底盤轉向系統(tǒng)

1、四輪轉向目前的轎車轉向分為前輪轉向(2WS)和四輪轉向(4WS)，前者普遍使用，后者是近年出現(xiàn)的一種新技術，主要應用在一些比較高級和新型轎車上。所謂四輪轉向，是指后輪也和前輪相似，具有一定的轉向功能，不僅可以與前輪同方向轉向，也可以與前輪反方向轉向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或者在側向風力作用下的操縱穩(wěn)定性，改善低速時的操縱輕便性，在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調(diào)整，以及減少調(diào)頭時的轉彎半徑。類型 四輪轉向裝置按照前后輪的偏轉角和車速之間的關系分為兩種類型：一種是轉角傳感型，另一種是車速傳感型。轉角傳感型是指前輪和后輪的偏轉角度之間存在著一定的因變關系，即后輪可以按前輪偏

2、轉方向做同向偏轉，也可以做反向偏轉。車速傳感型是根據(jù)事先設計的程序規(guī)定當車速達到某一預定值時(通常為35至40公里/小時)，后輪能與前輪同方向偏轉，當?shù)陀谀骋活A定值時，則與前輪反方向偏轉。目前的四輪轉向轎車既有采用轉角傳感型，也有采用車速傳感型，還有二者兼而用之的。例如馬自達929型轎車的四輪轉向就是具有兩種類型的特點。原理 從汽車轉向的基本過程來看，無論采取怎樣的轉向形式，都是使汽車在轉彎時產(chǎn)生重心的平移和繞著重心的轉動，這兩種運動的結合促使汽車完成了轉向的過程。當汽車方向盤的轉角和車速都確定下來的時候，那么前輪轉向汽車的行駛狀態(tài)是單一的，而四輪轉向汽車的行駛狀態(tài)則會隨著后輪與前輪之間的角度

3、不同或相同而變得多種多樣，這是兩輪轉向和四輪轉向的根本差別所在，也是后者比前者優(yōu)越的關鍵之處。汽車前輪在做轉向時，會產(chǎn)生一個作用在前輪的側向力，這時后輪也會產(chǎn)生一種離心力，這種作用力就會使車輛在垂直軸線方向上產(chǎn)生一個扭矩，增大了傾翻作用力使車輛不能穩(wěn)定。而有四輪轉向裝置的汽車，前后輪會相互配合，減弱傾翻作用力，側滑也會減少，從而保障了行車的安全。汽車在做直線行駛時，由于受到車速和路面?zhèn)认蝻L的影響經(jīng)常會走偏。這時有四輪轉向裝置的汽車的微處理機就會根據(jù)車速和前輪轉角加以計算，確定后輪的轉角數(shù)值，以變動對變動來保持車子行駛的穩(wěn)定性。結構 四輪轉向轎車的前后輪轉向裝置之間的聯(lián)系形式有機械式，也有液壓式

4、、電子式等。目前四輪轉向裝置已將機械、液壓、電子、傳感器及微處理機控制技術緊密結合在一起，在很大程度上改善轎車的轉向特性，提高操縱穩(wěn)定性。轎車轉向器轎車轉向器機構涉及整車的操縱性、穩(wěn)定性和安全性，它的質量也反映了車輛的質量，是直接關系到車輛性能的關鍵部件。早期的汽車轉向是用舵柄或橫桿(即一種兩端帶有手柄的水平桿)進行操縱，轉向比是1：1，因而汽車轉向時的操作是很吃力的。后來，帶有齒輪減速比的轉向機構很快被推廣使用，但是，這種機構的方向盤不象舵柄或橫桿要置放在汽車中線的位置，而是要置放在汽車的左邊或右邊，這樣觸發(fā)了方向盤位置的爭論。這場爭論曠日持久，導致了今天的汽車分成了兩大類方向盤裝置法：一類

5、以美國，中國，俄羅斯等世界上大多數(shù)國家和地區(qū)采用的左置方向盤，實行右上左下的汽車行駛規(guī)則；另一類以英國及英聯(lián)邦，日本等少數(shù)國家和地區(qū)采用的右置方向盤，實行右下左上的汽車行駛規(guī)則。幾十年來，各種汽車都使用蝸桿扇形齒輪轉向器，現(xiàn)在的循環(huán)球式轉向器也是這種轉向器的一種變型，轎車也經(jīng)常使用。在這種轉向器中，蝸桿與扇形齒輪之間嵌入了鋼珠，大大降低了摩擦力，使汽車的轉向操縱變得比較輕松。從70年代起轎車興起了齒輪齒條轉向機構，它由方向盤、方向軸、方向節(jié)、轉動軸、轉向器、轉向傳動桿和轉向輪(前輪)等組成。方向盤操縱轉向器內(nèi)的齒輪轉動，齒輪與齒條緊密嚙合，推動齒條左移動或右移動，帶動轉向輪擺動，從而改變轎車行

