车辆转向绪论.doc

第1章 绪论1.1 车辆转向的研究及现状转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，一百多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。汽车转向一直存在着“轻”与“灵”的矛盾。随着汽车装载质量和整备质量的增加，在转向过程中所需克服的前轮转向阻力矩也随之增加，从而要求加大作用在转向盘上的转向力，使驾驶员感到“转向沉重”。尽管，人们采用了变速比转向器等手段，但始终不能从根本上解决这一矛盾。在20世纪50年代初出现了液压动力转向技术，比较好地缓解了“轻”与“灵”的矛盾，符合人们对转向轻便性更高的要求，在保证其他性能的条件下，能大大降低转向盘上的手力，特别是原地转向时转向盘上的手力。使驾驶员可以轻便灵活地操纵汽车转向，减轻了劳动强度，提高了行驶安全性。随着车速和汽车性能的不断提高，人们越来越重视汽车的安全性能问题。汽车必须具有良好的主动安全性。汽车的操纵稳定性是影响其主动安全性的主要性能之一，而汽车的结构参数直接影响着汽车的操纵稳定性1。近年来计算机技术、整车试验方法以及系统动力学的研究和发展，使得汽车操纵稳定性的仿真分析更为全面，更接近实际使用情况。有关车辆转向的动力学思想始于二十世纪初期，以人们对汽车转向时轮胎侧向力及产生侧向力的轮胎侧偏角的认识为标志。通常认为是法国工程师乔治布劳海特在1925 年发现了轮胎侧偏现象。1935年，Evans 给出了有关轮胎力学特性较为深入的结果2，包括轮胎侧偏刚度随着侧偏角变化的规律。在随后的几年里，汽车操纵稳定性理论的一些重要的基本概念，如不足转向、过度转向、临界车速等已为汽车工程师所熟悉。在三十年代后期，比较有效的描述汽车稳态转向的数学模型在实际中得到应用。随后，人们的注意力开始转向汽车的动态特性。大约经过三十年的时间，在汽车瞬态响应的分析方面才取得了显著的成绩。在六十年代前的研究主要是操纵稳定性的开环研究，并取得了许多研究成果，详细讨论了汽车的不足转向与过多转向的特性；分析了保持汽车的行驶方向稳定性条件是临界车速必须大于汽车最高车速等。其应用的基础是经典控制理论，依据汽车的稳态和瞬态分析，使用不足过度转向特性和转向输入的阶跃响应特性来对汽车的操纵性进行评价3。七十年代初期，EVS 研究计划开始实施，促使人们去研究实用的操纵性设计方法。鉴于当时的驾驶员模型仍处于提高闭环跟踪响应的仿真精度的水平，各国研究人员主要采用系统工程学的方法去探索操纵性的评价方法。依据大量的试验与理论分析，首先指出了稳态响应特性、瞬态响应特性、回正特性和侧向滑移特性的安全容许极限，对操纵性进行客观评价（Objective Evaluation）4。七十年代中后期以后，开始利用驾驶员对汽车直线行驶性能、转弯行驶性能和转向轻便性等特性的感觉，进行主观评价（Subjective Evaluation）。主观评价方法虽然没有经过理论推导，但是由于考虑了驾驶员因素和道路环境的特点，在一定程度上体现了闭环设计的思想。八十年代以来，人们从理论和试验两个方面着手，重新开始深入的研究驾驶员汽车道路闭环系统。在理论方面，充分地考虑到人的学习性和适应性，建立了许多确定性驾驶员方向控制模型，有效地仿真了驾驶员汽车道路闭环系统对给定路径的跟随过程。在仿真评价方面，最开始从事这方面研究的是日本学者安部正人，他根据预瞄模型，提出了一个理论上预测操纵性的方法5。日本另一学者原田宏在这方面也作了大量的工作67，建立了以三个单项均方值指标（轨道误差、转向盘角度、驾驶员操纵负担）为基础的综合性能指标，进而对汽车参数进行优化。国内，汽车专家郭孔辉教授在驾驶员模型、驾驶员汽车道路闭环系统特性及其闭环综合评价方面做了大量的研究工作813。他在考虑了影响汽车操纵性的诸多因素的基础上，提出了物理意义明确的各个单项总方差评价指标（轨道、侧向加速度、转向盘角速度、前后轮侧向力系数、路感），并且应用频域统计分析方法提出了闭环系统主动安全性的综合评价与设计方法，便于工程应用。随着国民经济连续多年的高速发展,尤其是国家对基础设施建设投入的逐年加大，使得大型汽车的生产在近年来呈现了爆发式的发展。而大型载货汽车由于具有运输效率高、运输成本低的特点，逐渐成为公路运输的首选。汽车技术的进步和人民生活水平的进一步提高，使载货汽车用户对车辆的性能水平要求越来越高，而越来越大的竞争压力使厂家的产品开发周期不断缩短。