汽车转向系统

汽车转向系统结构解析汽车系杨健我们平时开车，控制好方向盘就能让车往我们想要的方向行驶，很少会探究方向盘是如何使车轮转向的。也经常听到“液压助力转向”、“电动助力转向”、“主动转向”这些名词，它们到底是如何工作的？又有什么不同？下面我们一起来了解一下。用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steeringsystem)。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。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。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和电动助力动力转向系统，以及气压动力转向系统。分类机械转向系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。操纵器转向操纵机构由方向盘、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。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。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。我们主要介绍前几种。齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。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。循环球式转向器的结构与机理循环球式转向器主要由螺杆、螺母、转向器壳体以及许多小钢球等部件组成，所谓的循环球指的就是这些小钢球，它们被放置于螺母与螺杆之间的密闭管路内，起到将螺母螺杆之间的滑动摩擦转变为阻力较小的滚动摩擦的作用，当与方向盘转向管柱固定到一起的螺杆转动起来后，螺杆推动螺母上下运动，螺母在通过齿轮来驱动转向摇臂往复摇动从而实现转向。在这个过程当中，那些小钢球就在密闭的管路内循环往复的滚动，所以这种转向器就被称为循环球式转向器。相比齿轮齿条式转向器，循环球式转向器由于更多依靠滚动摩擦，所以具有较高的传动效率，操纵起来比较轻便舒适，机械部件的磨损较小，使用寿命相对较长，在过去那个没有转向助力的年代，循环球式转向器占据了统治地位。调整齿条和齿扇的啮合间隙。调整螺钉顺时针转动，齿扇被推入，啮合间隙减少；反之则增大。[1]何为助力转向?所谓助力转向，是指借助外力，使驾驶者用更少的力就能完成转向。起初应用于一些大型车上，不用那么费力就能够轻松地完成转向。现在已经广泛应用于各种车型上，使得驾驶更加轻松、敏捷，一定程度上提高了驾驶安全性。助力转向按动力的来源可分为液压助力和电动助力两种。机械式液压助力转向机械式液压助力系统主要包括齿轮齿条转向结构和液压系统(液压助力泵、液压缸、活塞等)两部分。工作原理是通过液压泵(由发动机皮带带动)提供油压推动活塞，进而产生辅助力推动转向拉杆，辅助车轮转向。那具体是怎样动作的呢？首先位于转向机上的机械阀体（可随转向柱转动），在方向盘没有转动时，阀体保持原位，活塞两侧的油压相同，处于平衡状态。当方向盘转动时，转向控制阀就会相应的打开或关闭，一侧油液不经过液压缸而直接回流至储油罐，另一侧油液继续注入液压缸内，这样活塞两侧就会产生压差而被推动，进而产生辅助力推动转向拉杆，使转向更加轻松。在液压转向系统中，如车轮的剧烈跳动和遇到坑洼路面导致轮胎出现非自主的转向时，可以通过液压对活塞的作用能够很好的缓冲和吸收震动，使传递到方向盘上的震动大大减少。机械液压助力技术成熟稳定，可靠性高，应用广泛。但结构较复杂，维护成本较高。而且单纯的机械式液压助力系统助力力度不可调节，很难兼顾低速和高速行驶时对指向精度的不同需求。电子式液压助力转向电子式液压助力的结构原理与机械式液压助力大体相同，最大的区别在于提供油压油泵的驱动方式不同。机械式液压助力的液压泵直接是通过发动机皮带驱动的，而电子式液压助力采用的是由电力驱动的电子泵。电子液压助力的电子泵，不用消耗发动机本身的动力，而且电子泵是由电子系统控制的，不需要转向时，电子泵关闭，进一步减少能耗。电子液压助力转向系统的电子控制单元，利用对车速传感器、转向角度传感器等传感器的信息处理，可以通过改变电子泵的流量来改变转向助力的力度大小。电动助力转向电动助力主要由传感器、控制单元和助力电机构成，没有了液压助力系统的液压泵、液压管路、转向柱阀体等结构，结构非常简单。主要工作原理是，在方向盘转动时，位于转向柱位置的转矩传感器将转动信号传到控制器，控制器通过运算修正给电机提供适当的电压，驱动电机转动。而电动机输出的扭矩经减速机构放大后推动转向柱或转向拉杆，从而提供转向助力。电动助力转向系统可以根据速度改变助力的大小，能够让方向盘在低速时更轻盈，而在高速时更稳定。电动助力转向有两种实现方式，一种是对转向柱施加助力，是将助力电机经减速增扭后直接连接在转向柱上，电机输出的辅助扭矩直接施加在转向柱上，相当于电机直接帮助我们转动方向盘。另一种是对转向拉杆施加助力，是将助力电机安装在转向拉杆上，直接用助力电机推动拉杆使车轮转向。后者结构更为紧凑、便于布置，目前使用比较广泛。