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1、第十九章 汽車轉向系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 汽車轉向系統(tǒng)的功用汽車轉向系統(tǒng)的功用保證汽車按駕駛員的意志進行轉向和正常行駛保證汽車按駕駛員的意志進行轉向和正常行駛。 汽車轉向系統(tǒng)的分類與組成汽車轉向系統(tǒng)的分類與組成 機械轉向系統(tǒng)機械轉向系統(tǒng): 以駕駛員體力為轉向能源，所有傳力件是機械零件。以駕駛員體力為轉向能源，所有傳力件是機械零件。主要由轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構組成。主要由轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構組成。動力轉向系統(tǒng)動力轉向系統(tǒng):駕駛員體力（小部分）和發(fā)動機動力（大部分駕駛員體力（小部分）和發(fā)動機動力（大部分)為轉向為轉向能源。能源。組成：在機械轉向系統(tǒng)的基礎上增加轉向加
2、力裝置。組成：在機械轉向系統(tǒng)的基礎上增加轉向加力裝置。機械轉向系統(tǒng)的組成轉向器轉向器轉向操縱機構轉向操縱機構轉向傳動機構轉向傳動機構動力轉向系統(tǒng)的組成 動力轉向裝置：動力轉向裝置： 轉向油罐、轉向油泵、轉向控制閥、轉向動力缸轉向油罐、轉向油泵、轉向控制閥、轉向動力缸1）兩側車輪偏轉角之間的理想關系）兩側車輪偏轉角之間的理想關系 為了降低汽車轉向時車輪的磨損，希望轉向時每個車輪都作純滾動，即要求所有車輪的軸線都相交于一點。 汽車內輪轉角與外輪轉角之間的關系如下： maxminsin/sin/:/cotcotLRLRRLBLB最小轉彎半徑汽車轉彎半徑，汽車軸距交點距離兩側主銷軸線與地面相O為汽車轉
3、向中心為汽車轉向中心汽車對轉向系的要求及影響轉向性能的參數(shù) v一、三軸為轉向橋的三軸汽車一、三軸為轉向橋的三軸汽車一、二軸為轉向橋的四軸汽車一、二軸為轉向橋的四軸汽車2）轉向系的角傳動比 轉向器角傳動比轉向器角傳動比i1轉向盤轉角增量與轉向搖臂轉角相應增量之比轉向盤轉角增量與轉向搖臂轉角相應增量之比 轉向傳動機構角傳動比轉向傳動機構角傳動比i2轉向搖臂轉角增量與同側的轉向節(jié)的轉角相應增量之比轉向搖臂轉角增量與同側的轉向節(jié)的轉角相應增量之比 轉向系角傳動比轉向系角傳動比i:i1i2 轉向盤轉角增量與同側的轉向節(jié)的轉角增量之比。轉向盤轉角增量與同側的轉向節(jié)的轉角增量之比。轉向系的角傳動比轉向系的角
4、傳動比轉向盤轉向盤轉向器轉向器轉向搖臂轉向搖臂轉向節(jié)轉向節(jié)轉向器角傳動比轉向器角傳動比i1轉向傳動轉向傳動機構角傳機構角傳動比動比i1轉向系角傳動比轉向系角傳動比ii= i1*i2i1較大，貨車為較大，貨車為1632，轎車為，轎車為1220；i2較小，一般為較小，一般為1。轉向系的角傳動比 轉向器的角傳動比越大，轉動轉向盤所需要的操縱力就越小，轉向越省力，轉向越省力，但轉向操縱的靈敏度就會下降。 有的汽車轉向器在轉向過程的不同階段，其傳動比的大小是不相等的（可變傳動比轉向器）。3）轉向器的傳動效率 定義定義:轉向器的輸出功率與輸入功率的比值稱為轉向器的轉向器的輸出功率與輸入功率的比值稱為轉向器
