第二十三章汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
第一節(jié)概述
· 一、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型和組成 · 以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機械的 · 從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零部件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。 · 由轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列零部件（不含轉(zhuǎn)向節(jié)），均屬于轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 · 動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一套兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。· 二、兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角之間的理想關(guān)系式· 為了避免在汽車轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生路面對汽車行駛的附加阻力和輪胎過快磨損，要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能保證在汽車轉(zhuǎn)向時所有車輪均作純滾動。這只有在所有車輪的軸線都相交于一點時才能實現(xiàn)· 多軸車最小轉(zhuǎn)角等于兩軸車的1/2· 三、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比主要取決于轉(zhuǎn)向器角傳動比· 轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角增量與相應(yīng)的轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)角增量之比稱為轉(zhuǎn)向器角傳動比· 貨車的轉(zhuǎn)向器角傳動比i約為16~32，轎車約為12~20。采用傳動比可變的轉(zhuǎn)向器只能在一定程度上改善轉(zhuǎn)向“輕”與“靈”之間的矛盾。· 轉(zhuǎn)向搖臂轉(zhuǎn)角增量與轉(zhuǎn)向盤所在一側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角增量之比?稱為轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比；· 對于一般汽車而言，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比i，大約為1。· 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)相應(yīng)轉(zhuǎn)角增量之比i。則為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比。· 兩個轉(zhuǎn)向輪所受到的轉(zhuǎn)向阻力與駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比稱為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動比，它與角傳動比成正比。第二節(jié)轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)
轉(zhuǎn)向梯形就是由前橋，左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向橫拉桿組成的梯形。其作用就是保證轉(zhuǎn)向時左右車輪按一定的比例轉(zhuǎn)過一個角度。· 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的減速傳動裝置，一般有1~2級減速傳動副，可按傳動副的結(jié)構(gòu)形式分類。· 特別適合與燭式和麥弗遜式懸架配用，因此，目前它在轎車和微型、輕型貨車上得到了廣泛的應(yīng)用。例如，一汽的紅旗CA7220型轎車、奧迪100型轎車、捷達(dá)轎車、上海桑塔納轎車、天津夏利轎車以及天津TJ1010型微型貨車和南京依維柯輕型貨車等，都采用了齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。· ，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器省略了轉(zhuǎn)向搖臂和轉(zhuǎn)向直拉桿，使轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)簡化。這也是目前在轎車和微、輕型載貨汽車上應(yīng)用日趨廣泛的原因之一。· 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級一般采用齒條齒扇傳動副如解放CA1040系列輕型載貨汽車、北京BJ1041型、BJ2023型、解放CA1091型和黃河JN1181C13型等汽車的轉(zhuǎn)向器。· 與齒條相嚙合的齒扇，其齒厚是在分度圓上沿齒扇軸線按線性關(guān)系變化的，即為變厚齒扇。· 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正傳動效率很高（可達(dá)90%~95%），故操縱輕便，使用壽命長，工作平穩(wěn)、可靠。· 但其逆效率也很高，容易將路面沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤。· 對于前軸載質(zhì)量不大而又經(jīng)常在平坦路面上行駛的汽車而言，這一缺點影響不大。· 因此，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于各類各級汽車。· 轉(zhuǎn)向器的輸出功率與輸入功率之比稱為轉(zhuǎn)向器傳動效率。· 在功率由轉(zhuǎn)向軸輸入、由轉(zhuǎn)向搖臂輸出的情況下求得的傳動效率稱為正效率；· 傳動方向與上述相反時求得的效率，則稱為逆效率。· 將壞路面對車輪的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤，發(fā)生“打手”情況。