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1、附錄 A譯文 隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,人們對汽車轉(zhuǎn)向操縱性能的要求也日益提高。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向 (Hydraulic Power Steering ,簡稱 HPS) 、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ( Elect ric Hydraulic PowerSteering , 簡稱 EHPS) , 發(fā)展到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Elect ric Power Steering ,簡稱 EPS) ,最終還將過渡到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (Steer By Wire ,簡稱 SBW)。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是指以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源 ,其中所有傳力件都是機(jī)械的 ,汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤

2、,通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向車輪而實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)械 3大部分組成 。 通常根據(jù)機(jī)械式轉(zhuǎn)向器形式可以分為 :齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。應(yīng)用最廣的兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式 (用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時(shí) ) 。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中 ,輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的 ；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中 ,輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于是滾動(dòng)摩擦形式 ,因而正傳動(dòng)效率很高 ,操作方便且使用 壽命長 ,而且承載能力強(qiáng) ,故廣泛應(yīng)用于載貨汽車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器與循環(huán)球式相比 ,最大特點(diǎn)是剛性大 ,結(jié)構(gòu)緊湊重量輕 ,且成

3、本低。由于這種方式容易由車輪將反作用力傳至轉(zhuǎn)向盤 ,所以具有對路面狀態(tài)反應(yīng)靈敏的優(yōu)點(diǎn) ,但同時(shí)也容易產(chǎn)生打手和擺振等現(xiàn)象 ,且其承載效率相對較弱 ,故主要應(yīng)用于小汽車及輕型貨車上 ,目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。 隨著車輛載重的增加以及人們對車輛操縱性能要求的提高 ,簡單的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足需要 ,動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生 ,它能在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的同時(shí)提供助力 ,動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液 壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 2 種。其中液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是目前使用最為廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了液壓系統(tǒng) ,包括液壓泵、 V 形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控

4、制閥。它借助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等 ,以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力量 ,使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向 ,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高了行駛安全性。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個(gè)世紀(jì)的歷史 ,可以說是一種較為完善的系統(tǒng) ,由于其工作可靠、技術(shù)成熟至今仍被廣泛應(yīng)用。它由液壓泵作為動(dòng)力源 ,經(jīng) 油管道控制閥向動(dòng)力液壓缸供油 ,通過活塞桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)動(dòng)作 ,可通過改變缸徑及油壓的大小來改變助力的大小 ,由此達(dá)到轉(zhuǎn)向助力的作用。傳統(tǒng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般按液流的形式可以分為 :常流式和常壓式 2 種類型 ,也可根據(jù)控制閥形式分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式。

5、 隨著液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在汽車上的日益普及 ,人們對操作時(shí)的輕便性和路感的要求也日益提高 ,然而液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)卻存在許多的缺點(diǎn) : 由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了其無法保證車輛在任何工況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí) ,都有較理想的操縱穩(wěn)定性 ,即無法同時(shí)保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性 ； 汽 車的轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重 ； 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比固定 ,使汽車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性隨車速、側(cè)向加速度等變化而變化 ,駕駛員必須提前針對汽車轉(zhuǎn)向特性幅值和相位的變化進(jìn)行一定的操作補(bǔ)償 ,從而控制汽車按其意愿行駛。這樣增加了駕駛員的操縱負(fù)擔(dān) ,也使汽車轉(zhuǎn)向行駛中存在不安全隱患 ；而此后出現(xiàn)了電控液壓助力系統(tǒng) ,它在傳統(tǒng)的

6、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加速度傳感器 ,使汽車能夠隨著車速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)操縱力的大小 ,在一定程度上緩和了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在的問題。 目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,它是比較成 熟和應(yīng)用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。盡管電控液壓助力裝置從一定程度上緩解了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向中輕便性和路感之間的矛盾 ,然而它還是沒有從根本上解決 HPS 系統(tǒng)存在的不足 ,隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展 ,汽車燃油節(jié)能的要求以及全球性倡導(dǎo)環(huán)保 ,其在布置、安裝、密封性、操縱靈敏度、能量消耗、磨損與噪聲等方面的不足已越來越明顯 ,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)

7、展方向 ,其工作原理是 :EPS 系統(tǒng)的 ECU 對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處理后 ,控制電機(jī)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹D(zhuǎn)矩 ,協(xié)助駕駛員完 成轉(zhuǎn)向操作。近幾年來 ,隨著電子技術(shù)的發(fā)展 ,大幅度降低 EPS的成本已成為可能 ,日本的大發(fā)汽車公司、三菱汽車公司、本田汽車公司、美國的 Delphi 汽車系統(tǒng)公司、 TRW公司及德國的 ZF 公司都相繼研制出 EPS。 Mercedes2Benz 和 Siemens Automotive 兩大公司共同投資 6500萬英鎊用于開發(fā) EPS ,目標(biāo)是到 2002 年裝車 ,年產(chǎn) 300 萬套 ,成為全球 EPS 制造商。到目前為止 ,EPS 系

