为什么汽车转向需要助力系统?通常有几种转向助力形式?

为什么汽车转向需要助力系统?通常有几种转向助力形式?_58汽车

汽车转向助力系统是现代汽车不可或缺的一部分,它使得驾驶员能够轻松地控制重达数吨的汽车。早期的汽车由于结构简单、重量轻,人力足以驱动转向。但随着汽车重量的增加和结构的复杂化,人力已无法满足需求,因此转向助力系统应运而生。转向助力系统根据能源来源可分为机械式和助力式两大类。机械式转向系统完全依赖驾驶员的体力,而助力式转向系统则包括机械液压助力、电子液压助力、电子助力和线控转向系统,它们通过辅助动力来减轻驾驶员的劳动强度。机械式转向系统由多个部件组成,工作原理是将驾驶员的旋转动作转换为车轮的转向偏移。液压助力系统通过液压泵和控制阀提供辅助力,但能耗较高。电子液压助力系统则通过电动机驱动油泵,能够根据车速调节助力力度。电动助力转向系统(EPS)直接依靠电机提供辅助扭矩,根据安装位置不同,可分为管柱式、小齿轮式、齿条式、双小齿轮式和带传动式等多种类型。线控转向系统则通过传感器和ECU控制转向,提供更精确的转向控制。这些转向助力形式各有优势,为不同车型和驾驶需求提供了多样化的选择,确保了驾驶的舒适性和安全性。

我们可以想象一下我们开车时的场景,双手在方向盘上轻轻的转动就可以驱使几吨重的汽车朝着我们希望的方向行驶。这就是汽车转向助力的功劳。还有,以前不管是公交车还是拉货的大半挂车,驾驶员在转向时需要费很大的气力来转向,但我们注意到它们方向盘的直径都是异常的大,这其实也算是助力的范畴,只不过是运用了传动比。

在汽车诞生初期,汽车转向还没有配备助力系统,人力直接转动方向盘驱动汽车转向,不过当时的汽车重量很轻,结构也很简单,人力还是能够驱动的。可现如今汽车的重量越来越重,结构也变得很复杂,之前的人力驱动也已经不再满足现在汽车的需要,所以就诞生了转向助力系统。那么究竟有几种转向助力形式呢???

回答这个问题之前,我们要对汽车转向系统的定义、结构、工作原理等有所了解,这样才能真正理解这个问题。

汽车转向系统官方一点的定义是:依据驾驶员意愿控制汽车的驾驶方向,保证驾驶安全。为了贴合本问题的内容,我们可以按照能源的来源将汽车转向系统划分为两类:机械式汽车转向系统和助力式汽车转向系统。

机械式汽车转向系统包括机械转向系统;而助力式汽车转向系统又包括机械液压助力转向系统、电子液压助力转向系统、电子助力转向系统及线控转向系统。其中,机械转向系统能源来自驾驶员,而其他四种转向系统能源来自人力及其他辅助动力。

汽车的转向助力形式下面我们以一一来介绍:

机械式转向系统由转向盘、转向轴、万向节、转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向横拉杆、转向节臂、转向节和梯形臂组成。

机械式转向系统的工作原理是:汽车转向时,驾驶员根据需要转动转向盘,通过转向轴将旋转动作传递给万向节和转向器,转向器负责将旋转动作转换为转向摇臂的摆动,带动转向直拉杆、转向节臂和转向节动作,由于转向节和转向节臂通过转向轴固定在车架上,使得转向节相对车架产生转动,固定在转向节上的车轮产生转向偏移完成转向动作。

液压助力转向系统主要由机械部分和液压助力装置两部分组成。机械部分由动力转向器、转向传动副、转向摇臂、转向纵拉杆、转向横拉杆和转向节臂等组成。液压助力装置部分由液压泵、液压缸、液压控制阀、储油箱和管路等组成。为了保持压力,不论是否需要转向助力,系统总要处于工作状态,能耗较高。

电子液压助力的原理与机械液压助力基本相同,不同的是油泵由电动机驱动,同时助力力度可变。车速传感器监控车速,电控单元获取数据后通过控制转向控制阀的开启程度改变油液压力,从而实现转向助力力度的大小调节。

电动助力转向系统是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元等组成。方向盘转动时,扭矩传感器将检测到方向盘上的扭矩信号和转向信号传向ECU(ECU同时接收车速信号)。EUC根据信号决定电机的助力电流。最后助力电流通过ECU内部的电机驱动电路对电机实行扭矩控制。

根据助力电机的安装位置不同,EPS系统又可分为以下几种:

(1)C-EPS:Column-ElectricPowerSteering,管柱式电动助力转向器,是一种电机安装于管柱上的电动助力转向器,其成本最低,助力响应性较好。

(2)P-EPS:Pinion-ElectricPowerSteering,小齿轮式电动助力转向器,是一种电机安装于小齿轮(Pinion)上的电动助力转向器。

(3)R-EPS:Rack-ElectricPowerSteering,齿条式电动助力转向器,即转向柱与电机在同一个机构(如滚珠丝杠或循环球)里并行耦合。

(4)DP-EPS:DoublePinion-ElectricPowerSteering,双小齿轮式电动助力转向器,齿条助力实现出色的转向感觉,提供高刚性和出色的动态性能。

(5)BD-EPS:BeltDriving-ElectricPowerSteering,带传动式电动助力转向器,电机的助力直接加载在齿条上。

汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。其工作原理是:用传感器检测驾驶员的转向数据,然后通过数据总线将信号传递给车上的ECU,并从转向控制系统获得反馈命令;转向控制系统也从转向操纵机构获得驾驶员的转向指令,并从转向系统获得车轮情况,从而指挥整个转向系统的运动。

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