TRIZ技術(shù)進(jìn)化在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用解析獲獎科研報告

TRIZ技術(shù)進(jìn)化在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用解析獲獎科研報告摘要：本文首先對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)化路線的方法進(jìn)行了分析，之后闡述了汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展過程，主要有機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，最后對汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論，希望通過以上方面的分析闡述與討論，能夠為以后的研究工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：TRIZ技術(shù)；汽車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論對創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在原理和規(guī)律進(jìn)行了非常成功的揭示，它能夠?qū)ο到y(tǒng)中存在的矛盾進(jìn)行澄清和強(qiáng)調(diào)，它最終的目的是將存在的矛盾全部解決，獲得理想解。技術(shù)進(jìn)化理論是TRIZ核心理論的重要組成部分，它能夠用進(jìn)化法則或技術(shù)進(jìn)化路線來揭示各種產(chǎn)品核心技術(shù)的進(jìn)化規(guī)律。并且這種進(jìn)化法則和進(jìn)化路線適用于不同的領(lǐng)域和行業(yè)，具有可傳遞性的特點。技術(shù)進(jìn)化理論一方面能夠?qū)夹g(shù)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測，另一方面還能夠預(yù)見產(chǎn)品的開發(fā)，也就是把預(yù)測結(jié)果所實現(xiàn)的產(chǎn)品可能的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行全面的展現(xiàn)，這樣能夠引導(dǎo)相關(guān)的設(shè)計人員將新的核心技術(shù)盡快來的開發(fā)出來，這能夠使發(fā)明周期有效的縮短，并使產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率得到有效的提高。

動態(tài)性和可控性進(jìn)化法則、提高理想度原則、增加集成度在進(jìn)行簡化法則、減少人工介入的進(jìn)化法則、子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則、技術(shù)系統(tǒng)的s曲線進(jìn)化法則、向微觀級和增加場應(yīng)用的進(jìn)化法則以及子系統(tǒng)的不均衡進(jìn)化法則，這是TRIZ技術(shù)系統(tǒng)的八個進(jìn)化法則。這八個進(jìn)化法則能夠?qū)夹g(shù)進(jìn)化的方向進(jìn)行明確，同時每條進(jìn)化法則之下又有很多的技術(shù)進(jìn)化路線，而技術(shù)所處的不同狀態(tài)構(gòu)成了不同的技術(shù)進(jìn)化路線，這充分說明了技術(shù)的進(jìn)化過程就是從低級到高級，從而也使技術(shù)預(yù)測成為了可能[1]。

1.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)化路線的方法

技術(shù)進(jìn)化法則和技術(shù)進(jìn)化路線具體應(yīng)用方法為：首先要選擇產(chǎn)品的進(jìn)化法則，選擇產(chǎn)品的進(jìn)化法則主要是依據(jù)已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，在確定好一種或者幾種進(jìn)化法則后就可以明確具體的進(jìn)化路線，具體的進(jìn)化路線從進(jìn)化法則中選擇，每一種進(jìn)化法則都會有一種或者幾種不同的進(jìn)化路線，而新的核心技術(shù)可能存在的結(jié)構(gòu)狀態(tài)就在蘊含在進(jìn)化路線之中。

根據(jù)以上的步驟在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中應(yīng)用技術(shù)進(jìn)化路線的方法具體的步驟為：首先，要選擇產(chǎn)品的進(jìn)化法則，這樣就需要對已有產(chǎn)品的特點進(jìn)行分析，從汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點來看，它需要更強(qiáng)的轉(zhuǎn)向操控性和安全性，并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)該布置的更加緊湊，這樣進(jìn)化法則就可以選擇可控性和動態(tài)性，這兩個進(jìn)化法則就是指要組成更加柔性化的技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這樣對于環(huán)境條件的變化、多樣性的功能需求以及性能需求的變化才能更好的適應(yīng)。對技術(shù)系統(tǒng)的柔性化改造一般包含用柔性或活動部件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性或固定的部件，也就是向流體或者場的方向進(jìn)化，也就是由剛體發(fā)展到單鉸鏈，之后再發(fā)展到多鉸鏈，然后發(fā)展到柔性體，之后是液體或者氣體，最終進(jìn)化為“場”。按照這個過程，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到目前為止一共經(jīng)歷了四個過程：第一個階段是出現(xiàn)的最早的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第二個階段是HPS也就是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第三個階段是EPS即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第四個階段是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

