董云鵬 邱永威 連浩東

摘要：汽車轉向系統(tǒng)是隨著汽車發(fā)展逐漸完善起來的，最早的汽車轉向系統(tǒng)是純機械構造的，當前汽車的轉向系統(tǒng)主要是線控系統(tǒng)。筆者通過對汽車轉向百年發(fā)展歷程的研究，梳理汽車轉向系統(tǒng)發(fā)展脈絡，最后對汽車轉向系統(tǒng)的未來進行展望，以為以后汽車轉向系統(tǒng)的研究提供理論支撐。

關鍵詞：汽車轉向系統(tǒng);發(fā)展歷程;未來展望

汽車轉向系統(tǒng)不只是我們見到的方向盤等，還包括轉向安全系統(tǒng)等，駕駛者在駕駛過程中通過轉向系統(tǒng)能感受到汽車轉向性能的優(yōu)劣。汽車轉向系統(tǒng)是伴隨著第一臺真正意義上汽車的誕生而誕生，最早的汽車轉向系統(tǒng)是機械轉向系統(tǒng)。隨著100多年的發(fā)展，汽車技術不斷發(fā)展成熟，汽車轉向系統(tǒng)也日益完善。到現(xiàn)在為止，汽車轉向系統(tǒng)共經(jīng)歷了五代：機械傳動系統(tǒng)、液壓助力轉向、電控液壓助力轉向、電動助力轉向及線控轉向。筆者對上述轉向系統(tǒng)進行梳理，詳細介紹發(fā)展歷程。

一、機械式汽車轉向系統(tǒng)

眾所周知，世界上第一輛汽車是蒸汽驅動車，真正燃油汽車最早形態(tài)是三輪的。蒸汽車由于體積較大，笨重且速度慢，它的轉向裝置是方向柱、方向節(jié)鏈接完成轉向的，人們在駕駛過程當中轉向非常困難，如果操作不當甚至會出現(xiàn)車毀人亡的悲劇。19世紀末，汽車行業(yè)的祖師爺奔馳公司開發(fā)了汽油燃料汽車，其轉向系統(tǒng)是由齒輪鏈條式的，在轉向過程中仍然依靠轉向竿來保持汽車向前開進。正是奔馳公司對轉向系統(tǒng)革新，推動了汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。19世紀初，英國汽車制造商A.J.Drak從輪船的轉向系統(tǒng)得到靈感，將方向盤、轉向柱移植到汽車轉向裝置，這時開始才有真正意義上的汽車轉向系統(tǒng)。

開始使用方向盤作為汽車轉向系統(tǒng)裝置時，轉向柱不是現(xiàn)在彎曲狀而是直的，所以人們在駕駛汽車時為了能保持駕駛視野，必須戰(zhàn)立才能更容易的完成轉向。十年之后，戴姆勒公司的工人無意中發(fā)現(xiàn)了把轉向柱傾斜，不僅能使駕駛更加舒適，還能保持駕駛視野，經(jīng)過多次調(diào)整完善，戴姆勒公司制造了第一輛轉向柱與方向盤傾斜的汽車。汽車的駕駛系統(tǒng)真正開始走上了的快速成熟的道路。

二、液壓式助力轉向系統(tǒng)

在傳統(tǒng)機械轉向系統(tǒng)基本成熟后，由于其使用輕便，被廣泛使用在汽車上。但在一些大型汽車上，使用機械轉向器就會因為載量過重而阻力增大，導致轉向困難，為了進一步完善和發(fā)展轉向系統(tǒng)，在20世紀初各汽車公司相繼開發(fā)了多種轉向裝置。

汽車助力轉向裝置的開發(fā)者已經(jīng)無法論證其姓名，這個小裝置設計于1896年，其助力動力來源于電能，各種原因導致了這套裝置未被使用在轉向裝置上，所以其設計者更不被人所知。1900年前后，美國小伙Eobert E. Twyford驚人的發(fā)布了自己的設計的四驅車，而且申請了專利，其轉向系統(tǒng)采取的就是機械輔助轉向。兩年后，F(xiàn)rederick William Lanchester設計出了液壓輔助轉向裝置，并通過專利授權，但此時的液壓輔助轉向裝置未被產(chǎn)業(yè)化。1926年，還在美國的皮爾斯汽車公司工程師開發(fā)出了較為完善的液壓助力轉向系統(tǒng)，并隨后跳槽到通用公司，從1927年開始，通用的大貨車基本都使用了這種經(jīng)過改良的液壓助力轉向系統(tǒng)，大貨車在轉向過程中再也不會因為轉向難而頭疼。

