汽车转向系统产业界定及发展历程综述

第一节 汽车转向系统界定

用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。

第二节 汽车转向系统应用领域分析

随着科学技术的飞速发展，世界汽车工业也得到了迅猛的发展。人们对汽车操稳性、安全性、舒适性的追求，推动了汽车转向系统的快速发展．汽车转向系统是驾驶员用来控制汽车运动方向的系统，它直接影响到汽车行驶的安全性、操纵稳定性和驾驶的舒适性。

第三节 汽车转向系统产业发展历程

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。转向系统发展至今，出现了机械式、液压助力式、电控液压动力式、电动助力式和线控转向系统。

1、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。

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。

2、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。

3、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。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。

4、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。

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。

第四节 全球汽车转向系统市场发展及预测

一、全球汽车转向系统产业发展现状

汽车助力转向依次经历了机械式转向系统、液压式转向系统、电控液压式转向系统等阶段，国际上已有一些大的汽车公司在探讨开发的下一代线控电动转向系统。在国外，各大汽车公司对汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering - EPS，或称Electric Assisted Steering - EAS)的研究有20多年的历史。随着近年来电子控制技术的成熟和成本的降低，EPS越来越受到人们的重视，并以其具有传统动力转向系统不可比拟的优点，迅速迈向了应用领域，部分取代了传统液压动力转向系统(Hydraulic Power Steering，简称HPS)。

自1953年美国通用汽车公司在别克轿车上使用液压动力转向系统以来，HPS给汽车带来了巨大的变化，几十年来的技术革新使液压动力转向技术发展异常迅速，出现了电控式液压助力转向系统(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)。1988年2月日本铃木公司首先在其Cervo车上装备EPSTM，随后又应用在Alto汽车上；1993年本田汽车公司在爱克NSX跑车上装备EPS并取得了良好的市场效果；1999年奔驰和西门子公司开始投巨资开发EPS。上世纪九十年代初期，日本铃本、本田，三菱、美国Delphi汽车公司、德国ZF等公司相继推出了自己的EPS，TRW公司继推出 EHPS后也迅速推出了技术上比较成熟的带传动 EPS和转向柱助力式EPSTM，并装配在Ford Fiesta和Mazda 323F等车上，此后EPS技术得到了飞速的发展。

在国外，EPS已进入批量生产阶段，并成为汽车零部件高新技术产品，而我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向，EPS的研究开发处于起步阶段。

二、全球汽车转向系统产业发展态势预测

汽车工业正在面临着转向技术的革命。多年来，动力转向技术主要集中在液压系统上，但是由于具有燃油消耗和物流方面的优势，如今市场需求偏向于电子动力转向系统。根据德尔福公司的预期，到2003年全世界售出的车辆中有10%装配电子动力转向系统，日本精工株式会社（Koyo Seiko）也期望电子动力转向系统能有成指数倍的增长。据预测，到2005年，30%以上的新车（约2000万辆）将装配电子动力转向系统。展望未来，TRW公司预言，到2010年，全世界50%以上的轿车将把电子辅助与转向系统相结合。

第五节 主要国家地区汽车转向系统产业发展及预测

1、日本

日本汽车工业从1955年迅速发展，到1980年达到年产1104.2万辆，超过美国成为世界第一大汽车生产国，并保持14年之久。日本汽车工业以相对小的企业规模生产出大量优质的汽车，这与其独具特色的零部件行业组织结构模式有很大的关系，正是基于此日本汽车工业创造了精益生产方式、准时生产制、零库存以及看板管理等具有神话般的管理奇迹。日本精工是日本乃至世界上生产汽车转向系统的代表公司之一。

2、欧洲

受国际金融危机的影响，2008年欧盟28国新车销售同比下降25.8%。2008年11月，欧盟28国新车销售总计932,537辆，同比下降了25.8%。1-11月累计销售1,379万辆，比去年同期下降了7.1%。

德国是欧洲汽车制造业的领头羊，在汽车零配件制造业中以德国为代表的欧洲模式，是整车企业与零部件企业之间保持相互独立的契约关系，各自独立自由的发展，整车企业可以用图纸向零部件企业招标，促使零部件企业按图纸进行生产；同时零部件企业也可以自主开发新产品供整车企业选择，实现各自的发展，并在竞争中推动汽车行业的发展。

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