1、1緒論1.1汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安 全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護駕 駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展， 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）,發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW ）。按轉(zhuǎn)向力能源的不同，可將轉(zhuǎn)向系分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系。機械轉(zhuǎn)向系的能量來源是人力，所有傳力件都是機械的，由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)（方向盤）、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大

2、部分組成。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C 構(gòu)的直線運動（嚴格講是近似直線運動）的機構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件2。動力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。由于轉(zhuǎn) 向助力裝置最常用的是一套液壓系統(tǒng)，因此也就離不開泵、油管、閥、活塞和儲油罐，它 們分別相當于電路系統(tǒng)中的電池、導(dǎo)線、開關(guān)、電機和地線的作用。通常，對轉(zhuǎn)向系的主要要求是：（1）保證汽車有較高的機動性，在有限的場地面積內(nèi)，具有迅速和小半徑轉(zhuǎn)彎的能力， 同時操作輕便；（2）汽車轉(zhuǎn)向時，全部車輪應(yīng)繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑；(3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小；(4) 轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并應(yīng)使

3、汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)；(5) 發(fā)生車禍時，當轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架和車身變形一起后移時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最好有保護機構(gòu)防止傷及乘員機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車的轉(zhuǎn)向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來 完成的。機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn) 向器，減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有 1、2級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后 的運動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向 輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為了產(chǎn)生

4、足夠大的轉(zhuǎn)向扭矩需要使用大直徑的轉(zhuǎn)向盤，需占用較大 的空間，整個機構(gòu)笨拙，特別是對轉(zhuǎn)向阻力較大的重型汽車，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向難度很大，這就大 大限制了其使用范圍。但因結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些 轉(zhuǎn)向操縱力不大、對操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(HPS)裝配機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負擔過于沉重，為解決這個問題，美國GM公司在20世紀50年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)。該系統(tǒng)是建立在機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由 液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)

5、生動力來推動機 械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配閥、 動力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和 溢流閥。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯 與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動。轉(zhuǎn)向軸用銷釘與 閥中的彈性扭桿相接，該扭桿起到閥的中心定位作用。在齒條的一端裝有活塞，并位于動 力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向軸（連主動齒輪軸）帶動閥 芯相對滑套運動，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥流向動力缸的一側(cè), 推動活塞帶動齒條運動

6、，通過橫拉桿使車輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機帶動液壓泵產(chǎn)生的壓力來 實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。由于液壓轉(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動轉(zhuǎn)向力矩，從而改善了汽車的轉(zhuǎn)向輕便 性和操縱穩(wěn)定性。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動 機怠速時的流量來確定。汽車起動之后，無論車子是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而 且在大轉(zhuǎn)向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程 度上浪費了發(fā)動機動力資源。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此

7、，在1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）EHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點是原來由發(fā)動機帶動的液壓助力泵改由電機驅(qū)動，取代了由發(fā)動機驅(qū)動的 方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工 作；低速時轉(zhuǎn)向效果不變，高速時可以自動根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛 行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的機電一體 化產(chǎn)品。一般由電氣和機械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元 ECU組成；機械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)

8、向器、控制閥、管路和電動泵。其中電動泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說, 在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省 力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動液壓泵以較低的速度運轉(zhuǎn)，在不至影響高速打 轉(zhuǎn)向的需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率。電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉(zhuǎn)動，電動泵以很低的 速度運轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲油罐；當駕 駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動機轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判 斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小

9、，向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應(yīng)的 轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入齒條上的 動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效 果。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了較大的改進，但液壓裝 置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測等問題。電控液壓助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車 Cervo上配備了 Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱 助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990年日本Honda公司也在運

10、動型轎車 NSX上采用了自 主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。EPS是在EHPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它取消EHPS的液壓油泵、油管、油缸和密封圈 等部件，完全依靠電動機通過減速機構(gòu)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強，解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新A-class等車型上紛紛被采用。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動機、電磁離合器以及減速機構(gòu)組成。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其

