郭丁汉（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

一、液压助力转向系统结构设计的研究意义

近年来，随着社会生活的汽车化，汽车的保有量不断增加，由此造成交通情况错综复杂，使得驾驶员转向盘的操作频率增大，这就需要减轻驾驶疲劳，提高操纵的轻便性和灵活性，因此对动力转向系统的要求也越来越高。

安全、节能与环保是21世纪汽车发展的三大主题，而整个交通系统包括车-路-人三个部分，根据相关研究表明，其中人的因素是最主要的。由于人的性格、年龄、性别等方面的差异，使人的因素成为最难控制的因素。运用现代的科学技术，研制和开发车辆液压助力转向系统，由于该系统可实现变传动比控制、抗干扰控制等功能，将大大降低驾驶员劳动强度和提高车辆主动安全性能，减少道路交通事故发生的可能，保护人民的生命安全和降低财产损失。同时开发性能可靠、价格合理的车辆液压助力转向系统也会带来可观的经济效益，2009年我国已经超过美国成为全球第一大汽车生产国和汽车消费国，而且随着我国国民收入的增长，消费者对于车辆的安全性能也提出了更高的需求，成熟的车辆液压助力转向系统将成为车辆购买时的选配之一，其市场前景极为广阔。

车辆系统是一个集电子、计算机、机械等各种高新技术于一体的复杂系统，进行全方位的研究一般情况下存在实际困难。受经济和科研条件限制，我国车辆整体研究要落后于世界先进水平。但这并不意味着我国在该领域将会永远无所作为，一直跟在发达国家后面邯郸学步。结合我国国情（经济条件、工业条件、科研条件等），在某一方面或某些方面，进行深入、细致的研究，将为我国车辆主动转向方面的研究提供有价值的理论和技术支持，为今后的发展及实际应用打下坚实的基础。

二、液压助力转向系统存在的问题

液压助力转向系统是在传统的机械转向系统基础上增加液压系统，发动机带动转向油泵工作，转向控制阀控制油液流动的方向和油液大小，提供转向助力，减小驾驶员作用在转向盘的转矩，降低驾驶员的劳动强度。通常情况下，车辆转向所需的转矩是由发动机通过驱动油泵所提供。液压助力转向存在以下缺点：

（1）液压助力转向系统在汽车行驶时需要消耗一定的能量，增加了液压油泵、液压缸、油管和一些辅助装置，增加的汽车行驶时的油耗，其燃油经济性较差，一般轿车每行驶一百公里需要多消耗0.3-0.4升的燃料。

（2）助力特性不能随着车辆速度的变化进行自动调节，无法兼顾车辆低速转向的轻便性和高速转向的转向路感。

（3）转向回正性差。液压助力转向系统在回正过程中，不可避免存在阀芯和阀套之间的残余角，即转向盘回到中间位置时助力压差不能立即减少为零，形成阻碍回正的阻力矩，影响车辆转向的回正特性。

国外的发展现状

1.德尔福主动前轮转向系统

德尔福的主动前轮转向系统是在传统液压转向系统基础上进行了改进，在转向管柱内集成一个小行星齿轮箱，电机控制行星齿轮箱，增加或减小前轮转向角度。转向助力的大小则通过单独控制的模块控制。通过这两个部分协调控制前轮转角和转矩适应道路调节和驾驶员转向意图的要求。德尔福系统能有效改善车辆稳定控制并采用理想的可变转向传动比，同时可以较好地获得来自路面的转向阻力、转向回位性能和转向路感等。

2.光洋精工液压助力转向系统

日本光洋精工在2005年5月18日～20日于日本横滨Pacif i co会展中心举办的“2005年人与车科技展”上，展出了正在开发的主动转向装置“差动装置型液压助力转向系统”。其结构类似于宝马采用的德国ZF Lenksysteme公司开发的装置，使用多个行星齿轮装置，改变轮胎的后倾角。配置在竖轴中间，与主动转向装置之外的油压动力方向盘等助力装置配合使用。

国内的发展现状

主动转向作为一项汽车主动安全技术具有很大的潜在市场需求，国内的相关研究主要集中在高校，尚处于控制技术的理论研究和实验室原理样机的开发阶段。目前，吉林大学、同济大学、北京理工大学、江苏大学、上海交通大学和北京航空航天大学等高校开展了车辆液压助力转向系统方面的研究。

吉林大学对于汽车线控转向控制进行较为深入的研究。在分析装载机路感特性的基础上，提出控制策略，设计了一种基于BP神经网络整定的自适应PID控制器，实现了PID参数的在线调整；利用Riccati方程对汽车线控转向传感器故障进行了重构研究，同时利用双自适应Kalman滤波对线控转向传感器进行故障诊断，并进行了容错控制。

江苏大学提出了基于稳态增益的液压助力转向系统可变传动比模型，通过分析转动前轮转向系统双行星齿轮机构的原理，根据前轮转角和合成机理，分别建立了方向盘转角和叠加转角的运动学模型，通过比较单、双行星齿轮机构输出轴与输入轴的转速差，推导出基于双行星齿轮机构的电机转角随方向盘转角及传动比的变化关系；为了改善汽车的动态转向特性及其在高速直线行驶时的抗干扰能力，以车速为输入变量，参考车辆系统稳态增益的变化范围，构建了可变传动比计算模型。

结论：由于技术和成本等诸方面的原因，目前液压助力转向系统只在少数世界著名品牌高端车上应用，国内自主品牌至今尚未应用，因此开发性能可靠，价格较低的车辆液压助力转向系统不但可以打破国外公司的技术垄断，还可以降低整个系统的成本，使该系统安装于我国自主品牌的高端车上，加速该系统的普及。

如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操作性能，始终是设计人员的重要的研究课题。液压助力转向系统是一种将液力转向与电子控制技术相结合的新型机电一体化产品，作为中间产品起着承上启下的作用，能提高转向助力系统的工作性能，降低系统的能耗，而且可以较大的转向助力，滞后时间短，可吸引来自路面的冲击。希望此次研究可以为国内研发提供理论帮助和技术支持。