汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

1、第十九章 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),第一節(jié) 概 述,汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用 保證汽車按駕駛員的意志進(jìn)行轉(zhuǎn)向和正常行駛。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類與組成 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng): 以駕駛員體力為轉(zhuǎn)向能源，所有傳力件是機(jī)械零件。 主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)組成。 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng): 駕駛員體力（小部分）和發(fā)動機(jī)動力（大部分)為轉(zhuǎn)向能源。 組成：在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)向加力裝置。,機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成,轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu),動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成,動力轉(zhuǎn)向裝置： 轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥、轉(zhuǎn)向動力缸,1）兩側(cè)車輪偏轉(zhuǎn)角之間的理想關(guān)系,為了降低汽車轉(zhuǎn)向時車輪的磨損，希望轉(zhuǎn)向時每個車輪都作純滾動，即要求所

2、有車輪的軸線都相交于一點(diǎn)。 汽車內(nèi)輪轉(zhuǎn)角與外輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系如下： ,O為汽車轉(zhuǎn)向中心,汽車對轉(zhuǎn)向系的要求及影響轉(zhuǎn)向性能的參數(shù),一、三軸為轉(zhuǎn)向橋的三軸汽車,一、二軸為轉(zhuǎn)向橋的四軸汽車,2）轉(zhuǎn)向系的角傳動比,轉(zhuǎn)向器角傳動比i1 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)角相應(yīng)增量之比 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比i2 轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)角相應(yīng)增量之比 轉(zhuǎn)向系角傳動比i:i1i2 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)角增量之比。,轉(zhuǎn)向系的角傳動比,轉(zhuǎn)向系角傳動比i,i= i1*i2,i1較大，貨車為1632，轎車為1220；i2較小，一般為1。,轉(zhuǎn)向系的角傳動比,轉(zhuǎn)向器的角傳動比越大，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤所需要的操縱力

3、就越小，轉(zhuǎn)向越省力，但轉(zhuǎn)向操縱的靈敏度就會下降。 有的汽車轉(zhuǎn)向器在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向器）。,3）轉(zhuǎn)向器的傳動效率,定義: 轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸入功率的比值稱為轉(zhuǎn)向器的效率。 正效率：由轉(zhuǎn)向軸輸入，轉(zhuǎn)向搖臂輸出的傳動效率 逆效率：由轉(zhuǎn)向搖臂輸入，轉(zhuǎn)向軸輸出的傳動效率,轉(zhuǎn)向器的傳動效率,轉(zhuǎn)向器除要保證汽車轉(zhuǎn)向輕便靈活外，還應(yīng)能防止由于路面反力對轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)這一目的，轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有較高的正傳動效率和適當(dāng)?shù)哪鎮(zhèn)鲃有省?根據(jù)轉(zhuǎn)向器正向和逆向傳力的特性不同，轉(zhuǎn)向器可分為可逆式轉(zhuǎn)向器、不可逆式轉(zhuǎn)向

4、器和極限可逆式轉(zhuǎn)向器三種類型。,轉(zhuǎn)向器的傳動效率,對應(yīng)傳動效率的轉(zhuǎn)向器 可逆式轉(zhuǎn)向器：逆效率高。轉(zhuǎn)向結(jié)束后方向盤自動回正，可將路面阻力完全反饋到轉(zhuǎn)向盤，路感好，可能發(fā)生“打手”現(xiàn)象。 不可逆轉(zhuǎn)向器：逆效率低。轉(zhuǎn)向結(jié)束后方向盤不會自動回正，駕駛員喪失路感，無法根據(jù)路面阻力調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)距； 極限可逆式轉(zhuǎn)向器：逆效率略高于不可逆式。可以獲得一定的路感，轉(zhuǎn)向盤可自動回正。應(yīng)用較少，中型越野車或礦用自卸車,4）轉(zhuǎn)向盤的自由行程,定義：轉(zhuǎn)向盤空轉(zhuǎn)階段的行程，稱為轉(zhuǎn)向盤的自由行程。 產(chǎn)生的原因：轉(zhuǎn)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。 轉(zhuǎn)向盤自由行程的作用：可緩和路面沖擊，避免駕駛員過分的