· 逆效率略高于不可逆式的轉(zhuǎn)向器稱為極限可逆式轉(zhuǎn)向器，其反向傳力性能介于可逆式和不可逆式之間，而接近于不可逆式。623· 極限可逆式轉(zhuǎn)向器多用于中型以上越野汽車和礦用自卸汽車。· 因為在整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，各傳動件之間都必然存在著裝配間隙，而且這些間隙將隨著零件的磨損而增大。在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動過程的開始階段，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤所施加的力矩很小，因為只是用來克服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦，使各傳動件運動到其間的間隙完全消除，故可以認(rèn)為這一階段是轉(zhuǎn)向盤空轉(zhuǎn)階段。此后，才需要對轉(zhuǎn)向盤施加更大的轉(zhuǎn)向力矩，以克服經(jīng)車輪傳到轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩，從而實現(xiàn)使各轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段中的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤自由行程。· 一般說來，轉(zhuǎn)向盤從相應(yīng)于汽車直線行駛的中間位置向任一方向的自由行程最好不超過10°~15。當(dāng)零件磨損嚴(yán)重到使轉(zhuǎn)向盤自由行程超過25°~30°時，必須進行調(diào)整。為了保證轉(zhuǎn)向器搖臂軸在中間位置時，從轉(zhuǎn)向搖臂13起始的全套轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)也處于中間位置，在搖臂軸的外端面和轉(zhuǎn)向搖臂上孔外端面上，各刻印有短線作為裝配標(biāo)記。裝配時，應(yīng)將兩個零件上的標(biāo)記短線對齊。· 1.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的組成和布置· 從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零部件屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。· 輪輻一般為三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。· 轉(zhuǎn)向盤輪轂孔具有細(xì)牙內(nèi)花鍵，借此與轉(zhuǎn)向軸連接。· 3.轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向柱管的吸能裝置與此同時，在慣性作用下駕駛員人體向前沖，致使轉(zhuǎn)向軸上的上、下凸緣盤的銷子與銷孔脫開，從而緩和了沖擊，吸收了沖擊能量，有效地減輕了駕駛員受傷的程度。· 轉(zhuǎn)向軸是連接轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器的傳動件，并傳遞它們之間的轉(zhuǎn)矩。· 轉(zhuǎn)向柱管安裝在車身上，支承著轉(zhuǎn)向盤。· 轉(zhuǎn)向軸從轉(zhuǎn)向柱管中穿過，支承在柱管內(nèi)的軸承和襯套上。第三節(jié)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)
· 1.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的組成與布置· 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面（水平平面）內(nèi)的交角>90°。· 在發(fā)動機位置較低或轉(zhuǎn)向橋兼充驅(qū)動橋的情況下，為避免運動的干涉，往往將轉(zhuǎn)向梯形布置在前橋之前。此時，上述交角<90°。· 若轉(zhuǎn)向搖臂不是在汽車縱向平面內(nèi)前后擺動，而是在與道路平行的平面內(nèi)左右擺動（如北京BJ2020N型汽車），則可將轉(zhuǎn)向直拉桿3橫置，并借球頭銷直接帶動轉(zhuǎn)向橫拉桿6，使兩側(cè)梯形臂轉(zhuǎn)動（圖23-14c）· 東風(fēng)EQ1090E型汽車的轉(zhuǎn)向搖臂13的大端用錐形三角細(xì)花鍵與轉(zhuǎn)向器中搖臂軸的外端連接；其小端帶有球頭銷，以便與轉(zhuǎn)向直拉桿14作空間鉸鏈連接。· 轉(zhuǎn)向直拉桿是轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的傳動桿件。· 轉(zhuǎn)向橫拉桿是轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的底邊。· 當(dāng)轉(zhuǎn)向輪采用獨立懸架時，每個轉(zhuǎn)向輪分別相對于車架作獨立運動，因而轉(zhuǎn)向橋必須是斷開式的。· 與此相應(yīng)，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的轉(zhuǎn)向梯形也必須分成兩段或三段，并且由在平行于路面的平面中擺動的轉(zhuǎn)向搖臂直接帶動或通過轉(zhuǎn)向直拉桿帶動。第四節(jié)轉(zhuǎn)向加力裝置
· 用以將發(fā)動機輸出的部分機械能轉(zhuǎn)化為壓力能（液壓能或氣壓能），并在駕駛員控制下，對轉(zhuǎn)向傳動裝置或轉(zhuǎn)向器中某一傳動件施加不同方向的液壓或氣壓作用力，以助駕駛員施力不足的一系列零部件，總稱為轉(zhuǎn)向加力裝置。· 氣壓轉(zhuǎn)向加力裝置主要應(yīng)用于一部分其前軸最大軸載質(zhì)量為3~7t并采用氣壓制動系統(tǒng)的貨車和客車。· 氣壓系統(tǒng)的工作壓力較低（一般不高于0.7MPa）· 液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的工作壓力可高達(dá)10MPa以上，故其部件尺寸很小。液壓系統(tǒng)工作時無噪聲，工作滯后時間短，而且能吸收來自不平路面的沖擊。因此，液壓轉(zhuǎn)向加力裝置已在各類各級汽車上獲得廣泛應(yīng)用。· 無論轉(zhuǎn)向盤處于中立位置還是轉(zhuǎn)向位置，也無論轉(zhuǎn)向盤保持靜止還是運動狀態(tài)，該系統(tǒng)工作管路中總是保持高壓。