汽车转向系统概述

汽车转向系统概述汽车转向系统的功用保证汽车按驾驶员的意愿进行转向和正常行驶。确保转向轻便，行驶稳定。汽车转向系统的定义汽车中用来改变或者恢复其行驶路线的系统。汽车构造汽车转向系统的分类按汽车转向系统能源的不同分为：机械转向系统动力转向系统电动助力转向系统以驾驶员的体力为转向能源，其中所有的传力件都是机械零件。兼用驾驶员的体力和发动机动力为转向能源，其转向系统中需要增加动力转向装置。以驾驶员的体力和电能为转向能源，其转向系统中需要增加电动装置或者电液装置。汽车构造机械式转向系统的组成方向盘；转向轴；转向万向节转向传动机构转向操纵机构转向器图12-1机械转向系统示意图1—转向盘2—转向轴3、5—转向万向节4—转向传动轴6—转向器7—转向摇臂8—转向直拉杆9—转向节臂10—左转向节11、13—梯形臂12—转向横拉杆14—右转向节汽车构造机械式转向系统的组成汽车构造汽车构造动力转向系统的组成动力转向装置：o转向油罐；o转向油泵；o转向控制阀；o转向动力缸。机械转向装置：o转向操纵装置o转向器o转向传力装置汽车构造汽车构造汽车构造机械式液压助力系统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。汽车构造电子式液压助力转向系统汽车构造电动助力转向系统（EPS）组成：转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及蓄电池电源等。汽车构造电动助力转向系统（EPS）汽车构造电动助力转向系统工作原理转矩传感器测出驾驶员施加在转向盘上的操纵力矩，车速传感器测出车辆当前的行驶速度，然后将这两个信号传递给ECU；ECU根据内置的控制策略，计算出理想的目标助力力矩，转化为电流指令给电机；然后，电机产生的助力力矩经减速机构放大作用在机械式转向系统上，和驾驶员的操纵力矩一起克服转向阻力矩，实现车辆的转向。汽车构造汽车构造当车低速行驶时，它可以提供大的助力，保证方向盘转动轻盈和灵活；当车速较高时，它提供的助力就会较小，以增强行车的安全性和稳定性。两侧转向轮偏转角之间的理想关系式汽车构造两侧转向轮偏转角之间的理想关系式汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图所示。显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。B是两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L是汽车轴距。由汽车转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离R称为汽车的转弯半径。cotcotBLminmaxsinLR汽车构造转向系统的角传动比转向盘转向器转向摇臂转向节转向器角传动比iω1转向传动机构角传动比iω2转向系统角传动比iωiω=iω1*iω2两个转向轮受到的转向阻力与驾驶员作用在转向盘上的手力之比ip称为转向系统的力传动比，它与角传动比iω成正比。转向系统角传动比越大，转向盘越省力，但转向灵敏度降低。iω1较大，货车为16-32，轿车为12-20；一iω2较小，一般为1。汽车构造转向盘自由行程转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘自由行程，也即使转向轮未发生偏转而转向盘所能转过的角度。产生原因：转向系统中传动件之间存在安装间隙。这是为了驾驶者舒适度和行车安全考虑的。因为驾驶过程中人的手必须长时间握住方向盘，没有人可以永远保持一个姿势，手臂、手指微小的动作或者是换手抓方向盘都可能导致方向盘微动，而这个自由行程就是为了忽略这些微动使车辆不受影响而保持直线行驶。转向盘的自由行程有利于缓和路面冲击，避免驾驶员过度紧张，但不宜过大，否则将使转向灵敏性能下降，转向不精确。任一方向的这个行程通常不超过10~15°。汽车构造机械式转向系统的工作原理转向盘→转向轴→机械转向器→转向摇臂→转向直拉杆→转向节臂→左转向节→左转向梯形臂→转向横拉杆→右转向梯形臂→右转向节汽车构造机械转向系统的工作原理汽车构造机械转向系统的工作原理汽车构造转向操纵机构组成：转向操纵机构由转向盘、转向轴、转向柱管等；作用：是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。汽车构造汽车构造转向盘材料：轮辐和轮圈：心部有钢、铝或镁合金制的骨架、外表通过注塑方法包覆有一定形状的塑料外层或合成橡胶或皮革，以改善操纵转向盘的手感舒适性并提高驾驶员的安全性。装置：1、安全气囊的电缆盘2、汽车喇叭开关3、巡航系统控制开关4、音响控制开关5、左侧：转向信号灯拨杆等6、右侧：雨刮拨杆等汽车构造汽车构造转向轴转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。转向轴是将驾驶员作用于转向盘的转向操纵力矩传给转向器的传力轴，上部与转向盘固定连接，下部装有转向器。转向轴与转向器连接方式：一种是与转向器的输入轴直接连接，另一种是通过十字轴万向节或挠性万向节间接与转向器的输入轴相连接。现代汽车的转向轴除装有柔性万向节外，有的还装有能改变转向盘工作角度(转向轴的传动方向)和转向盘高度(转向轴轴向长度)的机构，以方便不同体型驾驶员的操纵。汽车构造转向安全装置——转向轴错位缓冲此类转向操纵机构的转向轴分为上下两段，当发生撞车时，上下两段相互分离或相互滑动，从而有效地防止转向盘对驾驶员的伤害，但转向操纵机构本身不包含有吸能装置。汽车构造转向安全装置——转向管柱塑性变形缓冲如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置，当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时，网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形，吸收冲击能量。