5、的效率。效率。正效率：正效率：由轉向軸輸入，轉向搖臂輸出的傳動效率由轉向軸輸入，轉向搖臂輸出的傳動效率逆效率：逆效率：由轉向搖臂輸入，轉向軸輸出的傳動效率由轉向搖臂輸入，轉向軸輸出的傳動效率轉向器的傳動效率 轉向器除要保證汽車轉向輕便靈活外，還應能防止由于路面反力對轉向盤產(chǎn)生過大的沖擊(即所謂“打手現(xiàn)象)，造成操縱困難和駕駛員工作疲勞。 為了實現(xiàn)這一目的，轉向器應具有較高的正傳動效率和適當?shù)哪鎮(zhèn)鲃有省?根據(jù)轉向器正向和逆向傳力的特性不同，轉向器可分為可逆式轉向器、不可逆式轉向器和極限可逆式轉向器三種類型。轉向器的傳動效率轉向器的傳動效率 對應傳動效率的轉向器對應傳動效率的轉向器可逆式轉向器可
6、逆式轉向器：逆效率高。轉向結束后方向盤自：逆效率高。轉向結束后方向盤自動回正，可將路面阻力完全反饋到轉向盤，路感動回正，可將路面阻力完全反饋到轉向盤，路感好，可能發(fā)生好，可能發(fā)生“打手打手”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。不可逆轉向器不可逆轉向器：逆效率低。轉向結束后方向盤不：逆效率低。轉向結束后方向盤不會自動回正，駕駛員喪失路感，無法根據(jù)路面阻會自動回正，駕駛員喪失路感，無法根據(jù)路面阻力調整方向盤轉距；力調整方向盤轉距；極限可逆式轉向器：極限可逆式轉向器：逆效率略高于不可逆式?？赡嫘事愿哂诓豢赡媸??？梢垣@得一定的路感，轉向盤可自動回正。應用較以獲得一定的路感，轉向盤可自動回正。應用較少，中型越野車或礦用自卸車
7、少，中型越野車或礦用自卸車4）轉向盤的自由行程）轉向盤的自由行程 定義：定義：轉向盤空轉階段的行程，稱為轉向轉向盤空轉階段的行程，稱為轉向盤的自由行程。盤的自由行程。 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：轉向系統(tǒng)中傳動件之間存在轉向系統(tǒng)中傳動件之間存在裝配間隙，且隨著零件的磨損而增大。裝配間隙，且隨著零件的磨損而增大。 轉向盤自由行程的作用：轉向盤自由行程的作用：可緩和路面沖擊，可緩和路面沖擊，避免駕駛員過分的緊張和疲勞；過大轉向避免駕駛員過分的緊張和疲勞；過大轉向盤自由行程會降低轉向靈敏度。一般為盤自由行程會降低轉向靈敏度。一般為10 155）對轉向系統(tǒng)的要求）對轉向系統(tǒng)的要求 (1)要求工作可靠，操縱
8、輕便。 (2)轉向機構還應能減小地面?zhèn)鞯睫D向盤上的沖擊，并保持適當?shù)摹奥犯小薄?(3)當汽車發(fā)生碰撞時，轉向裝置應能減輕或避免對駕駛員的傷害。第二節(jié)第二節(jié) 機械轉向系統(tǒng)機械轉向系統(tǒng) 機械轉向器機械轉向器齒輪齒條式齒輪齒條式循環(huán)球式循環(huán)球式 轉向操縱機構轉向操縱機構 轉向傳動機構轉向傳動機構 轉向器是轉向系中減速增扭的傳動裝置，其功用是增大轉向盤傳到轉向節(jié)的力并改變力的傳動方向。 目前應用廣泛的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。一、機械轉向器1.齒輪齒條式轉向器 傳動件：傳動件：齒輪、齒條齒輪、齒條 特點：特點：結構簡單，緊湊，質量輕，制造容易，成本低；結構簡單，緊湊，質量輕，制造容易，成本低；轉向靈敏，
9、正、逆效率高；轉向靈敏，正、逆效率高；齒輪齒條式轉向器結構實例齒輪齒條式轉向器結構實例2.循環(huán)球式轉向器 循環(huán)球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構型式之一。 一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。 循環(huán)球式轉向器 采用兩級傳動：采用兩級傳動：螺桿螺母傳動與齒條齒扇傳動特點：特點：1) 正傳動效率高達正傳動效率高達90%95%，轉向省力；，轉向省力； 2) 壽命長，工作平穩(wěn)；逆效率也很高，容易打手。壽命長，工作平穩(wěn)；逆效率也很高，容易打手。循環(huán)球式轉向器 為了減少轉向螺桿、螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現(xiàn)滾動摩擦。 轉向螺桿和螺母上都