11、工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭 矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。同時控制單元也會收到來自方向盤位置傳感 器的信號，這個傳感器一般是和扭矩傳感器裝在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2個功能集 成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號， 根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機，由電機產(chǎn)生扭矩傳到助力機構(gòu)上 去，這里的齒輪機構(gòu)則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成 了助力轉(zhuǎn)向。1.143電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(1) 節(jié)約了能源消耗。 與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比， 沒有系統(tǒng)要求的常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向 油泵，且電動機只是在需要轉(zhuǎn)向

12、時才接通電源，所以動力消耗和燃油消耗均可降到最低。 還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機帶動液壓油泵，使 液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費了部分能量。相反EPS僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要向電機提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當前的車速有關(guān)。當轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機不工作；需要轉(zhuǎn)向時，電機在控制模塊的作用下開 始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了 “按需供能”，是真正的“按需供能型” (on-dema nd )系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能 80%左右。(2) 改善了轉(zhuǎn)向回正特性。當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤一角度然

13、后松開時，EPS系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。同時還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正 特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn) 矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特 性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)起來很 困難。(3) 提高了操縱穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓 動力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對助力進行實時調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā) 飄，從而影響

14、操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動機提供助力，助力大小由電子控制單元(ECU) 根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號進行實時調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個矛盾。(4) 安全可靠。EPS系統(tǒng)控制單元ECU具有故障自診斷功能，當ECU檢測到某一組 件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機、電源系統(tǒng)及汽車點火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控 制方式進行工作，確保了行車的安全。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計顯得尤為重要。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire

15、Systerm，簡稱SBW）的發(fā)展，正是滿足這種客觀需求。它是繼EPS后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比EPS操縱穩(wěn)定性更好的特點，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能 實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成SBW系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員 提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（也稱為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊包括轉(zhuǎn) 向電機、齒條位移傳感器等，實現(xiàn)兩個功能：跟蹤參考前輪轉(zhuǎn)角、向轉(zhuǎn)向盤模塊反饋輪胎 所受外力

16、的信息以反饋車輛行駛狀態(tài)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工 作。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn) 變成電信號輸入到ECU, ECU根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機的旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬，生成反饋轉(zhuǎn)矩，控制轉(zhuǎn)向電動 機的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度，通過機械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置， 使汽車沿 著駕駛員期望的軌跡行駛。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點（1）取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機械連接， 通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運動關(guān)系， 因而消除了機械約束和轉(zhuǎn)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好

17、由程序根據(jù)汽車的行駛 工況實時設(shè)置傳動比。（2 ）去掉了原來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個模塊之間的剛性機械連接，采用柔性連接，使轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)在汽車上的布置更加靈活，轉(zhuǎn)向盤的位置可以方便地布置在需要的位置。（3）提高了汽車的操縱性。由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速， 轉(zhuǎn)向狀況進行參數(shù)補償，從而提高了汽車的操縱性。（4）改善駕駛員的“路感”。由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機械連接，駕駛員“路感”通過模擬生成。使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反 映汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅 向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感” 。（5）減少了機

18、構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程，使系 統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的 準確性得以提高。1.2齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器概述齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)及工作原理齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種4圖1-11.轉(zhuǎn)向橫拉桿2.防塵套3.球頭座4.轉(zhuǎn)向齒條5.轉(zhuǎn)向器殼體6.調(diào)整螺塞7.壓緊彈簧8.鎖緊螺母9.壓塊10.萬向節(jié)11.轉(zhuǎn)向齒輪軸12.向心球軸承13.滾針軸承兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖1-1所示，作為傳動副主動件的轉(zhuǎn)向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉(zhuǎn)向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節(jié)叉10和轉(zhuǎn)向軸連接。 與

