汽車轉向技術的發展歷史

汽車轉向系統是汽車上的重要構件，其性能的好壞直接決定汽車操縱穩定性能的好壞，作為人與汽車之間的重要連接工具，它隨著汽車整體的發展和新技術的出現而推陳出新，改善了駕駛員的駕駛環境。
1、機械轉向系統
機械轉向系是以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械，其廣泛應用于早期汽車以及現代的簡易車輛上。齒輪齒條式轉向器在1885 年被應用在“本茨”汽車上。因為其具有結構簡單、緊湊，質量輕，剛性大，轉向靈敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高的特點，被廣泛應用于輕型車輛上。例如：紅旗CA7220 型轎車，天津TJ1010型微型轎車。
循環球式轉向器是國內工廠采用較多的轉向器，它具有傳動效率高（正傳動效率高達90%~95%），嚙合平穩、剛性好、轉向輕便、靈活的優點，被廣泛應用于各類各級汽車上。例如：
解放CA1040 型系列輕型載貨汽車，北京BJ1041輕型載貨汽車等。
蝸桿曲柄指銷式轉向器通常用于轉向力較大的載貨汽車和拖拉機上。例如：東風EQ1090E型汽車，豐收-300 型拖拉機等。
機械轉向系統從汽車誕生到現在已經經歷了100 多年的發展，結構上的創新使得現在的機械轉向系統更穩定、更易操作、更安全。
2、助力轉向系統
機械轉向系統雖然具有工作可靠，結構簡單，制造成本低的優點，但在操作拖拉機等大型車輛時，往往會使人感到疲勞，操作不靈敏。為了追求更加輕便的操作方式，充分發揮助力轉向技術的優勢，車輛上出現了機械式液壓助力轉向、電液助力轉向和電動助力轉向等助力轉向系統。
2.1 機械式液壓助力轉向系HPS（Hydraulic PowerSteering）
液壓助力轉向是利用液壓傳力的原理，駕駛員只需要對機械作用一個較小的力就能在轉向輪上產生一個較大的效果。
與傳統機械式轉向系統相比，機械式液壓轉向系統容易安裝，布置靈活，整個原件幾乎沒有需要潤滑的部分，不存在磨損問題，保養簡單，且其轉向力是由液壓產生，因此可以實現助力；但是無論駕駛員轉向與否，液壓系統一直處于工作狀態，低溫工作性較差。
機械式液壓助力轉向系統應用在不同車輛上有幾種不同的類型，如并聯式轉向系統（圖1）、串聯式轉向系統（圖2）、分置式轉向系統（圖3）。
近年來，機械式液壓助力轉向在國外得到越來越廣泛的應用。美國查爾林恩公司、丹麥丹佛斯公司生產的種奧爾比特全液壓轉向系統，英國的裴麗斯公司生產的全液壓轉向系統，美國若斯公司生產的新型全液壓轉向機構等，都是基于液壓技術發展起來的。
2.2 電液助力轉向系EHPS（Electric Hydraulic PowerSteering）
隨著電子技術的發展，開發以電子技術為指導的電控助力轉向系統成為一個新的發展方向。
電液助力轉向系統是從液壓助力轉向系統發展而來，該系統采用電動機驅動轉向泵，由于電機的轉速可調、可以即時關閉，所以也能夠起到降低功率消耗的功效；但是它沒有解決液壓助力轉向系統在系統布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的缺陷，同時也存在著液壓油泄漏，不便安裝維修和檢測的缺點（圖4 和圖5 分別為電液助力轉向的工作原理圖和實物圖）。
電子液壓助力從20 世紀90 年代后期開始逐漸普及，福特、大眾、豐田、本田、馬自達、標致、雪鐵龍等品牌均有使用電子液壓助力系統的車型。馬自達3、凱旋等車型使用的都是這樣的系統。但是，電液助力成本高、助力力度有限、可靠性不及機械液壓助力，所以電液助力轉向無法取代機械液壓助力轉向。
2.3 電動助力轉向系統EPS（Electric Power Steering）
電動助力轉向系統不同于電液助力轉向系統，它是在傳統機械轉向機構的基礎上增加信號傳感器裝置、電子控制裝置和轉向助力機構等。
電動助力轉向系統結構緊湊，安裝方便，在調整和檢測、裝配自動化方面有明顯的優勢；零件較少，質量較輕，與機械轉向系和液壓助力轉向相比具有較低噪聲；而且電動助力轉向對環境影響小，不存在液壓助力轉向中的滲油問題，低溫工作性較好；電控助力轉向目前還處于開發階段，有待進一步開發與研究。
根據電動機轉矩施加位置和機械結構不同，電動助力轉向可分為管柱式電動助力轉向、小齒輪式電動助力轉向和齒條式電動助力轉向3 類。管柱式電動助力轉向（C-EPS）如圖6 所示，助力電機安裝于轉向管柱上，電機助力轉矩作用于轉向管柱上；齒輪式電動助力轉向（P-EPS）如圖7 所示，助力電機和減速機構布置在轉向齒輪上，電機助力轉矩作用于轉向齒輪上；齒條式電動助力轉向（R-EPS）如圖8 所示，助力電機和減速機構布置在轉向齒條上，電機助力轉矩作用于轉向齒條上[4]。
1988 年2 月日本鈴木公司在其Cervo 車
上裝備汽車電動助力轉向。在此之后，電動助力轉向技術迅速發展。大發、三菱、本田、德爾福汽車系統公司先后研制出電動助力轉向系統并裝配在其產品上。當前電動助力轉向已經在輕型車上得到應用，其性能已經得到人們的普遍認可，隨著直流電機性能的改進，電動助力能力的提高，其應用范圍將進一步拓寬。
3、線控轉向系統（Steer-by-wire）
汽車線控技術是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸到執行機構的一種系統[5]。作為目前先進的轉向系統，它幾乎具備了機械轉向、助力轉向的所有優點，成為轉向系統中令人耳目一新的技術。線控轉向技術具有轉動效率高，響應時間短的特點，能根據車速、牽引力等參數實時改變轉向比率，提高了汽車碰撞安全性和整車主動安全性，具有良好的操縱性，但是目前這一技術主要應用在概念車上。
德國奔馳公司在1990 年開始了前輪線控轉向的研究，并將它開發的線控轉向系統應用于概念車F400Carving 上。隨后， Daimler-Chrysler 推出線控驅動概念車R129。這項控制技術被列為2000 年汽車新技術之一。美國通用汽車公司展示了概念車“Autonomy”，并在Autonomy 基礎上開發了首輛可駕駛的線控燃料電池車Hy-Wire 概念車。2003 年，豐田也展示了采用線控技術的Fine-S 燃料電池概念車；在2005 年北美車展上，通用推出了新一代氫燃料電池和線控技術概念車Sequel[6]。隨著電子元件成本的降低、電源技術的發展以及可靠性和控制算法的提高，線控轉向技術以及其他線控技術會在不久的將來全面替代傳統的機械結構系統。