10、加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。特點：正傳動效率高（最高90%95%），故操縱輕便，使用壽命長。循環(huán)球式轉向器 轉向螺桿轉動時，通過鋼球將力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動，形成“球流”。在轉向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內循環(huán)，不會脫出。循環(huán)球式轉向器二、轉向操縱機構二、轉向操縱機構 由轉向盤、轉向軸、轉向管柱等組成，將駕駛員轉動轉向盤的操縱力傳給轉向器。 方向盤為了司機有很好的視野，方向盤上部一般較大。轉向操縱機構 為了保證碰撞時
11、駕駛員安全，需要采用吸能裝置為了保證碰撞時駕駛員安全，需要采用吸能裝置轉向盤：外邊柔軟，骨架變形轉向軸和轉向柱管：通過變形來吸收能量三、轉向傳動機構 功用功用將轉向器輸出的力和運動傳到兩側轉向節(jié)，使轉向輪偏將轉向器輸出的力和運動傳到兩側轉向節(jié)，使轉向輪偏轉，且偏轉角按一定關系變化，保證車輪與地面的相對轉，且偏轉角按一定關系變化，保證車輪與地面的相對滑動盡可能小滑動盡可能小 與非獨立懸架配用的轉向傳動機構與非獨立懸架配用的轉向傳動機構前橋為轉向橋一般布置在前橋后前橋為轉向驅動橋防止干涉，布置在前橋前轉向直拉桿橫置轉向搖臂 把轉向器輸出的力和運動傳給直拉桿或橫拉桿，進而推動轉向輪偏轉轉向直拉桿 作
12、用：作用：將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂(轉向節(jié)臂轉向節(jié)臂)在轉向輪偏轉或懸架彈性變形相對于車架跳動時，轉向直在轉向輪偏轉或懸架彈性變形相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動，為拉桿與轉向搖臂及轉向節(jié)臂的相對運動都是空間運動，為不發(fā)生運動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。不發(fā)生運動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。轉向橫拉桿 作用：聯(lián)系左、右梯形臂并使其協(xié)調工作的連接桿調節(jié)前束與獨立懸架配用的轉向傳動機構 每個轉向輪相對于車架作獨立運動，轉向橋必須是斷開式的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的。第三節(jié)
13、第三節(jié) 液壓助力轉向系統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng) 動力轉向系統(tǒng)定義：用以將發(fā)動機輸出的部分機械能轉化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉向傳動裝置或者轉向器中某一傳動件施加液壓或氣壓作用力，以減輕駕駛員的轉向操縱力的一套零部件。 類型：液壓動力轉向系氣壓動力轉向系 液壓助力轉向系統(tǒng)的組成：由機械轉向器、轉向動力缸和轉向控制閥液壓助力轉向系統(tǒng)的分類 常壓式：油罐、油泵、儲能器、控制閥、動力缸等特點：特點：系統(tǒng)中保持限定壓力，只要轉向系統(tǒng)就提供壓力，反應迅速。液壓助力轉向系統(tǒng)的分類 常流式：油罐、油泵、控制閥、動力缸等特點：特點：不轉向時系統(tǒng)無壓力，轉向時系統(tǒng)才提供壓力常壓式與常流式的比較 常壓式液壓助力轉向