19、轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉(zhuǎn)向橫拉桿1相連。彈簧7 通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6調(diào)整。 當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向器齒輪11轉(zhuǎn)動，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動，從而使左右橫 拉桿帶動轉(zhuǎn)向節(jié)左右轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向車輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖1-2所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器上，齒條的一端通過內(nèi)外托架與轉(zhuǎn)向橫拉桿相連。圖1-21.萬向節(jié)叉2.轉(zhuǎn)向齒輪軸3.調(diào)整螺母4.向心球軸承5.滾針軸

20、承6固定螺栓7.轉(zhuǎn)向橫拉 桿8.轉(zhuǎn)向器殼體9.防塵套10.轉(zhuǎn)向齒條11.調(diào)整螺塞12.鎖緊螺母13.壓緊彈簧14.壓 塊齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器功能特點(1)構(gòu)造筒單，結(jié)構(gòu)輕巧。由于齒輪箱小，齒條本身具有傳動桿系的作用，因此,它不需耍循 環(huán)球式轉(zhuǎn)向器上所使用的拉桿（2）因齒輪和齒條直接嚙合，操縱靈敏性非常高。滑動和轉(zhuǎn)動阻力小，轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好，因此，轉(zhuǎn)向力非常輕。（4）轉(zhuǎn)向機構(gòu)總成完全封閉，可免于維護。1.3電控液壓助力轉(zhuǎn)向器概述1.3.1EHPS 的簡單介紹：電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱為 EHPAS（Electro-Hydraulic Power Assist Steeri ng） ，系統(tǒng)部件主要包括

21、電動機、液壓泵、轉(zhuǎn)向機、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、EHPAS警告燈以及助力油儲液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動機及液壓泵通常安裝在一起。1.3.2 EHPS 的工作原理:電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)閥液壓常流式工作原理，只是增加了電控系統(tǒng)，對車 速的高低有感知能力，隨機反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向助力油壓，產(chǎn)生良好的手感，無轉(zhuǎn)向發(fā)飄的感覺。 油泵利用曲軸的皮帶盤驅(qū)動，多采用葉片式或齒輪式油泵，都裝有量孔及流量控制閥和安 全閥（限壓閥），控制油泵的輸出流量的多少和油壓的高低。即利用節(jié)流原理，保持油壓 不變，但其流量隨轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速高流量少（助力?。D(zhuǎn)速低流量大（助力大）。在此只 重溫液壓常流式工作原理，其

22、他內(nèi)容從略。1 不轉(zhuǎn)向時。油泵輸出的油液，通過分配閥直接流回油罐，是“低壓循環(huán)常流”狀態(tài)（0.10.4MPa ），油泵無負荷運轉(zhuǎn)，發(fā)動機功率損失小。2 .轉(zhuǎn)向時。油液通過分配閥的轉(zhuǎn)換油道，流入動力缸的右側(cè)R或左側(cè)L，進行油液換位。由于油液不可壓縮，堆積產(chǎn)生壓力，助力油壓多為67MPa，有些重型車的助力油壓可達1416MPa，壓力差推動活塞而轉(zhuǎn)向助力。實際上液壓轉(zhuǎn)向助力，是力的爭斗和平衡過程。其關(guān)系式為：P=R/F（1-1 ）P助力油壓；R轉(zhuǎn)向阻力；F活塞的工作面積。P總是和R成正比；與F成反比；R不是定值（與路面有關(guān)），并與車速成反比。 P>R 不斷助力轉(zhuǎn)向；P=R 維持助力轉(zhuǎn)向；P&l

23、t;R 不能助力轉(zhuǎn)向。1.3.3 EHPS 的技術(shù)特點：相對于機械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下特點：1）優(yōu)點 由于電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了電動機代替發(fā)動機驅(qū)動機械液壓泵，這在一定程 度上降低了發(fā)動機的負荷，從而降低了燃油消耗。 根據(jù)技術(shù)性統(tǒng)計結(jié)果，車輛在正常行駛時，在超過85%的行駛時間內(nèi)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 不需要提供助力。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動機在不需要提供助力時只有很小的電流 通過，只有在需要提供助力時才會提高通過的電流，這樣可以避免消耗不必要的電能。 電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有調(diào)校靈活的特點，通過修改轉(zhuǎn)向控制單元內(nèi)存儲的軟 件，可以很容易地按照行駛需要設(shè)定或修改轉(zhuǎn)向助力