如何使车辆开发各个环节的设计方案都得到充分的分析与筛选，使其性能得到有效控制，在保障的限定的周期内开发出性能优越的汽车产品，已成为特大重型车辆产品研发部门所关注的重要课题。由于汽车保有量的增加和社会生活汽车化而造成交通错综复杂，使转向盘的操作频率增大，这就要求减轻驾驶疲劳。在汽车向轻便灵活、容易驾驶的方向发展的同时，对转向系统的要求也提到日程上来。要求其成本低，性能方面能适应车速变化，实现变特性动力转向器，并且可以与不同类型的车辆相适应、相匹配。特大重型车辆和其它车辆相比具有一些显著的特点，为保障重型车辆良好的转向性能，必须对这些特点及由此引发的问题进行专门的研究。首先，转向系统必须能够实现整车所要求的车轮转角，这为转向机构的设计及动力转向器匹配提出了基本要求。其次，转向机构和悬架系统必须有协调的运动学关系，这就对转向机构设计提出了附加的要求。这两项要求基本可以在系统设计层面进行分析解决，而和转向系统相关的行驶稳定性及行驶路感则必须在整车层面进行计算分析。综上所述，随着我国特大重型汽车的发展，新的问题及要求不断涌现，在车辆设计与开发领域尚存在很多的问题需要研究和解决，如何使基础研究与产品设计实践紧密结合，将研究成果最大限度地应用于产品开发过程，不断提高重型汽车的性能水平是摆在汽车产品研究与开发人员面前的重要课题。1.2 汽车转向系的类型和组成14汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，即所谓的转向，这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机构，它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统（俗称汽车转向系）。因此，汽车转向系的功用是，保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶。汽车转向系可按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统、气压动力转向系统和电动助力动力转向系统。1.2.1 机械转向系统机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。（1）转向操纵机构转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。近年来，由于公路的改善，汽车车速的提高，许多国家都制定了严格的安全法规。对于轿车除要求装有吸能式转向盘外，而且还要求转向柱管也必须备有缓和冲击的吸能装置。转向轴和转向柱管的吸能装置有多种形式。其基本结构原理是，当转向轴受到巨大冲击时，转向轴产生轴向位移，使支架或某些支承件产生塑性变形，而吸收冲击能量。（2）转向器转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。图1-1 机械转向系统示意图1）齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器由于具有结构简单、紧凑，质量轻，刚性大，转向灵敏，制造容易，成本低，正、逆效率都高，而且特别适于与烛式和麦弗逊式悬架配用，便于布置等优点，因此，目前它在轿车和微型、轻型货车上得到了广泛地应用。作为传动副主动件的转向齿轮安装在壳体中，与水平布置的转向齿条相啮合。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺栓调整。转向器布置，在转向齿条的中部用螺栓与转向拉杆的托架连接，转向左右横拉杆的外端与转向节臂相连。当转动转向盘时，转向齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动左右转向节转动，使转向轮偏转，以实现汽车转向。为了避免转向轮的摆振，在该结构中装有转向减振器。上述可见，采用齿轮齿条式转向器还可以使转向传动机构简化，不需要转向摇臂和转向直拉杆等。这也是目前在轿车和微、轻型载货汽车上应用日趋广泛的原因之一。2）循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。3）蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器的传动副以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。