5、緊張和疲勞；過大轉(zhuǎn)向盤自由行程會降低轉(zhuǎn)向靈敏度。一般為10 15,5）對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求,(1)要求工作可靠，操縱輕便。 (2)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)還應(yīng)能減小地面?zhèn)鞯睫D(zhuǎn)向盤上的沖擊，并保持適當(dāng)?shù)摹奥犯小薄?(3)當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)能減輕或避免對駕駛員的傷害。,第二節(jié) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng),機(jī)械轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式 循環(huán)球式 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中減速增扭的傳動裝置，其功用是增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳動方向。 目前應(yīng)用廣泛的是齒輪齒條式和循環(huán)球式。,一、機(jī)械轉(zhuǎn)向器,1.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,傳動件：齒輪、齒條 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，質(zhì)量輕，制造容易，成本低； 轉(zhuǎn)向靈敏，正、逆效率

6、高；,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)實(shí)例,2.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向器,采用兩級傳動：螺桿螺母傳動與齒條齒扇傳動,特點(diǎn)：1) 正傳動效率高達(dá)90%95%，轉(zhuǎn)向省力； 2) 壽命長，工作平穩(wěn)；逆效率也很高，容易打手。,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,為了減少轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)滾動摩擦。 轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都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(diǎn)：正傳動效率高（最高9

7、0%95%），故操縱輕便，使用壽命長。,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動時，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)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(nèi)滾動，形成“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會脫出。,循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器,二、轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu),由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱等組成，將駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的操縱力傳給轉(zhuǎn)向器。 方向盤 為了司機(jī)有很好的視野，方向盤上部一般較大。,轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu),為了保證碰撞時駕駛員安全，需要采用吸能裝置 轉(zhuǎn)向盤：外邊柔軟，骨架變形 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱管：通過變形來吸收能量,三、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu),功用 將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動

8、傳到兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，保證車輪與地面的相對滑動盡可能小 與非獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向搖臂,把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳給直拉桿或橫拉桿，進(jìn)而推動轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向直拉桿,作用： 將轉(zhuǎn)向搖臂傳來的力和運(yùn)動傳給轉(zhuǎn)向梯形臂(轉(zhuǎn)向節(jié)臂) 在轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)或懸架彈性變形相對于車架跳動時，轉(zhuǎn)向直拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂的相對運(yùn)動都是空間運(yùn)動，為不發(fā)生運(yùn)動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。,轉(zhuǎn)向橫拉桿,作用： 聯(lián)系左、右梯形臂并使其協(xié)調(diào)工作的連接桿,調(diào)節(jié)前束,與獨(dú)立懸架配用的轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu),每個轉(zhuǎn)向輪相對于車架作獨(dú)立運(yùn)動，轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。與此相應(yīng)，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也

9、必須是斷開式的。,第三節(jié) 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)定義： 用以將發(fā)動機(jī)輸出的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能，并在駕駛員控制下，對轉(zhuǎn)向傳動裝置或者轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向操縱力的一套零部件。 類型： 液壓動力轉(zhuǎn)向系 氣壓動力轉(zhuǎn)向系 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成： 由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向動力缸和轉(zhuǎn)向控制閥,液壓助力轉(zhuǎn)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(diǎn)：系統(tǒng)中保持限定壓力，只要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就提供壓力，反應(yīng)迅速。,液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類,常流式：油罐、油泵、控制閥、動力缸等,特點(diǎn)： 不轉(zhuǎn)向時系統(tǒng)無壓力， 轉(zhuǎn)向時系統(tǒng)才提供壓力,常壓式與常流式的比較,常壓式