24、的特性，因此在低速和高速行駛時都 能有良好的助力效果。 由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以使用故障診斷儀輔助故障的檢 修。2）缺點 雖然采用了電能作為動力源，但是仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助 力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及液壓管路 有泄漏的可能等問題。 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同，都帶有液壓管路和儲油罐 等，系統(tǒng)不能實現(xiàn)模塊化設(shè)計，各部件在車身上的布置仍然有一定的局限性。14國內(nèi)外發(fā)展情況隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍不斷擴大。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從簡單的純機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（H

25、ydraulicPowerSteering ，簡稱HPS）、 電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricHydraulicPowerSteering，簡稱 EHPS）發(fā)展到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricalPowerSteeri ng，簡稱EPS）。EHPS和EPS等助力系統(tǒng)在汽車上的采用，改善了汽車轉(zhuǎn)向力的控制特性，降低了 駕駛員的轉(zhuǎn)向負擔，然而汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)始終處于機械傳動階段，由于轉(zhuǎn)向傳動比固定，汽 車轉(zhuǎn)向特性隨車速變化進行一定的操作補償，從而控制汽車按其意愿行駛。如果轉(zhuǎn)向盤與 轉(zhuǎn)向輪通過控制信號連接，即采用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steeri ng-By-Wire

26、System，簡稱SBWS），轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和汽車前輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系（汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性）的設(shè)計就可以得 到改善，從而降低駕駛員的操縱負擔，改善人一車閉環(huán)系統(tǒng)性能1.5本課題研究的目的和意義改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。作為汽車關(guān)鍵部件之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也得到了 相應(yīng)的發(fā)展，基本已形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)的局面。有資料顯示，國外有很多國家的 轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并 且銷售點遍布了全世界。由于汽車轉(zhuǎn)向器屬于汽車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它在汽車系統(tǒng)中占有重要位置，因而它 的發(fā)展同時也反映了汽車工業(yè)的發(fā)展，它的規(guī)模和質(zhì)量也成為了衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的

27、重要標志之一。隨著汽車高速化和超低扁平胎的通用化，過去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循環(huán)球 變傳動比轉(zhuǎn)向器只能相對地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問題，要想從跟本上解決這兩 個問題只有安裝動力轉(zhuǎn)向器。因此，除了重型汽車和高檔轎車早已安裝動力轉(zhuǎn)向器外，近 年來在中型貨車、豪華客車及中檔轎車上都已經(jīng)開始安裝動力轉(zhuǎn)向器，隨著動力轉(zhuǎn)向器的 設(shè)計水平的提高、生產(chǎn)規(guī)模的擴大和市場的需要，其他的一些車型也必須陸續(xù)安裝動力轉(zhuǎn) 向器。液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了 廣泛的應(yīng)用。在采用氣壓制動或空氣懸架的大型車輛上，也有采用氣壓動力轉(zhuǎn)向的。1.6本文主要研究內(nèi)容汽車動力轉(zhuǎn)向系在給出數(shù)據(jù)

28、計算結(jié)果下所選取合適的轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計。 選取內(nèi)容為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器與電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。2汽車主要參數(shù)的選擇2.1汽車主要尺寸的確定汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖2-1所示圖2-1汽車的主要參數(shù)尺寸2.1.1 軸距L軸距L的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一 些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系 列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動 或上坡時軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾

29、角過大等。因 此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。當然，在滿足所設(shè)計汽車的車廂尺寸、 軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計得短一些為好。普通車的軸距轎車的軸距與其類型、用途、總長有密切關(guān)系。微型及普通級轎車要求制造成本低， 使用經(jīng)濟性好，機動靈活，因此汽車應(yīng)輕而短，故軸距應(yīng)取短一些；中高級轎車對乘坐舒 適性、行駛乎順性和操縱穩(wěn)定性要求高，故軸距應(yīng)設(shè)計得長一些。轎車的軸距約為總長的 54 % 60%。軸距與總長之比越大，則車廂的縱向乘坐空間就愈大， 這對改善汽車縱向角 振動也有利。但若軸距與總長之比超過 62 %，則會使發(fā)動機、行李箱和備胎的布置困難， 外形的各部分比例

30、也不協(xié)調(diào)。表2-1提供的數(shù)據(jù)可供初選軸距時參考表2-1各類汽車的軸距和輪距車型類別軸距L/mm輪距B/mm發(fā)動機排量V<1.0200022001100 "3801.0<V <1.6210025401150 -1500乘用車V/L1.6<V <2.5250028601300 -15002.5<V <4.0285034001400 -1580V>4.0290039001560 -1620客車城市客車450050001740 -2050長途客車50006500汽車總質(zhì)量商用車<1.8170029001150 -13504 X2 貨車1.

31、8 6.02300 36001300 16506.0 14.03600 55001700 2000>14.04500 56001840 20002.1.2 前輪距B1和后輪距B2改變汽車輪距B會影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎 直徑等因素發(fā)生變化、增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并導(dǎo)致汽車的比功率、轉(zhuǎn)矩指標下 降，機動性變壞。受汽車總寬不得超過2.5m限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距B1范圍內(nèi)，應(yīng)能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時轉(zhuǎn)向桿系與 車架、車輪之間有足夠的運動間隙。在確定后輪距B2時，應(yīng)考慮兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪

32、胎寬度以及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。各類汽車的輪距可參考表1-1提供的數(shù)據(jù)進行初選。外廓尺寸汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、用途、承載員、道 路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標準、法規(guī)限制等因素來確定。在滿足使用要求的前提 下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動力性、 經(jīng)濟性和機動性。GB1589 1989對汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。2.2汽車質(zhì)量參數(shù)的確定汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量 m0、載客量裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量ma、 軸荷分配等。整車整備質(zhì)量mo整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備(包括隨車工具、備胎等)，加滿燃料、水

33、、但沒有裝貨和在人時的整車質(zhì)量。整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟型有影響。整車整備質(zhì)量在設(shè)計階段需估 算確定。在日常工作中，收集大量同類汽車各總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新 車設(shè)計的特點、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計成整車整備質(zhì)量。乘用車和商用客車的整備質(zhì)量，也可按每人所占汽車整備質(zhì)量的統(tǒng)計平均值估計，可參考表2-2表2-2乘用車和商用客車人均整備質(zhì)量值2乘用車人均整備質(zhì)量商用客車人均整備質(zhì)量值值V <1.00.15 0.16<10.00.096 0.160發(fā)動機1.0<V <1.60.17 7.24車輛總長排量V/L1.6<V &l

34、t;2.50.21 7.29La/m2.5<V <4.00.29 7.34>10.00.065 0.130V>4.00.29 7.34222汽車的載客量和裝載質(zhì)量(1)汽車的載客量乘用車的載客量包括駕駛員在內(nèi)不超過 9座，又稱之為M1類汽車，其他M2、M3類汽車的座位數(shù)、乘員數(shù)及汽車的最大設(shè)計總質(zhì)量本次設(shè)計未涉及，不予示例。(2 )汽車的裝載質(zhì)量me 汽車的載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時所允許的 額定載質(zhì)量。汽車在碎石路面上行駛時，載質(zhì)量約為好的行駛路面的75 %85 %。越野汽車的載質(zhì)量是指越野汽車行駛時或在土路上行駛的額定載質(zhì)量。商用貨車載質(zhì)量me的確定，首先應(yīng)與