（3）转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1）与非独立悬架配用的转向传动机构与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形一般布置在前桥之后。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面(水平面)内的交角90。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动。转向摇臂是转向器传动副与直拉杆间的传动件；转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件。在转向轮偏转而且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动。因此，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。转向横拉杆是转向梯形机构的底边。转向横拉杆由横拉杆体和旋装在两端的接头组成。两端的接头结构相同，其中球头销的尾部与梯形臂相连。上、下球头座用聚甲醛制成，有很好的耐磨性。装配时两球头座的凹凸部互相嵌合。弹簧保证两球头座与球头紧密接触，并起缓冲作用，其预紧力由螺塞调整。2）与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮独立悬挂时，每个转向轮分别相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段或三段，并且由在平行于路面的平面中摆动的转向摇臂直接带动或通过转向直拉杆带动。3）转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。1.2.2 动力转向系统用以将发动机输出的部分机械能转化为压力能（或电能），并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转向器中某一传动件施加不同方向的液压或气压作用力，以减轻驾驶员的转向操纵力，这一系统称为动力转向系。采用动力转向系的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机驱动的油泵、空气压缩机或发电机所提供的液压能、气压能或电，从而减轻了驾驶员的转向操纵力。动力转向系统由机械转向器和转向加力装置组成。根据助力能源形式的不同可以分为液压助力、气压助力和电动机助力三种类型。气压助力转向系主要应用于一部分其前轴最大轴载质量为3-7t并采用气压制动系的货车和客车。装载质量特大的货车也不宜采用气压动力转向系，因为气压系统的工作压力较低（一般不高于0.7MPa），用于这种重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大。液压助力转向系的工作压力可高达10MPa以上，故其部件尺寸很小。液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击。因此，液压助力转向系已在各类各级汽车上获得广泛应用。1.2.2.1 液压式助力转向系统液压助力转向系按系统内部的压力状态分为常压式和常流式两种。(1) 常压式液压助力转向系在汽车直线行驶，转向盘保持中立位置时，转向控制阀经常处于关闭位置。转向油泵输出的压力油充入储能器。当储能器压力增长到规定值后，油泵即自动卸荷空转，从而储能器压力得以限制在该规定值以下。当转动转向盘时，机械转向器即通过转向摇臂等杆件使转向控制阀转入开启位置。此时储能器中的压力油即流入转向动力缸。动力缸输出的液压作用力，作用在转向传动机构上，以助机械转向器输出力之不足。转向盘一停止运动，转向控制阀便随之回复到关闭位置。于是，转向加力作用终止。由此可见，无论转向盘处于中立位置还是转向位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，该系统工作管路中总是保持高压。(2) 常流式液压助力转向系不转向时，转向控制阀保持开启。转向动力缸的活塞两边的工作腔，由于都与低压回油管路相通而不起作用。转向油泵输出的油液流入转向控制阀，又由此流回转向油罐。因转向控制阀的节流阻力很小，故油泵输出压力也很低，油泵实际上处于空转状态。