汽车构造转向器的传动效率转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率的比值称为转向器的传动效率。转向器的正效率：功率由转向轴输入，转向摇臂输出的传动效率为正效率。转向器的逆效率：功率由转向摇臂输入，转向轴输出的传动效率为逆效率。汽车构造转向器的传动效率逆效率很高的转向器称为可逆式转向器；逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。逆效率略高于不可逆式的转向器称为极限可逆式转向器。o可逆式转向器可以将路面阻力完全反馈到转向盘，驾驶员路感好，可以实现方向盘的自动回正，但可能发生“打手”现象；o不可逆式转向盘让驾驶员丧失路感，无法根据路面阻力调整方向盘转距；方向盘不会自动回正。o极限可逆式转向器可以获得一定的路感，转向盘可自动回正。不可逆转向器应用较少，现代汽车大部分采用可逆式转向器（良好路感），部分越野车辆采用极限可逆式转向器。汽车构造转向器结构按照机构形式不同，转向器分为：齿轮齿条式转向器；循环球式转向器；蜗杆曲柄指销式转向器。汽车构造齿轮齿条式转向器传动件为：齿轮、齿条。特点：结构简单，紧凑；质量轻；转向灵敏；制造容易，成本低；正、逆效率高。转向传动机构简单，不需要转向摇臂和直拉杆。汽车构造齿轮齿条式转向器汽车构造循环球式转向器一般采用两级传动：第一级为螺杆螺母传动副；第二级为齿条齿扇传动副。特点：正传动效率高达90%~95%，转向省力；寿命长，工作平稳；逆效率也很高，容易打手。汽车构造循环球式转向器第一级螺杆螺母传动副第二级齿条齿扇传动副汽车构造循环球式转向器汽车构造蜗杆曲柄指销式转向器传动副的组成：主动件：转向蜗杆；从动件：指销。汽车构造转向器的应用1.大多数乘用车、轻型货车、轻型客车、紧凑型SUV（哈弗H6）：齿轮齿条式2.商用车、中型和重型货车：循环球式3.工程车、洒水车等：蜗杆曲柄指销式汽车构造转向传动机构从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。功用：将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使转向轮偏转，并使两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。转向传动机构的组成与布置形式取决于转向器的位置和转向轮悬架的类型。汽车构造与非独立悬架配用的转向传动机构a.转向传动机构的组成转向摇臂2、转向直拉杆3、转向节臂4、转向梯形臂5和转向横拉杆6。转向梯形后置、前置及转向直拉杆横置三种结构形式。汽车构造与独立悬架配用的转向传动机构与独立悬架配合使用的转向传动机构必须是断开的，转向传动机构中的转向梯形也必须分成两段，以适应轮胎的跳动。并且由平行于路面的平面内摆动的转向摇臂直接带动或者由转向直拉杆带动转向梯形运动。汽车构造与独立悬架配用的转向传动机构与独立悬架配用的多数是齿轮齿条式转向器，转向器布置在车身上，转向横拉杆通过球头销与齿条及转向节臂相连。汽车构造转向传动机构汽车构造转向摇臂转向器传动副与直拉杆之间的传动件。转向摇臂的大端与转向器轴采用锥形细三角花键连接，小端通过球头销与转向直拉杆作空间铰链连接。汽车构造转向直拉杆转向直拉杆在转向摇臂与转向节臂之间。在转向轮偏转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，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。汽车构造转向直拉杆汽车构造转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其特点是长度可调，通过调整横拉杆的长度，可以调整前轮前束。汽车构造动力转向系统的组成及工作原理1、组成：动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。转向油泵6在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。汽车构造动力转向系的组成及工作原理当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵输出的液压油与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。2、工作原理：汽车构造汽车构造电动助力转向系统电动助力转向（EPS）系统：利用直流电动机提供转向动力，辅助驾驶员进行转向操作。根据其助力机构的不同，分为电动液压式（简称EHPS）和电动机直接助力式两种。EHPS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。特点：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”，避免了高速行驶时转向盘太轻盈而产生转向“发飘,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。汽车构造EPS优点1、只在转向时电机才提供助力，可以显著降低燃油消耗传统的液压助力转向系统由发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。2、转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大。传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变。汽车构造