓助力轉(zhuǎn)向存在以下缺點(diǎn)：

（1）液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車(chē)行駛時(shí)需要消耗一定的能量，增加了液壓油泵、液壓缸、油管和一些輔助裝置，增加的汽車(chē)行駛時(shí)的油耗，其燃油經(jīng)濟(jì)性較差，一般轎車(chē)每行駛一百公里需要多消耗0.3-0.4升的燃料。

（2）助力特性不能隨著車(chē)輛速度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)法兼顧車(chē)輛低速轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向路感。

（3）轉(zhuǎn)向回正性差。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在回正過(guò)程中，不可避免存在閥芯和閥套之間的殘余角，即轉(zhuǎn)向盤(pán)回到中間位置時(shí)助力壓差不能立即減少為零，形成阻礙回正的阻力矩，影響車(chē)輛轉(zhuǎn)向的回正特性。

國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀

1.德?tīng)柛Ｖ鲃?dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

德?tīng)柛５闹鲃?dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，在轉(zhuǎn)向管柱內(nèi)集成一個(gè)小行星齒輪箱，電機(jī)控制行星齒輪箱，增加或減小前輪轉(zhuǎn)向角度。轉(zhuǎn)向助力的大小則通過(guò)單獨(dú)控制的模塊控制。通過(guò)這兩個(gè)部分協(xié)調(diào)控制前輪轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩適應(yīng)道路調(diào)節(jié)和駕駛員轉(zhuǎn)向意圖的要求。德?tīng)柛Ｏ到y(tǒng)能有效改善車(chē)輛穩(wěn)定控制并采用理想的可變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，同時(shí)可以較好地獲得來(lái)自路面的轉(zhuǎn)向阻力、轉(zhuǎn)向回位性能和轉(zhuǎn)向路感等。

2.光洋精工液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

日本光洋精工在2005年5月18日～20日于日本橫濱Pacif i co會(huì)展中心舉辦的“2005年人與車(chē)科技展”上，展出了正在開(kāi)發(fā)的主動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置“差動(dòng)裝置型液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”。其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于寶馬采用的德國(guó)ZF Lenksysteme公司開(kāi)發(fā)的裝置，使用多個(gè)行星齒輪裝置，改變輪胎的后傾角。配置在豎軸中間，與主動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置之外的油壓動(dòng)力方向盤(pán)等助力裝置配合使用。

國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

主動(dòng)轉(zhuǎn)向作為一項(xiàng)汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)具有很大的潛在市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究主要集中在高校，尚處于控制技術(shù)的理論研究和實(shí)驗(yàn)室原理樣機(jī)的開(kāi)發(fā)階段。目前，吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)、江蘇大學(xué)、上海交通大學(xué)和北京航空航天大學(xué)等高校開(kāi)展了車(chē)輛液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面的研究。

吉林大學(xué)對(duì)于汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向控制進(jìn)行較為深入的研究。在分析裝載機(jī)路感特性的基礎(chǔ)上，提出控制策略，設(shè)計(jì)了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的自適應(yīng)PID控制器，實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的在線調(diào)整；利用Riccati方程對(duì)汽車(chē)線控轉(zhuǎn)向傳感器故障進(jìn)行了重構(gòu)研究，同時(shí)利用雙自適應(yīng)Kalman濾波對(duì)線控轉(zhuǎn)向傳感器進(jìn)行故障診斷，并進(jìn)行了容錯(cuò)控制。

江蘇大學(xué)提出了基于穩(wěn)態(tài)增益的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可變傳動(dòng)比模型，通過(guò)分析轉(zhuǎn)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的原理，根據(jù)前輪轉(zhuǎn)角和合成機(jī)理，分別建立了方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和疊加轉(zhuǎn)角的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)比較單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)速差，推導(dǎo)出基于雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)角隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)角及傳動(dòng)比的變化關(guān)系；為了改善汽車(chē)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向特性及其在高速直線行駛時(shí)的抗干擾能力，以車(chē)速為輸入變量，參考車(chē)輛系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益的變化范圍，構(gòu)建了可變傳動(dòng)比計(jì)算模型。

結(jié)論：由于技術(shù)和成本等諸方面的原因，目前液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在少數(shù)世界著名品牌高端車(chē)上應(yīng)用，國(guó)內(nèi)自主品牌至今尚未應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)性能可靠，價(jià)格較低的車(chē)輛液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不但可以打破國(guó)外公司的技術(shù)壟斷，還可以降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，使該系統(tǒng)安裝于我國(guó)自主品牌的高端車(chē)上，加速該系統(tǒng)的普及。

如何合理地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使汽車(chē)具有良好的操作性能，始終是設(shè)計(jì)人員的重要的研究課題。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種將液力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的新型機(jī)電一體化產(chǎn)品，作為中間產(chǎn)品起著承上啟下的作用，能提高轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的工作性能，降低系統(tǒng)的能耗，而且可以較大的轉(zhuǎn)向助力，滯后時(shí)間短，可吸引來(lái)自路面的沖擊。希望此次研究可以為國(guó)內(nèi)研發(fā)提供理論幫助和技術(shù)支持。