浅谈汽车转向系统
在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。
我们主要是通过方向盘和我们的爱车实现交流，除了驾驶室裸露的一部分转向管柱外，在仪表盘下面，一直延伸到汽车前桥，还有转向系统的主要执行机构：转向器及其它附件。
汽车发展了一百多年，到今天，转向系统也历经了长时间的演进，很大程度上也促进了汽车的发展。
传统转向系统
传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的转向力时)。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。
从上世纪四十年代起，为减轻驾驶员体力负担，在机械转向系统基础上增加了液压助力系统HPS(hydraulic power steering)，它是建立在机械系统的基础之上的，额外增加了一个液压系统，一般有油泵、V形带轮、油管、供油装置、助力装置和控制阀。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。现在液压助力转向系统在实际中应用的最多，根据控制阀形式有转阀式和滑阀式之分。这个助力转向系统最重要的新功能是液力支持转向的运动，因此可以减少驾驶员作用在方向盘上的力。
1.方向盘 2.转向轴 3.转向中间轴 4.转向油管 5.转向油泵 6.转向油罐 7.转向节臂 8.转向横拉杆 9.转向摇臂 10.整体式转向器 11.转向直拉杆 12.转向减振器
虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：①汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；②转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。
电液动力转向系统
近年来，随着电子技术的不断发展，转向系统中愈来愈多的采用电子器件。相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)、电控液压助力转向ECHPS(electronically controlled hydraulic power steering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改由电机驱动，取代了由发动机驱动的方式，节省了燃油消耗。ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性可根据转向速率、车速等参数设计为可变助力特性，使驾驶员能够更轻松便捷的操纵汽车。
现代电液动力转向系统主要通过车速传感器将车速传递给电子元件，或微型计算机系统，控制电液转换装置改变动力转向的助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，即在低速行驶或转急弯时能以很小的转向手力进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。
为了保证转向轻便性，要求增大转向器的传动比。但是，增大角传动比虽然可以减小转向盘上的手力，但同时也造成汽车对操纵的反应减慢，甚至有可能导致驾驶员没有能力来转动转向盘进行紧急避障等转向操作，即不够“灵”。 机械式转向器的设计目标是保证汽车在各种行驶条件下将转向盘上的手力保持在驾驶员能接受的合理范围内，同时保证适当的转向灵敏度。但是机械式转向器的结构特点注定“轻”与“灵”矛盾的存在(包括变传动比机械转向器)， 而电液助力转向系在一定程度上解决了这一矛盾。EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。
电动助力转向系统
电动转向系统EPS(Electric Power Steering)把一个机械的系统和一个电控的电动马达结合在一起形成的一个动力转向系统。与液压系统不同的是，助力改由电机提供，因此，要有一个力矩传感器来测量作用在方向盘上的力矩，由电子控制单元来计算所需要的力矩。作用在方向盘上的力矩曲线由一个电动马达来分配。通过电动马达提供转向所必须要的力，它通过一个减速器作用在转向柱上，在循环球式的传动装置中，直接作用在齿扇上的力太大，因此大多选用齿轮齿条转向器。根据助力位置不同分为三种形式：1、转向柱助力式.2、小齿轮助力式.3、齿条助力式.
由于EPS改由电机提供助力，助力大小由电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻与灵的矛盾。电动助力转向最早应用在微型汽车上，1988年2月日本铃木公司首次在其Cervo车上装备，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型轿车向更大型轿车和商务车发展]。其优点有：
1. EPS能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。
2. EPS只在转向时电动机才提供助力(不像HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转)，因而能减少燃料消耗。
3. 由于直接由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
4. EPS取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。
5. EPS没有液压回路，比HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。
6. EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，改善了环保性。
7. EPS比HPS具有更好的低温工作性能。
电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。
电子转向
电子转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。电子转向系统SBW(Steer-By-Wire)是汽车转向方面最为先进和前沿的技术之一，具有很多优点：
1. 取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力脑力负荷，提高“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。
2、 电子转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。
3、 电子转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。
4、 电子转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。
5、 与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。
6、 对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而电子转向严格的控制了转向柱在发动机间隔内的自由度，表明了机械式的转向柱没有很好的利用发动机的空间。
7、 对将来的好处：提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有有用的信息才提供给驾驶员；方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件不断的调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环境进行调整，而不需要对系统进行重新设计；没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危险；转向行为(减速、加速、自动转向)都被软件记录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。
SBW可以追溯到二十世纪六十年代末，当时德国Kasselmann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线连接，由于电子和控制技术的制约，一直无法在实车上实现，到1990年左右，世界上各大汽车厂商、研发机构等先后对SBW深入研究，到目前为止，在一些概念车上安装了改系统，SBW预示着未来汽车的一个发展方向。
目前应用广泛的助力转向器是传统液压助力系统、电液助力系统和电动助力系统。数据表明，在世界范围内，电动转向器和电液转向器的使用会增加很快，2001年大约26.7%的安装在新车中的转向器是这种节能型的。即使是保守的估计，到2006年欧洲市场中电动转向器和电液转向器的份额会达到56%。
由于电动助力系统不仅可以提供汽车在高速下的操纵稳定性，还能减小转向系统的质量并节省能源，因而迎合了下一代汽车对环保的要求。根据汽车车型的不同，使用电动助力系统能够降低燃油费用达5%～10%。但是由于目前汽车电源和电机本身的一些原因，限制了电动助力在大型汽车上的应用。随着未来技术的不断发展和进步，这一问题将会得到解决。未来转向系统将会是以电动助力为主导，其他形式为辅。