6、駛的方向。這種轉向機構與蝸桿扇形齒輪等其它類型的轉向機構比較，省略了轉向搖臂和轉向主拉桿，具有構件簡單，傳動效率高的優(yōu)點。而且它的逆?zhèn)鲃有室哺?，在車輛行駛時可以保證偏轉車輪的自動回正，駕駛者的路感性強。其實，齒輪齒條轉向機構早在一世紀前的汽車萌芽發(fā)展階段已經(jīng)有了，只是那時還不完善，機件加工粗糙。1905年通用汽車卡迪拉克部的工程師將齒輪齒條轉向器的設計理論化，并加工成精度很高，操縱靈活的齒輪齒條轉向器，正式應用在轎車上。后來，汽車轉向器的型式被蝸桿一扇形齒輪型式所壟斷，但許多人仍然繼續(xù)完善齒輪一齒條轉向機構。由于近代材料科學的發(fā)展，大大提高了齒輪一齒條轉向機構的安全可靠系數(shù)，人們再次重視這種

7、轉向機構的簡單實用性，由于它具有構件少質量輕，成本低的優(yōu)點，受到汽車制造商的青睞，現(xiàn)在大多數(shù)的轎車轉向器都采用齒輪一齒條型。現(xiàn)代轎車馬力大、速度快，為了操縱的輕便和靈敏，中高檔次的轎車轉向器都加裝了轉向動力裝置，又稱為液壓動力轉向器。它具有工作無噪聲，靈觸度高體積小，能夠吸收來自不平路面的沖擊力，在現(xiàn)代轎車上得到十分廣泛的應用。液壓動力轉向器的主要部件包括油泵、液壓分配閥和助力器。液壓分配閥與油泵組合一體，助力器與轉向器裝在一起，中間用油路連接。發(fā)動機通過皮帶帶動油泵，把油壓輸出到助力器。助力器殼體內(nèi)是一個活塞，活塞連接著轉向器的齒輪，活塞兩端是腔室。當轎車直線行駛時，活塞兩端壓力相等，靜止不

8、動，油泵空轉；當轎車轉彎時，液壓分配閥將油液通過變化了的通道進入了助力器的一側，使活塞兩端產(chǎn)生壓力差，迫使活塞移動到另一側，帶動齒輪轉動，“助一臂之力”。這樣轉動方向盤的操縱力不是直接迫使車輪轉向的唯一作用力了，可由助力器輔動車輪轉向，減輕了駕駛者的勞動強度，減少了方向盤的轉數(shù)，特別是減少了停車轉向時的操縱力?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了電子控制速度傳感型的轎車動力轉向器，它除了滿足減少操縱力，提高靈觸度外，還可以根據(jù)車速與行駛條件的不同而產(chǎn)生與之相適應的轉向力。在停車時能提供足夠的助力，隨著車速的逐漸增加助力又可以逐漸減少，當高速行駛時則無助力但保持良好的路感。這種電子式的動力轉向機構附有微處理機和電子轉

9、速表，電子轉速表發(fā)出脈沖訊號，微處理機發(fā)出相應的指令控制動力轉向機構。轎車動力轉向裝置是50年代在美國大型轎車上出現(xiàn)的事物，現(xiàn)在已經(jīng)普及開來了。它的好處正如德國奔馳汽車制造公司所描述的那樣：“發(fā)動機發(fā)動后，您就得到動力轉向輔助，尤其在泊車及左右移動車輛時，動力轉向裝置會令您能非常輕松地控制方向盤?！保妱又D向器現(xiàn)在，動力轉向系統(tǒng)已成為一些轎車的標準設置，全世界約有一半的轎車采用動力轉向。隨著汽車電子技術的發(fā)展，目前一些轎車已經(jīng)使用電動助力轉向器，使汽車的經(jīng)濟性、動力性和機動性都有所提高。電動助力轉向系統(tǒng)的英文縮寫叫“EPS”（Electrical Power Steering），它利用電動