35、企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車的用途 和使用條件。原則上，貨流大、運距長或礦用自卸車應(yīng)采用大噸位貨車以利降低運輸成本， 提高效率；對貨源變化頻繁、運距短的市內(nèi)運輸車，宜采用中、小噸位的貨車比較經(jīng)濟。質(zhì)量系數(shù)m0質(zhì)量系數(shù)是指汽車車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值,m07m0mem0該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進m0汽車總質(zhì)量ma汽車總質(zhì)量ma是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質(zhì)量。乘用車和商用客車的總質(zhì)量 ma由整備質(zhì)量 mo、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李質(zhì)量三部分構(gòu)成。其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)量按65kg計，于是ma mo 65n n(2-

36、1)式中，n為包括駕駛員在內(nèi)的載客數(shù)；為行李系數(shù)。軸荷分配汽車的軸荷分配是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱件和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。因此，在總體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，對轎車而言，前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55 %以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時的后軸負荷 一般不大于52 %;后置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時后軸負荷最好不超過59 %，否則,會導(dǎo)致汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。2.3輪胎的選擇輪胎的尺寸和

37、型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此， 在總體設(shè)計開始階段就應(yīng)選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負荷、輪胎的 額定負荷以及汽車的行駛速度。當然還應(yīng)考慮與動力一傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸 參數(shù)（例如汽車的最小離地間隙、總高等）的影響輪胎所承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比，稱為輪胎負荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪 胎負荷系數(shù)取為0.91.0，以免超載。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負 荷大，故它們的輪胎負荷系數(shù)應(yīng)接近下限。為了提高汽車的動力因數(shù)、降低汽車及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對公路用車 在其輪胎負荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量選取尺寸

38、較小的輪胎。采用高強 度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。例如裝 載員4t的載貨汽車在20世紀50年代多用的9.020輪胎早己被8.25 20，7.5020 至8.2516等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過能力常采 用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車制動頻繁，制動鼓 與輪輞之間的間隙應(yīng)大一些，以便散熱，故應(yīng)采用輪輞尺寸較大的輪胎。轎車都采用直徑 較小、面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、 輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。3. 轉(zhuǎn)向系設(shè)計概述3.1對轉(zhuǎn)向系的要求1）

39、汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿 足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。2 ）汽車轉(zhuǎn)向行駛時，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛 位置，并穩(wěn)定行駛。3 ）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。4）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng) 最小。5）保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。6）操縱輕便。7）轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。9）在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或

40、車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10）進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動方向一致。3.2轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。有時為了布置方便，減小由于裝配位 置誤差及部件相對運動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在 轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖3-1。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，貝U會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。采用動力轉(zhuǎn)向時，還應(yīng) 有轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)。圖3-1轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)1-轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；2-轉(zhuǎn)向傳動軸；3-轉(zhuǎn)向管柱；4-轉(zhuǎn)向軸；5-轉(zhuǎn)向盤1-steeri nguni versa

41、lshaft; 2-steeri ngpropeller ; 3-steeri ng colu mn4-steeri ng axis; 5-steeri ng wheel3.3轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等（見圖3-2）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按定關(guān)系進行偏轉(zhuǎn)。圖3-2轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)Fig 3-2 the tran smissi on system of steeri ng1-轉(zhuǎn)向搖臂；2-轉(zhuǎn)向縱拉桿；3-轉(zhuǎn)向節(jié)臂；4-轉(zhuǎn)向梯形臂；5-轉(zhuǎn)向橫拉桿3.4轉(zhuǎn)向器機械轉(zhuǎn)向器是將司機對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向

42、搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的 移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進行傳遞的機構(gòu)。機械轉(zhuǎn)向器與動力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高級轎車和重型載貨汽車為了使 轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。采用液力式動力轉(zhuǎn)向時，由于液體的阻尼作用，吸 收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。為了避免汽車在撞車時司機受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊 外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。為了緩和來自路面的沖擊、衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的震動，有的還裝有轉(zhuǎn)向減振器。多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機動性，某些現(xiàn)代轎車采 用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)

