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1、 国产汽车转向系统的研究 摘要 在汽车发展的100多年里，到今天转向系统也经历了长时间的演进，很大程度上促进了汽车的发展，目前已经有电液转向系，电控转向系和电子转向系，应用电子转向系等，本文就国内汽车转向系统进行研究。 关键词 转向系统 集成控制目录一 转向系统的概念3二 机械转向系统简介3(1)转向操纵机构3(2) 转向器31)齿轮齿条式转向器32)循环球式转向器43)蜗杆曲柄指销式转向器5(3)转向传动机构51)与非独立悬架配用的转向传动机构52)与独立悬架配用的转向传动机构63)转向直拉杆64)转向减振器6三 液压动力转向器9四 国产汽车的转向系统13五 未来转向系统发展前景16六 转向
2、系统常见故障的排除18二）单边转向沉重20三）转向时有异响21四）转向有噪音21五）快速打方向沉重21六）方向回位较困难21七）方向摆动或跑偏22八）转向机漏油22九）助力泵漏油23十）部分制动时方向摆动23十一）外置助力油缸发热，方向沉重23七 转向系统设计要求24一 转向系统的概念用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统(steering system)。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。类型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
3、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。二 机械转向系统简介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。(1)转向操纵机构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。(2) 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。 目前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
4、绍前几种。1)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。两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴通过轴承和安装在转向器壳体中，上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中
5、部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上的齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。2)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。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢
6、球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球流道。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成球流。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。3)蜗杆曲柄指销式转向器蜗杆曲柄指销式转向器的传动副(以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之咬合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。(3)转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变
7、化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1)与非独立悬架配用的转向传动机构与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形一般布置在前桥之后。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面(水平面)内的交角90。在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂
8、转动。2)与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。3)转向直拉杆转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力，也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或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，上述三者间的连接都采用球销。4)转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振(转向轮绕主销轴线往复摆动，以至引起整车车身的
9、振动)，这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身(或前桥)铰接，另一端与转向直拉杆(或转向器)铰接。动力转向系统使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机)，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机
10、械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。(1) 液压式动力转向系统 .其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵、转向油管、转向油罐 以及位于整体式转向器 内部的转向控制阀及转向动力缸 等。当驾驶员转动转向盘 时，通过机械转向器使转向横拉杆移动，并带动转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。优缺点：能耗较高,尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵
11、的压力很大，也比较容易损害助力系统。(2) 电动助力动力转向系统，简称电动式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。电动式EPS 是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后
12、，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。例如，福克斯的EHPAS电子液压系统由电脑根据发动机转速、车速以及方向盘转角等信号，驱动电子泵给转向系统提供助力。助力感觉非常的自然。因此很多人对福克斯方向的感觉相当不错，转向操控感觉可以说是随心所欲。有些车也号称采用电子助力，但是只是电机助力，没有液压辅助，容易产生噪音。助力效果也远不如福克斯这一类型的电子助力。三 液压动力转向器随着社会经济以及科学技术的不断发展，汽车逐渐深入到了广大人民群众的家庭当中，而在汽车行驶的过程当中，液压动力转向器起到了重要的作用，在当前以内燃机为动力的汽车当中成为了应用的主流，而随着一部分高级轿车
13、的出现，对于转向器的性能提出了更高的要求，因此，为了促进液压动力转向器的不断创新发展，对其特性以及检测系统进行分析研究显得十分的重要。 一）、液压动力转向器的类型结构 一般来说，根据液压动力转向器所使用传动副的差异性可以分为多种结构类型，较为常见的主要包括：齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等，在当前汽车行业应用最为广泛的液压动力转向器是循环球以及齿轮齿条式的转向器。同时，液压式动力转向器根据液流形式的不同，可以划分为常流式与常压式两种类型。所谓常流式液压动力转向器主要是由恒流动力油源供油构成的恒流系统；而常压式液压动力转向器则是由恒压动力油源供油构成的恒压系统。液压动力转向器根
14、据控制阀门结构的不同，可以划分成为滑阀式与转阀式两种类型。而汽车转向系统所使用的，尤其是轿车使用的液压动力转向器采用的都是转阀式齿轮齿条液压动力转向器，是一种常流整体式的结构，其与转向操纵结构的连接如图1所示。 图1中的转向盘、转向柱管、万向节以及中间传动轴等部分都属于转向操纵的部分，而动力转向器则包括了转阀、转向动力缸以及机械转向器等部分。 二）液压动力转向器的特性分析 对于液压动力转向器而言，性能指标的种类很多，其大多数都是从系统的随动性以及转向的灵敏性考虑，不同的特性也有着不同类型的评价指标。 （1）转向灵敏性 在液压动力转向器当中转向灵敏性主要指的是汽车在转向之时动作的快慢，这也是对汽
15、车自身操纵性能进行科学衡量的一个重要性指标。在对液压动力转向器的特性分析时，转向灵敏性常常被定义成为系统进行负载的能力，也就是油压的灵敏程度，指的是转阀在工作时，输入轴转角变化引起负载压力大小的变化情况。同时，当对液压动力转向器进行静态特性检验的过程当中，也需要按照相关的标准进行，在其中转向的灵敏性是一个重要性的环节。一般来说，在进行检测分析的过程中，考虑搭配转阀零位之时，油压往往处于0.3MPa0.5MPa，因此，可以使用转阀进油口的压力取代负载之时的压力，同时还需要对转向盘中的转角信号进行测量。 （2）转向力特性分析 在汽车行驶的过程当中，当需要转向时，驾驶员在转动转向盘的过程中，需要克服弹性扭杆发出的弹力，当这一扭矩经过液压系统进行放大之后，需要克服掉转向出现的负载，而弹性扭杆除了和自身刚度有联系之外，还与阀芯以及阀套相对的转角密切相关，这一转角往往与转向负载所形成的阻力呈现出正比的关系，造成“路感”现象的出现，也就是指作用在转向轮之上的转向阻力而使得驾驶人员产生手感，因此，液压动力转向器中的转向力特性包括这转向的轻便性以及合适的路感等两个方面。一般来说，汽车液压动力转向器在进行动力输出的过程当中，所输出的力主要包括两个部分：其一是转向时由驾驶员操纵手力而引起的转向输出力；其二是液压动力转向器发出的