当驾驶员转动转向盘，通过机械转向器7使转向控制阀处于与某一转弯方向相应的工作位置时，转向动力缸的相应工作腔方与回油管路隔绝，转而与油泵输出管路相通，而动力缸的另一腔则仍然通回油管路。地面转向阻力经转向传动机构传到转向动力缸的推杆和活塞上，形成比转向控制阀节流阻力高得多的油泵输出管路阻力。于是转向油泵输出压力急剧升高，直到足以推动转向动力缸活塞为止。转向盘停止转动后，转向控制阀随即回复到中立位置，使动力缸停止工作。上述两种液压助力转向系相比较，常压式的优点在于有储能器积蓄液压能，可以使用流量较小的转向油泵，而且还可以在油泵不运转的情况下保持一定的转向加力能力，使汽车有可能续驶一定距离。这一点对重型汽车而言尤为重要。常流式的优点则是结构简单，油泵寿命长，漏泄较少，消耗功率也较少。因此，目前只有少数重型汽车（如法国贝利埃T25型、美国WABC0120型等自卸汽车）采用常压式液压助力转向系，而常流式液压助力转向系则广泛应用于各种汽车。(3)液压式助力转向系的转向控制阀转向控制阀按阀体的运动方向分为，滑阀式和转阀式两种。1)滑阀式转向控制阀阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀，称为滑阀式转向控制阀。当阀体处在中间位置时，其两个凸棱边与阀套环槽形成四条缝隙。中间的两个缝隙分别与动力缸两腔的油道相通，而两边的两个缝隙与回油道相通。当阀体向右移动很小的一个距离时，右凸棱将右外侧的缝隙堵住，左凸棱将中间的左缝隙堵住，则来自油泵的高压油经通道和中间的右缝隙流入通道，继而进入动力缸的一个腔；而动力缸的另一腔的低压油被活塞推出，经由左凸棱外侧的缝隙和通道流回储油罐。用在常压式液压动力转向系中的滑阀结构，称为常压式滑阀。滑阀处在中间位置，转向控制阀关闭，高压油不流入动力缸，汽车直线行驶。常压式滑阀与常流滑阀的工作原理相同，仅凸棱的宽窄不同。2）转阀式转向控制阀阀体绕其圆心转动来控制油液流量的转向控制阀，称为转阀式转向控制阀。该转阀具有四个互相连通的进油道A，通道B、C分别与动力缸的左右腔连通。当阀体顺时针转过一个很小角度时，从油泵来的压力油经通道A流入四个通道C，继而进入动力缸的一个腔内。另外四个通道B的进油被隔断，压力油不能进入，因而动力缸另一腔的低压油，在活塞的推动下经回油道流回储油罐。(4)常流式液压助力转向系统的结构布置方案机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起，这种三合一的部件称为整体式动力转向器。另一种方案是只将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，该部件称为半整体式动力转向器，转向动力缸则做成独立部件。第三种方案是将机械转向器作为独立部件，而将转向控制阀和转向动力缸组合成一个部件，称为转向加力器。(5) 整体式动力转向器与半整体式动力转向器目前国产轿车上几乎毫无例外地采用了转阀式的整体动力转向器，由转阀、齿轮齿条式转向器和转向动力缸组成的整体式动力转向器，转向动力缸的助力直接作用在齿条上，齿条的动力由一端输出。半整体式动力转向器是由机械转向器和转向控制阀组合成一个部件，转向动力缸则是独立部件。该装置与备（用车）轮架液压升降装置共用一套由转向油罐和内装流量控制阀及安全阀的转向油泵组成的供能装置。(6)转向油罐转向油罐的作用是贮存、滤清并冷却液压转向加力装置的工作油液（一般是锭子油或透平油）。转向油罐一般是单独安装，但也有直接装在转向油泵上的。中心油管接头座专门用以装接转向控制阀的回油管路。另外两个油管接头座则分别装接转向油泵的进油管和半整体动力转向器的漏泄回油管路。中心油管接头座下部有滤芯密封圈，上部旋装着中心螺柱。滤芯套装在中心螺柱上，而且由锁销限位的弹簧压住。罐盖靠翼形螺母压紧。由转向控制阀和转向动力缸流回来的油液通过中心油管接头座的径向油孔流入滤芯内部空腔，经滤清后进入贮液腔，准备供入转向油泵。滤芯弹簧的预紧力不大，故当滤芯堵塞而回油压力略有增高时，滤芯便在液压作用下升起，让油液不经过滤清便进入贮液腔，以免油泵进油不足。滤网片用以防止油液乳化。（7）转向油泵转向油泵是液压助力转向系统的供能装置，其作用是将输入的机械能转换为液压能输出。转向油泵的结构形式有齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式等，其中外啮合齿轮式转向油泵应用最多。