43、對機動性的要求，有時要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪 轉(zhuǎn)向。3.5轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑汽車的機動性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機動性則應(yīng)由兩個條件保證。即首先應(yīng)使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的22.5倍范圍內(nèi);其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比。兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時，若不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對轉(zhuǎn)向系的第 條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖 3-3所示，由下式?jīng)Q定:cotcotDO COBD(3-1)式中：o 外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角;內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角;K兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點間的距離;L軸距內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來保證。圖3-3理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)

44、角間的關(guān)系汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角imax與。max、軸距L、主銷距K 及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變 的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構(gòu)成圓周的半徑?？砂聪率接嬎?Rminsino max(3-2)通常imax為35o40o，為了減小Rmin值，imax值有時可達到45o操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達 到。對轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤或轉(zhuǎn)向輪能自動回正的要求和對汽車直線行駛穩(wěn)動性的要求則主要 是通過合理的選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角，消除轉(zhuǎn)

45、向器傳動間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來達 到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，貝U轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。至于對轉(zhuǎn)向系 的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來解決。轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤干重的1.0%1.4% ;小排量以及下轎車干重的1.5%2.0%。轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式對汽車的自身質(zhì) 量影響較小4. 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)4.1轉(zhuǎn)向系的效率功率P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號表示。表示，；反之稱為逆效率，用符號正效率計算公式：(4-1 )P1P3 P2逆效率計算公式:(4-2 )P3式中，P1為作用在

46、轉(zhuǎn)向軸上的功率；p2為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；p3為作用在轉(zhuǎn)向搖 臂軸上的功率。正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動返回 能力。但為了減小傳至轉(zhuǎn)向盤上的路面沖擊力，防止打手，又要求此逆效率盡可能低。影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。轉(zhuǎn)向器的正效率影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。(1)轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率在四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別 是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾

47、輪與支持軸之 間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承。選用滾針軸承時，除滾輪與滾針之 間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器的效率n +僅有54%。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和75%。轉(zhuǎn)向搖臂軸的軸承采用滾針軸承比采用滑動軸承可使正或逆效率提高約10%。(2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿類轉(zhuǎn)向器, 其效率可用下式計算(4-3)tana0tan (ao)式中，a0為蝸桿(或螺桿)的螺線導(dǎo)程角；p為摩擦角，p =arctanf ； f為磨擦因數(shù)轉(zhuǎn)向器的逆效率根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極

48、限可逆式和不可逆式之分。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。它能保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正，既可以減輕駕駛員的疲勞，又可以提高行駛安全性。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。該沖擊力轉(zhuǎn)向傳 動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員 又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之

49、間。在車輪受到?jīng)_擊力作用 時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。如果忽略軸承和其它地方的磨擦損失，只考慮嚙合副的磨擦損失，則逆效率可用下式 計算（4-4）增大的影響,此時表明該轉(zhuǎn)tan（a°）tana0式（4-3 ）和式（4-4 ）表明：增加導(dǎo)程角ao，正、逆效率均增大。受 a0不宜取得過大。當導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負值或者為零， 向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。4.2傳動比變化特性轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比i°和轉(zhuǎn)向系的力傳動比ip。(4-5)轉(zhuǎn)向系的力傳動比：ip 2Fw/F轉(zhuǎn)向系的角傳動比：wi 0kd /dtdd k（4

50、-6）d k/dt轉(zhuǎn)向系的角傳動比i0由轉(zhuǎn)向器角傳動比i和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比i組成即i 0 i i（4-7）轉(zhuǎn)向器的角傳動比：wd1/dtd（4-8）1pdp/dtd p轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比pdp/dtd p（4-9）1kdk/dtd k422力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系轉(zhuǎn)向阻力Fw與轉(zhuǎn)向阻力矩Mr的關(guān)系式:FwMra(4-10)作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh與作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩 Mh的關(guān)系式:Fh2MhD sw(4-11)將式（4-10 ）、式（4-11 ）代入ip 2Fw/Fh后得到M Qswi p(4-12)Mha如果忽略磨擦損失，根據(jù)能量守恒原理，2Mr/M h可用下式表示(4-13