14、系統(tǒng)常壓式液壓助力轉向系統(tǒng) 優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)一直有油壓，響應快。用儲能器積蓄能量，可用小油泵系統(tǒng)一直有油壓，響應快。用儲能器積蓄能量，可用小油泵 缺點：缺點：容易引起壓力漏油；容易引起壓力漏油；油泵總要保持壓力，會降低油泵壽命；油泵總要保持壓力，會降低油泵壽命；儲能器占用空間，燃油消耗率高。儲能器占用空間，燃油消耗率高。 常流式液壓助力轉向系統(tǒng)：常流式液壓助力轉向系統(tǒng)： 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單；油泵壽命長；泄漏少；消耗功率低。結構簡單；油泵壽命長；泄漏少；消耗功率低。 缺點：缺點：轉向后才建立壓力，響應慢；為提高速度需使用較大油泵轉向后才建立壓力，響應慢；為提高速度需使用較大油泵 目前汽車上使用
15、的多是常流式液壓助力轉向系統(tǒng)目前汽車上使用的多是常流式液壓助力轉向系統(tǒng)常流式液壓助力轉向系統(tǒng)的布置方案常流式液壓助力轉向系統(tǒng)的布置方案 按機械轉向器、轉向控制閥和轉向動力缸的三者的組合及位按機械轉向器、轉向控制閥和轉向動力缸的三者的組合及位置關系，分為三種：置關系，分為三種：v整體式動力轉向器；整體式動力轉向器；v半整體式動力轉向器；半整體式動力轉向器；v轉向加力器。轉向加力器。工作原理 直線行駛時直線行駛時轉向控制閥將轉向油泵泵出來的工轉向控制閥將轉向油泵泵出來的工作液與油罐相通，轉向油泵處于卸作液與油罐相通，轉向油泵處于卸荷狀態(tài)，動力轉向器不起助力作用。荷狀態(tài)，動力轉向器不起助力作用。 向
16、右轉向：向右轉向：向右轉動轉向盤，轉向控制閥將轉向右轉動轉向盤，轉向控制閥將轉向油泵泵出的工作液與向油泵泵出的工作液與R腔接通，將腔接通，將L腔與油罐接通，在油壓作用下，活腔與油罐接通，在油壓作用下，活塞向下移動，通過傳動結構使左右塞向下移動，通過傳動結構使左右輪向右偏轉，從而實現(xiàn)右轉向。輪向右偏轉，從而實現(xiàn)右轉向。 向左轉向：向左轉向：向左轉向時，情況與上述相反向左轉向時，情況與上述相反轉向控制閥轉向油泵油罐液壓助力轉向系統(tǒng)的轉向控制閥 滑閥式轉向控制閥：特點：靠閥體的移動控制油液流量，需較大運動空間 轉閥式轉向控制閥靠閥體轉動控制油液流量。體積小，加工要求精度高轉閥結構：轉閥結構：4個連通
17、的進油通道個連通的進油通道A；4個通道個通道B、C與動力缸的與動力缸的左右腔相連；左右腔相連；低壓腔低壓腔D。 當閥體轉過一個角度當閥體轉過一個角度后，閥體封閉后，閥體封閉B和和C中的中的一個通道，打開另一個一個通道，打開另一個通道。通道。直行右轉左轉整體式動力轉向器整體式動力轉向器汽車直線行駛時的工作狀況：汽車直線行駛時的工作狀況： 動力缸左右兩腔相通，系統(tǒng)中只有極小克服流動阻力的油動力缸左右兩腔相通，系統(tǒng)中只有極小克服流動阻力的油液壓力。液壓力。汽車轉向行駛時的工作狀況：汽車轉向行駛時的工作狀況：轉動方向盤轉動方向盤 扭桿扭轉變形扭桿扭轉變形 滑閥偏轉滑閥偏轉 動力油缸左腔進入高壓油，右腔