1.1機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

第一個階段的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由三個部分組成，分別是轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器以及轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向軸最初采用的是剛性連接，剛性連接在轉(zhuǎn)向的過程中非常的不方便，而且如果車輛發(fā)生了交通事故，那么剛性連接的轉(zhuǎn)向軸很容易使司機(jī)受到傷害。在這種情況下為了使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到改進(jìn)，能夠更加方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)向并在一定程度上保護(hù)司機(jī)，于是就將一個十字軸鉸鏈安裝在了剛性軸的中間，后來有單鉸鏈連接進(jìn)一步發(fā)展成了雙鉸鏈連接，這樣就可以在一定程度上調(diào)整轉(zhuǎn)向盤，能夠更加容易的控制車輪的方向。這只是進(jìn)化過程中的一小步，在此基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)用柔性軸代替鉸鏈連接[2]。

1.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也就是HPS，它主要由六個部分組成，分別是供油裝置、控制閥、助力裝置、油泵、油管以及V形帶輪。實際上液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是將一套液壓助力系統(tǒng)加裝在了以往的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，液壓油是這個系統(tǒng)的動力源，它能夠使液壓泵產(chǎn)生動力，之后機(jī)械轉(zhuǎn)向器受到液壓泵的推動開始進(jìn)行相關(guān)的工作。液壓助力系統(tǒng)能夠使轉(zhuǎn)向操縱力大大降低，這樣汽車在行進(jìn)的過程中就能夠更加靈活的進(jìn)行轉(zhuǎn)向，這也是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用液體或者氣體的具體體現(xiàn)。

1.3電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也就是EPS，它主要由五個部分組成，分別是電動機(jī)、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向柱總成、電子控制單元ECU以及車速傳感器。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實際上就是將電子控制裝置、轉(zhuǎn)向助力結(jié)構(gòu)以及傳感器等安裝在經(jīng)過改造的以往的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，這個系統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以根據(jù)駕駛條件的變化隨之進(jìn)行助力的變化，隨時為駕駛?cè)藛T提供最合適的助力，從而使汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性得到了有效的提高。這也是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用“場”的具體體現(xiàn)。

1.4線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是SWB，這種系統(tǒng)實際上是“場”模式的進(jìn)一步發(fā)展，也是目前最為先進(jìn)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接以及轉(zhuǎn)向盤都取消了，這是與以上三種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。這個系統(tǒng)有驅(qū)動電機(jī)和路感電機(jī)兩個不同的電機(jī)，轉(zhuǎn)向軸上安裝的是路感電機(jī)，根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)向工況控制器能夠控制路感電機(jī)使產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩更加的合理，從而將模擬路面信息提供給駕駛員。齒條上安裝的是驅(qū)動電機(jī)，這樣僅需驅(qū)動電機(jī)就能夠完全克服汽車的轉(zhuǎn)向阻力，而轉(zhuǎn)向盤的作用只是輸入轉(zhuǎn)角信號。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠使汽車的被動安全性得到有效的提高，并且還能夠有效的避免駕駛員在事故中受到轉(zhuǎn)向柱的傷害。但是因為沒有機(jī)械連接轉(zhuǎn)向柱和轉(zhuǎn)向盤，駕駛員就很難感覺到真實的路面狀況和汽車實際的行駛狀態(tài)，另外還有一個問題就是目前還難以確切的保證電子器件的可靠性。實際上線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并沒有進(jìn)行廣泛的推行，目前只是安裝在概念車上進(jìn)行試驗和研究[3]。

2.汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展趨勢

在經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展后，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)越來越完善。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)越性非常明顯，當(dāng)前汽車上基本都是配備的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在動力轉(zhuǎn)向領(lǐng)域的主導(dǎo)地位就目前的實際情況來看在今后的一段時間內(nèi)不會發(fā)生大的改變。但是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠使能夠使汽車的被動安全性、操控穩(wěn)定性以及乘坐舒適度得到有效的提高，對汽車的設(shè)計制造業(yè)非常的有利，從這些顯著的優(yōu)勢來看線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將引領(lǐng)未來動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。從汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對“場”模式的應(yīng)用和發(fā)展的趨勢來看，未來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究發(fā)展方向應(yīng)該是無線遙控轉(zhuǎn)向。

結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點所應(yīng)用的