有一點值得強調(diào)一下，20世紀三四十年代，汽車工程師在輪船用轉向系統(tǒng)的基礎上了，開發(fā)了五種汽車轉向裝置，并通過專利審核，為以后液壓助力的進一步完善提供了前提。20世界50年代，克萊斯勒第六代汽車已經(jīng)使用了更為成熟的液壓助力汽車轉向系統(tǒng)，并將這套系統(tǒng)取名為Hydraguide”，這套系統(tǒng)深受廣大駕駛者喜愛，凱迪拉克公司之后也開始使用這臺系統(tǒng)，1955年，這套系統(tǒng)成為了凱迪拉克汽車的標準配置。隨后經(jīng)過多年的完善和發(fā)展，液壓助力轉向系統(tǒng)被加拿大、歐洲各國所認可，20世紀80年代歐洲汽車基本都使用了這套轉向裝置。

三、電控液壓助力轉向與電動助力轉向

在液壓助力轉向裝置廣泛使用的同時，汽車整體也在發(fā)生著變化，整個汽車更加輕便，駕駛的舒適度也得到了提升。在轉向裝置上，由于液壓助力轉向裝置的動力來源于發(fā)動機，在一定程度上影響了汽車的行駛動力;并且面對高速行駛的汽車，完成的低速轉向時駕駛員必須進行大幅度轉矩才能完成相同角度轉向，這對于轉向效率來說，無疑是非常低的。20世紀60年代，通用集團開始為自己的汽車配置可變比例液壓助力轉向系統(tǒng)。

1970 年，法國雪鐵龍公司的工程師 Paul Magès 研究出了第一個市售的可變輔助動力轉向裝置，名為“DIRAVI”，并將其配備于雪鐵龍 SM 等車系中。這一裝置取消了方向盤與車輪間的硬性連接，克服了傳統(tǒng)液壓轉向系統(tǒng)轉向助力不能適應車速變化的缺點，使汽車在不同車速下能產(chǎn)生不同的轉向助力，同時汽車在停止時轉向盤可以自動回正，即使拿到現(xiàn)在來看，這一項技術也絲毫不落下風。

同年，日本鈴木公司設計出了第一個電動式助力轉向裝置，并將其裝備在 Cervo 車上，這就是我們目前最常用的 EPS 裝置。該裝置以電動機為驅動源，省去了液壓裝置中復雜的油路布置，并且根據(jù)通過 ECU 的控制來提供更加精確的轉向助力，一經(jīng)推出便贏得了各大汽車制造商的青睞。

可以說電控液壓助力裝置（EHPS）與電動助力轉向裝置（EPS）是同時期的科技產(chǎn)物，但是 EPS 憑借更加優(yōu)良的性能更受消費者和制造者的喜愛，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為絕大部分汽車的標配裝置。

四、線控轉向

汽車電子電器技術與控制技術的進一步發(fā)展為我們指明了未來汽車的發(fā)展方向——汽車電子化?；诖?，有人便大膽地做出嘗試，將汽車的一些機械傳動裝置換為電子裝置，以實現(xiàn)汽車轉向的完全電動化，這就是目前研究最火熱的線控轉向（SBW）。

裝備了 SBW 的汽車由于轉向系統(tǒng)沒有了機械結構的限制，汽車可以實現(xiàn)極其精準的轉向，從而使汽車的操縱穩(wěn)定性得到大幅度提升。不僅如此，機械結構的消除進一步精簡了汽車的外形，實現(xiàn)了汽車的輕量化，無形中也使車內(nèi)空間得到擴充，汽車可以在內(nèi)部搭載更多安全裝置或者應用娛樂裝置，使汽車安全性、實用性大大提升。

此外，SBW 可以通過 CAN 總線連接到ECU 上，與其他汽車電子電器設備協(xié)同作用，可以實現(xiàn)自動駕駛、自動停車等功能，促進了“車—路—人”一體化進程，為智能無人駕駛汽車的到來創(chuàng)造了先決條件。

參考文獻：

[1]汽車線控轉向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].周聰，肖建.控制工程.2012（05）

[2]汽車轉向裝置百年發(fā)展簡史[J].曉青.上海汽車.2002（06）

[3]汽車發(fā)展史簡述[J].劉志剛.汽車運用.2000（12）