8、統(tǒng)在輕微型轎車、廂式車上得到廣泛的應(yīng)用 ,并且每年以 300 萬臺(tái)的速度發(fā)展。 現(xiàn)在，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為 一些轎車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，全世界約有一半的轎車采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，使汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和機(jī)動(dòng)性都有所提高。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的英文縮寫叫 “EPS” （ Electrical Power Steering），它利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車者進(jìn)行轉(zhuǎn)向。此類系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)矩傳感器 (3)、電控單元（微處理器） (5)、電動(dòng)機(jī) (4)、減速器 (2)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器 (1)和蓄電池電源 (6)所組成。 汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向

9、，將這些信號(hào)輸送到電控單元，電控單元 根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車輛速度等數(shù)據(jù)向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出信號(hào)指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩以產(chǎn)生助動(dòng)力。當(dāng)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電控單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)信號(hào)指令，電動(dòng)機(jī)不工作。同時(shí)，電控單元根據(jù)車輛速度信號(hào)，通過電液轉(zhuǎn)換器確定輸給轉(zhuǎn)向盤的作用力，減少駕車者在高速行駛時(shí)方向盤 “ 飄 ” 的感覺。 由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只需電力不用液壓，與機(jī)械式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較省略了許多元件。沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲(chǔ)油罐等，零件數(shù)目少，布置方便，重量輕。而且無 “ 寄生損失 ” 和液體泄漏損失。因此電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在各種行駛條件下均

10、可節(jié)能 80%左右，提高了汽車的運(yùn)行性能。因此在近年得到迅速的推廣，也是今后助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。 有一些汽車冠以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，其實(shí)不是真正意義上的純電動(dòng)的助力轉(zhuǎn)向，它還需要液壓系統(tǒng)，只不過由電動(dòng)機(jī)供油。傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，油泵的排量是以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來確定的。而汽車行駛中大部分時(shí)間處于高于怠速的速度和直線行駛狀態(tài)，只能將油泵輸出的油液大部分經(jīng)控制閥回流到儲(chǔ)油罐，造成很大的“ 寄生損失 ” 。為了減少此類損失采用了 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)油泵的 。

11、轉(zhuǎn)向 是一個(gè) 專業(yè) 術(shù)語 ,適用于采集部件 ,聯(lián)系等 ,其中允許一 艘 (艦 船 )或 汽車(轎車 )按照 預(yù)期的 方向行駛 . 一個(gè)例外的情況 是 鐵路運(yùn)輸 由 路軌 組合在一起 鐵路道岔 提供 轉(zhuǎn)向功能 。 許多現(xiàn)代轎車使用 齒輪 齒條式 轉(zhuǎn)向 器 ,在方向盤 末端有 轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪 ；該 齒輪帶動(dòng)齒條移動(dòng) ,它是一種線性的齒輪緊密配合 ,從一邊到一邊 。這種運(yùn)動(dòng)把轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向橫拉桿和一種叫做轉(zhuǎn)向節(jié)臂的短形臂傳遞給轉(zhuǎn)向輪的主銷。 以前的 設(shè)計(jì)往往采用 循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器 ,而這種轉(zhuǎn)向器 仍然 應(yīng)用在 卡車和多用途車輛 。 這是一 種老式的螺母和齒扇 設(shè)計(jì) ， 該轉(zhuǎn)向 管 柱轉(zhuǎn) 動(dòng) 大螺絲 (蝸輪

12、),它與一個(gè)齒扇 齒輪 嚙合 ,當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒扇也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)安裝在齒扇軸上且與轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)有關(guān)的搖臂帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂 ,從而 使車輪轉(zhuǎn)動(dòng) . 循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器通過安裝滾珠減少螺母和螺桿之間的摩擦 ；兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球“流到”。 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器 設(shè)計(jì)具有很大程度的反饋和直接轉(zhuǎn)向 路感 ；它也通常不會(huì)有任何 反彈 ,或呆滯 。 缺點(diǎn)是 ,它是不可調(diào)的 ,因此當(dāng)它磨損唯一的解決辦法更換 。 循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器 的 優(yōu)點(diǎn)是 機(jī)械優(yōu)勢 ,因此 ,它被 使用在 較大較重的車輛 ,而 齒輪 齒條 式 原本僅限于較小和較輕 ；由于幾乎普遍采用 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,不過 ,