10、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)一直有油壓，響應(yīng)快。用儲能器積蓄能量，可用小油泵 缺點(diǎn)： 容易引起壓力漏油； 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。 常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；油泵壽命長；泄漏少；消耗功率低。 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)向后才建立壓力，響應(yīng)慢；為提高速度需使用較大油泵 目前汽車上使用的多是常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置方案,按機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸的三者的組合及位置關(guān)系，分為三種： 整體式動力轉(zhuǎn)向器； 半整體式動力轉(zhuǎn)向器； 轉(zhuǎn)向加力器。,工作原理,直線行駛時 轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向油泵泵出來的工作液與油罐相通，轉(zhuǎn)向油泵處于卸荷狀

11、態(tài)，動力轉(zhuǎn)向器不起助力作用。 向右轉(zhuǎn)向： 向右轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向控制閥將轉(zhuǎn)向油泵泵出的工作液與R腔接通，將L腔與油罐接通，在油壓作用下，活塞向下移動，通過傳動結(jié)構(gòu)使左右輪向右偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)向。 向左轉(zhuǎn)向： 向左轉(zhuǎn)向時，情況與上述相反,轉(zhuǎn)向控制閥,轉(zhuǎn)向油泵,油罐,液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制閥,滑閥式轉(zhuǎn)向控制閥： 特點(diǎn)：靠閥體的移動控制油液流量，需較大運(yùn)動空間 轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥 靠閥體轉(zhuǎn)動控制油液流量。體積小，加工要求精度高,轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)： 4個連通的進(jìn)油通道A； 4個通道B、C與動力缸的左右腔相連； 低壓腔D。,當(dāng)閥體轉(zhuǎn)過一個角度后，閥體封閉B和C中的一個通道，打開另一個通道。,直行,右轉(zhuǎn),左轉(zhuǎn),

12、整體式動力轉(zhuǎn)向器,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液壓力。,汽車轉(zhuǎn)向行駛時的工作狀況：,轉(zhuǎn)動方向盤 扭桿扭轉(zhuǎn)變形 滑閥偏轉(zhuǎn) 動力油缸左腔進(jìn)入高壓油，右腔與回油管路連通 轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動 。,動力轉(zhuǎn)向裝置的隨動作用： 轉(zhuǎn)向動力缸隨轉(zhuǎn)向盤工作或停止的特性。,輔助裝置,1.轉(zhuǎn)向油罐,組成： 油罐蓋； 罐體； 過濾裝置； 進(jìn)出油口等。,2.轉(zhuǎn)向油泵,轉(zhuǎn)向油泵的類型：齒輪式、葉片式、轉(zhuǎn)子式、柱塞式。,流量控制閥 作用：避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過高時，流量過大，導(dǎo)致系統(tǒng)的功率消耗過多和油溫過高。,出油腔,進(jìn)油腔,出油口,量孔,柱塞下腔通出油腔； 柱塞

13、上腔通出油口； 出油腔與出油口之間因?yàn)榱靠椎墓?jié)流作用存在壓差。,當(dāng)流量過大時，出油腔與出油口的壓差增大，流量控制閥上下腔的壓差增加，導(dǎo)致彈簧被壓縮柱塞上移，將出油腔與進(jìn)油腔接通，系統(tǒng)的流量降低。,安全閥 作用： 油泵的輸出壓力取決于液壓系統(tǒng)地負(fù)荷，為了避免轉(zhuǎn)向阻力過大時，系統(tǒng)內(nèi)部的壓力過高會導(dǎo)致油泵、動力缸和管路過載而損壞，設(shè)置安全閥限制系統(tǒng)的最高壓力。,第四節(jié) 電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （Electric Power-assistant Steering，EPS） 四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （Four-wheel Steering，4WS） 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) （Steer-by-Wire，SBW）,一、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS,低速時使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向手感，提高高速行駛的操縱穩(wěn)定性。 根據(jù)助力機(jī)構(gòu)的不同，可分為電動液壓式(Electric Power-assistant Hydraulic Steering，EHPS)和電動機(jī)直接助力式。,電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),液壓式電控助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一套電子控制裝置 。,波羅轎車電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖,直接助力式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng),直接助力式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種直接依靠電動機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，無動力缸、液壓油泵、轉(zhuǎn)閥、液壓管道等