10、機產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進行轉向。此類系統(tǒng)一般由轉矩傳感器(3)、電控單元（微處理器）(5)、電動機(4)、減速器(2)、機械轉向器(1)和蓄電池電源(6)所組成(見示意圖)。 汽車轉向時，轉矩傳感器檢測到轉向盤的力矩和轉動方向，將這些信號輸送到電控單元，電控單元根據(jù)轉向盤的轉動力矩、轉動方向和車輛速度等數(shù)據(jù)向電動機控制器發(fā)出信號指令，使電動機輸出相應大小及方向的轉動力矩以產(chǎn)生助動力。當不轉向時，電控單元不向電動機控制器發(fā)信號指令，電動機不工作。同時，電控單元根據(jù)車輛速度信號，通過電液轉換器確定輸給轉向盤的作用力，減少駕車者在高速行駛時方向盤“飄”的感覺。由于電動助力轉向系統(tǒng)只需電力不用液壓，與

11、機械式液壓動力轉向系統(tǒng)相比較省略了許多元件。沒有液壓系統(tǒng)所需要的油泵、油管、壓力流量控制閥、儲油罐等，零件數(shù)目少，布置方便，重量輕。而且無“寄生損失”和液體泄漏損失。因此電動助力轉向系統(tǒng)在各種行駛條件下均可節(jié)能80%左右，提高了汽車的運行性能。因此在近年得到迅速的推廣，也是今后助力轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向。有一些汽車冠以電動助力轉向，其實不是真正意義上的純電動的助力轉向，它還需要液壓系統(tǒng)，只不過由電動機供油。傳統(tǒng)的液壓動力轉向系統(tǒng)的油泵由發(fā)動機驅動。為保證汽車原地轉向或者低速轉向時的輕便性，油泵的排量是以發(fā)動機怠速時的流量來確定的。而汽車行駛中大部分時間處于高于怠速的速度和直線行駛狀態(tài)，只能將油泵輸

12、出的油液大部分經(jīng)控制閥回流到儲油罐，造成很大的“寄生損失”。為了減少此類損失采用了電動機驅動油泵，當汽車直線行駛時電動機低速運轉，汽車轉向時電動機高速運轉，通過控制電動機的轉速調(diào)節(jié)油泵的流量和壓力，減少“寄生損失”。（前輪定位與四輪定位的基本知識為什么有些汽車喜歡走偏？為什么有些汽車轉彎很費力？為什么有些汽車的輪胎磨損得快？這些問題大多涉及到一個輪胎安裝角度問題一個非常重要的轉向輪位置角度，叫做“前輪定位”。它的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，轉向輕便和減少輪胎的磨損。前輪是轉向輪，它的安裝位置由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4個項目決定，反映了轉向輪、主銷和前軸等三者在車架上的位置

13、關系。主銷內(nèi)傾是指主銷裝在前軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。角度越大前輪自動回正的作用就越強烈，但轉向時也越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱，因此這個主銷內(nèi)傾角都有一個范圍，約5°8°之間。主銷后傾是指主銷裝在前軸，上端略向后傾斜的角度。這與摩托車的前叉向后傾的道理一樣，它使車輛轉彎時產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉方向相反，迫使車輪偏轉后自動恢復到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩(wěn)定性也愈好。但后傾角大也會令駕駛者轉動方向盤費力，因此主銷后傾角也有一個范圍，一般不大于3°。有些轎車的輪胎氣壓低彈

14、性大，行駛時輪胎與地面接觸面中心向后移動，也會產(chǎn)生一種力矩，故后傾角可以減少，甚至變?yōu)樨撝担粗麂N前傾。 主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉向自動回正，保持直線行駛的功能。不同之處是主銷內(nèi)傾的回正與車速無關，主銷后傾的回正與車速有關，因此高速時后傾的回正作用大，低速時內(nèi)傾的回正作用大。前輪外傾角對汽車的轉彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉向安全性和轉向操縱的輕便性。前輪外傾角俗稱“外八字”，如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側，導致車輪聯(lián)接件損壞。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度約在1°左右。前束是汽車修理工非常熟悉的工作，汽車修理都要校對車輪前

15、束。所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力會自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內(nèi)外側磨損的現(xiàn)象會減少。不同的汽車前束調(diào)校值是不一樣的。前輪前束可通過轉向橫拉桿長度來調(diào)整，汽車說明書都會有詳細的說明?，F(xiàn)代轎車普遍都是前后獨立懸掛，為了保持良好的行駛狀態(tài)，前、后車輪有些參數(shù)需要調(diào)整，也就是維修行業(yè)常指的“四輪定位”。四輪定位主要參數(shù)指前輪主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束、后輪外傾角、后輪前束等五個參數(shù)。后輪外傾角和后輪前束的作用與前輪外傾角和前輪