· 因轉(zhuǎn)向控制閥的節(jié)流阻力很小，故液壓泵輸出壓力也很低，液壓泵實際上處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤、通過機械轉(zhuǎn)向器7使轉(zhuǎn)向控制閥處于與某一轉(zhuǎn)彎方向的相應(yīng)工作位置時，轉(zhuǎn)向動力缸的相應(yīng)工作腔方與回油管路隔絕，轉(zhuǎn)而與液壓泵輸出管路相通，而動力缸的另一腔則仍然通回油管路。· 常壓式的優(yōu)點在于有蓄能器積蓄液壓能，可以使用流量較小的轉(zhuǎn)向液壓泵，而且還可以在液壓泵不運轉(zhuǎn)的情況下保持一定的轉(zhuǎn)向加力能力，使汽車有可能續(xù)駛一定距離。這一點對重型汽車而言尤為重要。· 常流式的優(yōu)點則是結(jié)構(gòu)簡單，液壓泵壽命長，泄漏較少，消耗功率也較少。· 目前只有少數(shù)重型汽車（如法國貝利埃T25型、美國WABCO120C型等自卸汽車）采用常壓式，常流式廣泛應(yīng)用于各種汽車。· （二）液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的轉(zhuǎn)向控制閥分類· 2.轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥· 目前，國產(chǎn)轎車上幾乎毫無例外地采用了轉(zhuǎn)閥式的整體式動力轉(zhuǎn)向器。· 原紅巖CQ261型汽車的液壓轉(zhuǎn)向加力裝置是半整體式動力轉(zhuǎn)向器，如圖23-29所示。它是由機械轉(zhuǎn)向器5和轉(zhuǎn)向控制閥4組合成一個部件——半整體式動力轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向動力缸則是獨立部件。· 該裝置與備（用車）輪架液壓升降裝置共用一套由轉(zhuǎn)向油罐2和內(nèi)裝流量控制閥及溢流閥的轉(zhuǎn)向液壓泵3組成的供能裝置。控制閥體前后兩端分別用螺釘與帶球鉸鏈的接頭4及轉(zhuǎn)向動力缸體連接，轉(zhuǎn)向動力缸的活塞桿后端用球鉸鏈與車架相連。
動力缸工作時，其缸體將相對于活塞桿作軸向運動，并且同活塞桿一起繞固定球鉸鏈擺動。
第五節(jié)轉(zhuǎn)向油罐與轉(zhuǎn)向液壓泵
· 轉(zhuǎn)向油罐的作用是儲存、濾清并冷卻液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的工作油液（一般是鍵子油或透平油）。轉(zhuǎn)向油罐一般是單獨安裝，但也有直接裝在轉(zhuǎn)向液壓泵上的。· 轉(zhuǎn)向液壓泵是液壓轉(zhuǎn)向加力裝置的供能裝置，其作用是將輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液壓能輸出。在轉(zhuǎn)向液壓泵只受發(fā)動機驅(qū)動的情況下，一旦發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)，液壓泵即無壓力油輸出。· 轉(zhuǎn)向液壓泵的流量與齒輪轉(zhuǎn)速（從而與發(fā)動機轉(zhuǎn)速）成正比。轉(zhuǎn)向加力裝置中必須設(shè)置流量控制閥，以限制轉(zhuǎn)向液壓泵最大流量。· 轉(zhuǎn)向液壓泵的輸出壓力取決于液壓系統(tǒng)的負(fù)荷（即動力缸活塞所受的運動阻力）。液壓系統(tǒng)中還必須裝設(shè)用以限制系統(tǒng)最高壓力的溢流閥。· 一般齒輪式液壓泵的最高壓力多為6~7MPa，但也有高達(dá)14~16MPa的。上述齒輪泵為溢流閥所限定的最高壓力約為7MPa。第六節(jié)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
· 電動助力轉(zhuǎn)向（ElectricPower Aided Steering，簡稱EPAS）系統(tǒng)是一種直接依靠電動機提供輔助轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是為了滿足人們對駕駛輕便性的要求而產(chǎn)生的。· 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括機械式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)矩傳感器、減速機構(gòu)、離合器、電動機、電子控制單元（ECU）和車速傳感器等。· EPAS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點：· 1）節(jié)省空間。因為電動機和減速機構(gòu)集成在轉(zhuǎn)向柱或者轉(zhuǎn)向器殼體中，此外也省略了液壓泵和輔助管路。· 2）質(zhì)量小。因為僅僅是在機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套電動機和減速機構(gòu)。· 3）節(jié)省動力。因為設(shè)計的控制電路使電動機只在需要時才工作，而省去了不斷工作的液壓泵。· 4）因為部件更少且不需要充入液體或濾清空氣，所以更加容易集成。· 使用了電動機和減速機構(gòu)等部件，增加了系統(tǒng)的成本；· 減速機構(gòu)、電動機等部件產(chǎn)生的摩擦力和慣性力可能會影響轉(zhuǎn)向特性（例如：產(chǎn)生過多轉(zhuǎn)向），或者改變了轉(zhuǎn)向盤的自動回正作用以及它的阻尼特性等。· 轉(zhuǎn)矩傳感器是測量駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上力矩的大小與方向的，有的轉(zhuǎn)矩傳感器還能夠測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的大小和方向。· 電動機是EPAS系統(tǒng)的動力源，其功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適當(dāng)?shù)妮o助轉(zhuǎn)矩。目前采用較多的是永磁式直流電動機，它分為有刷式和無刷式兩種。· EPAS系統(tǒng)的減速機構(gòu)與電動機相連，起降速增扭作用。常采用蝸輪蝸桿機構(gòu)、滾珠螺桿螺母機構(gòu)和行星齒輪機構(gòu)等。· 電子控制單元（ECU）的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器傳來的信號，進行邏輯分析與計算后發(fā)出指令，控制電動機和離合器的動作。歡迎點擊在看、關(guān)注與轉(zhuǎn)發(fā)！
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