18、與回油管路連通動力油缸左腔進入高壓油，右腔與回油管路連通 轉向轉向輪偏轉輪偏轉 轉向齒輪與轉向軸同向轉動轉向齒輪與轉向軸同向轉動 。動力轉向裝置的隨動作用：動力轉向裝置的隨動作用： 轉向動力缸隨轉向盤工作或停止的特性。轉向動力缸隨轉向盤工作或停止的特性。輔助裝置輔助裝置1.轉向油罐轉向油罐組成：組成：o 油罐蓋；油罐蓋；o 罐體；罐體；o 過濾裝置；過濾裝置；o 進出油口等。進出油口等。2.轉向油泵轉向油泵轉向油泵的類型：齒輪式、葉片式、轉子式、柱塞式。轉向油泵的類型：齒輪式、葉片式、轉子式、柱塞式。流量控制閥流量控制閥作用：作用：避免發(fā)動機轉速過避免發(fā)動機轉速過高時，流量過大，導致系高時，流
19、量過大，導致系統(tǒng)的功率消耗過多和油溫統(tǒng)的功率消耗過多和油溫過高。過高。出油腔出油腔進油腔進油腔出油口出油口量孔量孔v柱塞下腔通出油腔；柱塞下腔通出油腔；v柱塞上腔通出油口；柱塞上腔通出油口；v出油腔與出油口之間因為出油腔與出油口之間因為量孔的節(jié)流作用存在壓差。量孔的節(jié)流作用存在壓差。 當流量過大時，出油腔與出當流量過大時，出油腔與出油口的壓差增大，流量控制閥油口的壓差增大，流量控制閥上下腔的壓差增加，導致彈簧上下腔的壓差增加，導致彈簧被壓縮柱塞上移，將出油腔與被壓縮柱塞上移，將出油腔與進油腔接通，系統(tǒng)的流量降低。進油腔接通，系統(tǒng)的流量降低。安全閥安全閥作用：作用： 油泵的輸出壓力取決于液壓系統(tǒng)
20、地負荷，為了避免轉向阻力過大時，系統(tǒng)內部的壓力過高會導致油泵、動力缸和管路過載而損壞，設置安全閥限制系統(tǒng)的最高壓力。第四節(jié)第四節(jié) 電子控制動力轉向系統(tǒng)電子控制動力轉向系統(tǒng) 電動助力轉向系統(tǒng) （Electric Power-assistant Steering，EPS） 四輪轉向系統(tǒng) （Four-wheel Steering，4WS） 線控轉向系統(tǒng) （Steer-by-Wire，SBW） 一、電動助力轉向系統(tǒng)EPS 低速時使轉向輕便、靈活；中高速時，保證提供最優(yōu)的動力放大倍率和穩(wěn)定的轉向手感，提高高速行駛的操縱穩(wěn)定性。 根據(jù)助力機構的不同，可分為電動液壓式(Electric Power-assi
21、stant Hydraulic Steering，EHPS)和電動機直接助力式。電動液壓助力轉向系統(tǒng) 液壓式電控助力轉向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)的基礎上，增加了一套電子控制裝置 。波羅轎車電動液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖波羅轎車電動液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖 直接助力式電動轉向系統(tǒng) 直接助力式電動轉向系統(tǒng)是一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的動力轉向系統(tǒng)，無動力缸、液壓油泵、轉閥、液壓管道等液壓元件。直接助力式電動轉向系統(tǒng)示意圖直接助力式電動轉向系統(tǒng)示意圖 二、四輪轉向系統(tǒng)4WS 汽車在轉向過程中，4個車輪可根據(jù)前輪轉角或車速等信號同時相對車身偏轉。 偏轉的一般規(guī)律：低速時，前后輪反向轉向，汽車轉彎半徑小，機動靈活性高；中高速時，前后輪同向轉向，車身姿態(tài)變化小，行駛穩(wěn)定性高。 逆相控制模式 同相控制模式 三、線控轉向系統(tǒng)SBW 最大特點：去掉了轉向盤和轉向輪之間的機械連接 。 組成：轉向盤模塊、轉向模塊、電控單元和傳感器等。 SBW系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖
汽車轉向系統(tǒng)