51、)2Mr di 0M h d k將式（4-10 ）代入式（4-11 ）后得到i o Dsw2a(4-14 )當a和Dsw不變時，力傳動比ip越大，雖然轉(zhuǎn)向越輕，但i 0也越大，表明轉(zhuǎn)向不靈轉(zhuǎn)向器角傳動比的選擇轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。影響選取角傳動比變化規(guī)律的 主要因素是轉(zhuǎn)向軸負荷大小和對汽車機動能力的要求。若轉(zhuǎn)向軸負荷小或采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，不存在轉(zhuǎn)向沉重問題，應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角 傳動比，以提高汽車的機動能力。若轉(zhuǎn)向軸負荷大，汽車低速急轉(zhuǎn)彎時的操縱輕便性問題 突出，應(yīng)選用大些的轉(zhuǎn)向器角傳動比。汽車以較高車速轉(zhuǎn)向行駛時，要求轉(zhuǎn)向輪反應(yīng)靈敏，轉(zhuǎn)向器角傳動比應(yīng)當小些。汽車 高

52、速直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。否則轉(zhuǎn)向過分敏感，使 駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。轉(zhuǎn)向器角傳動比變化曲線應(yīng)選用大致呈中間小兩端大些的下凹形曲線，如圖3-1所示4.3轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙 t傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副之間的間隙。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小不同而改變，并把這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性（圖4-2 ）。研究該特性的意義在于它與直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的使用壽命有關(guān)。傳動副的傳動間隙在轉(zhuǎn)向盤處于中間及其附近位置時要極小，最好無間隙。若轉(zhuǎn)向器 傳動副存在傳動間隙，一旦轉(zhuǎn)向輪受到側(cè)向力作用，車輪將偏離原行駛位置，使汽車失去 穩(wěn)定。傳動副在中間及其

53、附近位置因使用頻繁，磨損速度要比兩端快。在中間附近位置因磨 損造成的間隙過大時，必須經(jīng)調(diào)整消除該處間隙。為此，傳動副傳動間隙特性應(yīng)當設(shè)計成圖 4-2所示的逐漸加大的形狀。圖4-2轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性轉(zhuǎn)向器傳動副傳動間隙特性 圖中曲線1表明轉(zhuǎn)向器在磨損前的間隙變化特性；曲線2 表明使用并磨損后的間隙變化特性，并且在中間位置處已出現(xiàn)較大間隙；曲線 3表明調(diào)整 后并消除中間位置處間隙的轉(zhuǎn)向器傳動間隙變化特性。4.4轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)轉(zhuǎn)向盤從一個極端位置轉(zhuǎn)到另一個極端位置時所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和靈敏性。轎車轉(zhuǎn)向盤的總

54、轉(zhuǎn)動圈數(shù)較少，一般約在 3.6圈以內(nèi)；貨車一般不宜超過6圈。5機械式轉(zhuǎn)向器方案分析及設(shè)計5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊;殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃有矢哌_90% ;齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的 彈簧。能自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度。還可以防止工作時產(chǎn)生沖 擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制 造成本低。齒輪齒

55、條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊 張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷 害。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式，如圖 5-1所示： 中間輸入，兩端輸出(a);側(cè)面輸入，兩端輸出(b);側(cè)面輸入，中間輸出(c);側(cè)面輸入， 一端輸出(d)。圖5-1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向起有四種形式采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平 面附近。由于拉桿長度增加，車輪上、下跳動時拉桿擺角減小，有利于減少車輪上、下跳 動時轉(zhuǎn)向系與懸架系的運動干涉。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿會與齒條同 時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。采用兩端輸出方案時，由于轉(zhuǎn)向拉桿長度受到限制，容易與懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)產(chǎn)