（8）电控液压助力转向系统在传统液压助力转向系统的基础上加装电控系统，使辅助转向力的大小不仅与转向盘的转角增量（或角速度）有关，还与车速有关，就形成了电控液压助力转向系统。与传统液压助力转向系统相比，增加了液压反应装置和液流分配阀，而加设的电控系统则包括动力转向ECU、电磁阀和车速传感器等。电控液压助力转向系统利用电控单元根据车速调节作用在转向盘上的阻力，通过控制转向控制阀的开启程度以改变液压助力系统辅助力的大小，从而实现辅助转向力随车速而变化的助力特性。1.2.2.2 电动助力转向系统电动液压助力转向系统的液压泵（齿轮泵）通过电动机驱动，与发动机在机械上毫无关系，助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关，是典型的可变助力转向系统。其特点是由ECU提供供油特性，汽车低速行驶时助力作用大，驾驶员操纵轻便灵活；在高速行驶时转向系统的助力作用减弱，驾驶员的操纵力增大，具有明显的“路感”，既保证转向操纵的舒适性和灵活性，又提高了高速行驶中转向的稳定性和安全感。（1）直接助力式电动转向系统直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元（ECU），ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，并将指令传递给电动机，通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统（转向轴）中，从而完成实时控制的助力转向。（2）四轮转向系统汽车的四轮转向（简称4WS）是指汽车在转向时，4个车轮都可相对车身主动偏转，使之起到转向作用，以改善汽车的转向机动性能。按照后轮转向机构控制和驱动方式的不同，四轮转向可分为机械式、液压式、电控机械式、电控液压式和电控电动式等几种类型。目前使用最广泛的4WS系统为电控液压式，主要用于前轮采用液压助力转向系统的汽车中。（3）线控转向系统线控转向系统用传感器记录驾驶员的转向意图和车辆的行驶状况，通过数据线将信号传递给车载电脑，电脑据此做出判断并控制液压激励器提供相应的转向力，使转向轮偏转相应角度实现转向。1.3 汽车转向技术的发展历史及趋势1.3.1 历史回顾15100多年前，汽车刚刚诞生后不久，其转向操作是模仿马车和自行车的转向方式，用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转实现转向的。由于操纵费力且不可靠，以致时常发生车毁人亡的事故。1817年，德国人林肯斯潘杰提出了类似于现代汽车的将前轮用转向节与前梁连接方式。（即改进转向器的想法）。他研制了一种允许汽车前轮在主轴上独立回转的结构把车轮与转向节连接起来，转向节又用可转动的销轴与前轴连接，从而发明了转向梯形机构，并与第二年将其向英国政府申请专利的权力转让给了出版商、英籍德国人阿克曼。不久，阿曼克向英国专利局申请了“平行连杆式转向机构”专利。1857年，英国的达吉恩蒸汽汽车是第一辆采用转向盘来实现汽车转向的机动车辆。1872年苏格兰的查理士第一个把转向盘安装到煤气发动机车辆上。此前，想把转向盘安装到车辆上的多次尝试均未得到认可。1878年，“现代汽车之父”、德国的卡尔本茨在他的三轮乘坐车上首次采用了所谓的齿轮齿条式转向器，但却考一根操纵杆来控制汽车行使方向。1879年，法国四轮马车制造商杰特发明了第一个平行四边形转向联动机构。杰特的转向机构可以把转向中心点移向两侧。他把一根杆子与带有两个连接臂的转向节相连。当时称为转向臂和随动臂。杰特把转向柱的一端与转向臂连接，当转动转向柱时，通过转向臂和随动臂、横拉杆和车轮轴转动车轮，实现汽车转向。1886年，英国的弗雷德里克斯特里克兰说服了他的朋友、汽车制造商雷克，把一个用于轮船上的转向柱和转向盘装到了一辆新的戴姆勒弗顿敞蓬车上。斯特里克是以建造蒸汽机船为职业的，德雷克则是戴姆勒英国公司的领导人。后来，向大西洋两岸销售的每一辆戴姆勒弗顿汽车都装上了舵柄（转向盘）。早期的那些试验，包括戴姆勒弗顿敞篷汽车上的转向器都已消亡，因为高踞在垂直转向柱上短的转向盘的高度几乎已达到驾驶员眼睛的位置，因此，对任何一个人来说，驾驶这种车辆都会感到困难。汽车转向盘是关系着驾驶员与乘客生命安危的重要部件，它控制着车辆的行使方向。早期的蒸汽汽车上安装的转向盘都用垂直安装方式，专项通过向上或下旋转实现。这种安装方式不利于驾驶员操纵，也常常妨碍驾驶视线。