13、這已不再是一個(gè)重要的優(yōu)勢 ,導(dǎo)致越來越多地 在 新型汽車 應(yīng)用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 循環(huán)球 式轉(zhuǎn)向器 設(shè)計(jì) 在中心 也有明顯的 沖擊 ,或 死 點(diǎn) 。 凡一 分鐘交替方向盤出不來并不移動(dòng) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) ；這是很容易可調(diào)螺桿的端部 來減少 磨損 ,但它并不能完全消除或機(jī)制開始磨損很快 。 這項(xiàng)設(shè)計(jì)目前仍在使用中 ,在卡 車和其他大型車輛 ,也應(yīng)用于迅速轉(zhuǎn)向 ,路感與 穩(wěn)健 性 ,可維護(hù)性 ,和機(jī)械的優(yōu)勢 相比不太重要的場合。 較小程度的反饋 ,這樣的設(shè)計(jì)也有時(shí)是一種優(yōu)點(diǎn) ；當(dāng)前輪碰撞時(shí)，使用齒輪 齒條轉(zhuǎn)向 的司機(jī)只有 自己的大 拇指受傷 ,造 成方向盤揭開一邊突然 (因?yàn)?駕駛教練告訴學(xué)生把自己的大拇

14、指在前面的方向盤 ,而非 放在 左右的內(nèi)邊緣 ). 這種效果 在像卡車一樣的重型汽 車 更為明顯 ；循環(huán)球式轉(zhuǎn)向防止這種程度的反饋 ,只是因?yàn)樗梢栽谡Ｇ闆r下防止可取反饋 。 轉(zhuǎn)向 連鎖 連接轉(zhuǎn)向器 和車輪通常符合一個(gè) 阿克曼轉(zhuǎn)向幾何 的變化 ,它 交代了一個(gè)事實(shí) :當(dāng) 轉(zhuǎn) 向是 ,內(nèi)輪 轉(zhuǎn)過的 半徑 比外輪小得多，因此 適合駕駛的直路 ,是不適合曲折 。 由于車輛已成為較重而改用 前輪驅(qū)動(dòng) ,為了扭轉(zhuǎn)方向盤 ， 通常的 ,主要的 是體力。為了解決 這一問題 ,汽車業(yè) 發(fā)展 的動(dòng)力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng) 。 有兩種類型的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) -液壓和電氣 /電子 。 還有一種液壓 -電動(dòng)混 合系統(tǒng) 。 液壓助力

15、轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (hps)利用 油 壓供應(yīng)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵 ,以協(xié)助將方向盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS)方式 ,是較有效率的液壓助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,由于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向汽車只需要提供協(xié)助時(shí) ,方向盤被 轉(zhuǎn)動(dòng) ,而液壓泵必須不斷運(yùn)行 。 在EPS 的幫助 下 是很容易 調(diào)節(jié) 車型 ,最高車速 ,甚至駕駛的喜好 。 另外一個(gè)好處是 ,通過泄漏和處置動(dòng)力轉(zhuǎn)向液 消除對環(huán)境構(gòu)成危險(xiǎn) 。 動(dòng)力 轉(zhuǎn)向 的分支 是速度可調(diào)轉(zhuǎn)向而轉(zhuǎn)向是大量輔助以低速行駛 ,稍微 協(xié)助 高速 。 汽車制造商認(rèn)為 ,當(dāng)要停車時(shí) 駕駛?cè)丝赡苄枰龀龃罅哭D(zhuǎn)向投入 ， 但當(dāng)時(shí)高速 行駛時(shí)則不然。 第一輛有這特點(diǎn)的 汽車 ,是 雪鐵龍

16、與其 diravi， 雖然 改變了現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)資金的投入，但 它改變了定心凸輪 的壓力， 使得方向盤 盡力去回到原來的位置。 現(xiàn)代速度可調(diào)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,當(dāng)速度增長時(shí)減少了活塞的壓力 ,給予更直接的感受 。 這一特點(diǎn) 在 所有新車 正 逐漸成為司空見慣 。 四輪轉(zhuǎn)向 (或全輪轉(zhuǎn)向 )是一種 系統(tǒng) ,當(dāng)高速行駛時(shí)能增加車輛穩(wěn)定型，而在低速行駛時(shí)可以減小轉(zhuǎn)彎半徑。 大多數(shù)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ,后輪轉(zhuǎn)向通過單片機(jī) 和驅(qū)動(dòng)器 實(shí)現(xiàn)。 后輪一般不能反過來 ,有幾個(gè)系統(tǒng) ,包括 Delphi 的 quadrasteer， 該系統(tǒng)在本田的 生產(chǎn)前 線 ，當(dāng)前輪低速時(shí)，允許后輪在相反方向轉(zhuǎn)向。 這使得車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小 ,有時(shí) 應(yīng)用 于大型 卡車 車輛及掛車 。 附錄 B外文文獻(xiàn)