16、前束是一樣的，即如果后車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側，導致車輪偏磨和軸承等連接件損壞，所以事先將車輪校偏一個外八字角度。如果后輪前束不正確就會加速輪胎磨損，所以需要調(diào)整前束抵消輪胎滾動時的偏斜方向。維修行業(yè)“四輪定位儀”的電腦存儲了大量轎車車型四輪定位的資料，檢測時四輪定位儀先測量出汽車現(xiàn)時的四輪定位參數(shù)，然后電腦自動與相應車型的存儲值對比，對汽車四輪定位算出偏差值，維修人員按照定位儀的提示進行修正就可以恢復原狀了。當然，四輪定位關鍵是前輪定位，它對保持汽車的駕駛穩(wěn)定性、乘坐舒適性和減少輪胎磨損十分重要。汽車的轉彎特性汽車的操縱穩(wěn)定性直接關系到汽車的行駛安全，已成為

17、衡量現(xiàn)代汽車的主要性能之一。汽車操縱穩(wěn)定性包含兩個方面操縱性和穩(wěn)定性。操縱性是指汽車及時準確地執(zhí)行駕駛者指令的能力，反映了汽車與駕駛者配合的程度；穩(wěn)定性是指汽車受到外界擾動后，維持或迅速恢復原運動狀態(tài)的能力，反映了汽車運行狀況的穩(wěn)定程度。操縱性與穩(wěn)定性有密切關系，操縱性不良往往會導致汽車側滑、甩尾甚至翻車，穩(wěn)定性不好常會造成汽車失控，因此，人們常將操縱性與穩(wěn)定性聯(lián)系在一起，稱為汽車操縱穩(wěn)定性。汽車操縱穩(wěn)定性最關鍵的問題是汽車的方向穩(wěn)定性。任何汽車在轉向時都有轉彎半徑，設R為汽車縱向對稱面至瞬時轉向中心O的距離。例如圖示L為軸距，K為兩前輪主銷軸線的距離，為外側轉向輪轉角。則R近似為 L/sin

18、。 如果轉向軌跡圓偏離R，就發(fā)生不足轉向或過度轉向的現(xiàn)象。談到到不足轉向和過度轉向，會涉及側偏角這個名詞。汽車高速行駛開始轉向時，因受汽車向前行駛的慣性作用，汽車會對轉向產(chǎn)生瞬時抵抗，便產(chǎn)生了輪胎側偏角，即汽車行駛方向與車輪朝向所成的夾角。車輪的側偏角除了由輪胎的側偏特性造成外，還由懸架的結構因素所造成，例如懸架的剛度和幾何特性等。汽車轉彎時，前后輪都會產(chǎn)生側偏角。如果前后輪側偏角相等，則汽車實際轉彎半徑等于方向盤轉角對應的轉彎半徑，稱為"中性轉向"；如果前輪側偏比后輪大，汽車實際轉彎半徑大于方向盤轉角對應的轉彎半徑，稱為"不足轉向"；如果后輪側偏比前輪

19、大，汽車實際轉彎半徑小于方向盤轉角對應的轉彎半徑，稱為"過度轉向"。中性轉向雖然能較好地利用側向力（與車輪前進方向垂直的分量），達到最大的轉向速度，但卻削弱了駕駛者對汽車穩(wěn)定的主觀感覺，無法預計汽車的制動甩尾。而過度轉向當車速達到某一極限時，轉向半徑會急劇減少，汽車會發(fā)生激轉，致使操縱困難或失去操縱，甚至導致事故。不足轉向產(chǎn)生相對較大的轉向半徑，側向力減弱，汽車具有自動恢復直線行駛的良好穩(wěn)定性，操縱容易。因此，絕大多數(shù)汽車制造廠家都將汽車做成具有輕微的不足轉向，在這種情況下，制動甩偏的發(fā)生會使汽車回到原來直駛的路線。但是，具體情況具體分析，賽車就要采用過度轉向的設計，以求獲得最短的轉彎時間。汽車吸能方向管柱在汽車發(fā)生嚴重碰撞的交通事故中，方向盤往往成為直接“殺手”。一旦汽車前端被碰撞，發(fā)動機艙等后移，方向盤也隨之后移，方向盤與駕駛座椅之間的空間突然縮小，駕駛員夾在中間而受到傷害。為了盡量減少這種傷害發(fā)生，汽車設計者從方向盤的長度和角度變化入手，使得汽車轉向系統(tǒng)除了能保證轉向性能外，還能使駕駛員在汽車發(fā)生碰撞時受到的傷害減低到最小。與此相關的就是汽車吸能方向管柱的技術的出現(xiàn)。汽車吸能方向管柱過在汽車發(fā)生碰撞時重新分配傳到方向盤上的沖擊力，將沖擊力路徑迅速分流，使得傳遞到方向盤上的載荷最小。轉向管柱由空心管和轉向軸構成。傳統(tǒng)轉向管柱的空心