1890年，戴妙勒帕利生制成世界上第一辆转向柱与转向盘倾斜的汽车，从此，人类的汽车驾驶就踏上了更舒适、安全的旅程。在20世纪初，汽车已经是一个沉重而又高速疾驰的车辆，充气轮胎代替了实心车轮。由于转向柱直接于转向节连接，所以转动车轮式很费劲的。即使是一个健壮的驾驶员，要控制转向仍然是很劳累的事情。因此，汽车常常冲出路外。于是，降低转向操纵力的问题就变得赐教迫切了。从1903年开始，助力辅助转向机构不断出现，并逐渐走向成熟。1905年出版的汽车时代杂志谈到了哥伦比亚汽车的助力转向器。据说这总简单的装置在车速为29公里/小时时，仍能使汽车保持不偏离路线。1923年，美国底特律市的亨利马尔斯为了减少蜗轮副和滚动轴之间的接触摩擦力，在两者之间接触处放置滚珠支撑，这就出现了滚珠蜗轮转向器。这种型式的转向器就成为现在大家所熟知的循环球式转向器，目前仍被广泛地应用在美国和日本制造的汽车上。1928年，弗朗西斯戴维斯所研制成功并首次应用了液压助力辅助转向器。这种转向器由维克斯公司制造，该公司并制定了此项标准，26后为汽车工业所采纳。第二次世界大战时期，汽车转向虽然采用了转向器，但对其实施操纵仍然不是一键轻松的事。当汽车质量增大、转向费劲时，驾驶员要求能有更好的办法来解决，这才重新推广了一种已经大约有3/4个世纪历史的助力辅助转向器。1954年，凯迪拉克汽车公司首先把液压助力转向器应用于汽车上，助力专项的历史又回到了以前的道路。早在第二次世界大战期间，较高级的助力转向系统就开始应用于各种军用车辆。20世纪50年代初期，由于出现了重型的汽车以及速度很高的高级小客车，指靠转向器本身的结构，既要是汽车转向操纵省力，又要灵活，显然已难以兼顾，于是把战争时期使用的助力转向器经过改进，使用在了中型汽车和高级小客车上。后来，因为得到普遍使用，在20世纪50年代末就研制出了质量小、结构紧凑、自行润滑的助力转向器。这种助力转向器使转向操纵十分省力，只要适当选择转向器传动比，就可以同时满足转向灵敏的要求。1967年，美国的汤姆森制造了一辆四轮专项的印迪赛车，但未进行实际使用。1981年，日本研制出能原地转向的汽车。他们在车身尾部下边装设了一直横向小车轮，只需按一下电钮就可使小车轮落地并把后轮抬起，在转动横向小车轮，汽车变以前轮为中心原地转向。1985年，日本丰田公司的克雷西达汽车成了第一个采用计算机控制辅助转向系统的汽车产品，丰田公司称此系统为先进的动力齿轮齿条转向系。该机构在变速器力有个传感器，它可以监视车辆车速度，把信号输入计算机，计算机再根据此信号控制电磁液流控制阀，通过液压系统供给转向齿条高压动力油流。汽车在公路上高速行使使，转向需要的动力需要的动力较少，计算机液流控制阀降低油压，同时把转向器稳住，当停车或汽车低速行驶转向时，计算机液流控制阀提高油流压力，这就使得驾驶员很容易操纵转向盘。1986年10月8日，日本本田汽车公司宣布，已研制出一种被称为4WS的四轮转向汽车。汽车转向盘转动的角度首先使前轮转向，同时经输出轴带动后转向机，使后轮与前轮同向或反向转动。现在，动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。1.3.2 发展趋势改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。有资料显示，国外有很多国家的转向器厂，都已发展成大规模生产的专业厂，年产超过百万台，垄断了转向器的生产，并且销售点遍布了全世界。现代汽车转向装置的设计趋势：(1)适应汽车高速行驶的需要从操纵轻便性、稳定性及安全行驶的角度，汽车制造广泛使用更先进的工艺方法，使用变速比转向器、高刚性转向器。“变速比和高刚性”是目前世界上生产的转向器结构的方向。(2)充分考虑安全性、轻便性随着汽车车速的提高，驾驶员和乘客的安全非常重要，目前国内外在许多汽车上已普遍增设能量吸收装置，如防碰撞安全转向柱、安全带、安全气囊等，并逐步推广。从人类工程学的角度考虑操纵的轻便性，已逐步采用可调整的转向管柱和动力转向系统。(3)低成本、低油耗、大批量专业化生产随着国际经济形势的恶化，石油危机造成经济衰退，汽车生产愈来愈重视经济性，因此，要设计低成本、低油耗的汽车和低成本、合理化生产线，尽量实现大批量专业化生产。对零部件生产，特别是转向器的生产，更表现突出。(4)汽车转向器装置的电脑化汽车的转向器装置，必定是以电脑化为唯一的发展途径。1.4 本文的主要研究内容及意义 本文以特大重型汽车为研究对象，介绍了汽车转向系的类型、组成和发展。