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1、第11章 动力转向系统与四轮转向系统,主编 贺大松,学习目标： 了解动力转向系统的类型与应用 掌握普通动力转向系统的组成、元件结构，理解其工作原理 了解液压式电控动力转向系统的类型 掌握液压式电控动力转向系统组成与工作原理 熟悉电控动力转向系统组成与工作原理 理解动力转向系统常见故障产生原因,11.1 概述 由于机械式转向系本身不能满足转向操纵省力、灵敏的要求，所以在重型汽车和轿车上广泛采用了利用其它动力协助转向的装冒，这种采用转向助力装置的转向系统称为动力转向系统，汽车动力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于发动机产生的液体压力或电动机动力来实现车轮转向，故动力转向系统也称为转向助力放大装置。
2、 采用动力转向系统的汽车转向所需的能量，在正常情况下，只有小部分是驾驶员提供的体能，而大部分是发动机(或电机)所提供的液压能(或气压能)、机械能。 动力转向系统按控制方式不同，可分为普通动力转向系统和电控动力转向系统。普通动力转向装置按传能介质不同有气压式和液压式两种。对于装载质量过大的货车，因为其气压制动系统的工作压力较低，使得部件结构复杂、尺寸过于庞大、消耗功率多、易产生泄漏，而且转向力也不宜有效控制，所以这种助力系统不容易用于大型货车和小型轿车，主要用于前轴载质量为37t并采用气压制动的货车和客车。,液压式动力转向装置工作压力高，操纵轻便，灵活省力，维护简单，部件尺寸小，工作无噪声，而且
3、能吸收来自不平路面的冲击，广泛用于高速轿车和重型货车。本章所讨论的动力转向系统只限于液压式。电控动力转向系统根据动力源可分为液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统。此外，汽车的四轮转向系统在20世纪80年代中期开始发展，通过对后轮也进行转向操纵以配合前轮转向，其主要目的是提高汽车在高速行驶或在侧向风力作用时的操作稳定性，改善在低速下的操纵轻便性，以及减小在停车场时的转弯半径。前后转向轮的转向控制有同相和逆相两种情况。四轮转向系统中若后轮的转向和前轮的转向方向相同，则称同相控制模式，其转弯半径比两轮转向的转弯半径大，但汽车在转向时车身与行驶方向的偏转角小，这样，减小了汽车调整行驶转向时的
4、旋转和侧滑，提高了操纵稳定性，适于汽车的高速行驶。四轮转向系统中若后轮的转向和前轮的转向方向相反，则称逆相控制模式，其转弯半径比两轮转向的转弯半径小，提高了汽车停车或在狭小空间转向的机动性，适于汽车低速行驶。,同时动力转向系统具有以下功能： (1)汽车转向时应减少驾驶员的操纵力； (2)可限制转向系统的减速比，限制车辆在高速或在薄冰上的助力，保证转向稳定性和行驶安全； (3)在原地转向时，能提供必要的助力； (4)当动力转向系统失效时，应能通过机械转向系统实现转向控制。 同时动力转向系统还应具有以下要求： (1)操纵轻便、省力； (2)提高响应特性，保证高速行车安全； (3)减少地面反传到方向
5、盘的冲击。,11.2 普通动力转向系统 普通液压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。按其液流形式有常压式和常流式两种。常压式的特点是有储能器积储液压能，可以使用流量较小的转向液压泵，而且还可以在液压泵不工作时保持一定转向助力能力。常流式的特点则是结构简单，液压泵寿命长，泄露少，而且消耗功率也较少，广泛被使用。 根据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向装置中的布置和联接关系的不同，液压动力转向装置分为整体式（机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者设计为一体）、组合式（把机械式转向器和转向控制阀设计在一起，转向动力缸独立）和分离式（机械式转向器独立，把转向控
6、制阀和转向动力缸设计为一体）三种结构型式。整体式液压动力转向装置具有结构简单、紧凑，量轻，操纵感好等优点，所以广泛用于轿车。,11.2.1 组成与类型 普通液压动力转向系统的组成：一般由机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三部分组成。 如图11-1所示，转向油泵安装在发动机上，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。 当汽车直线行驶时，转向控制阀将转向油泵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
7、向时，驾驶员向右转动方向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与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。向左转向时，情况与上述相反。 动力转向系统按转向控制阀阀芯的运动方式，可分为滑阀式动力转向系统和转阀式动力转向系统。,图11-1 普通液压动力转向系统示意图 l-转向操纵机构 2-转向控制阀 3-机械转向器与转向动力缸总成 4-转向传动结构 5-转向油罐 6-转向油泵,11.2.2 滑阀式动力转向系统的基本工作原理 如图11-2所示为液压常流滑阀式动力转向装置工作原理图。 系统各总成与部件的组成及功用如下：转向油罐用来储存、滤
8、清油液。转向油泵将油罐内的油吸出，压送入控制阀，其功用是将发动机输出的部分机械能转换为油液的压力能。固装在车架（或车身）上的转向动力缸主要由缸筒和活塞组成。活塞将动力缸L、R两腔，活塞的伸出端与摇臂中部铰接。动力缸的功用是将油液的压力能转换成机械能，实现转向加力。由阀体、滑阀、反作用柱塞和滑阀回位弹簧等组成的转向控制阀是动力缸的控制部分，用来控制油泵输出油液的流向，使转向器与动力缸协调动作，转向控制阀用油管、油罐和动力连通。,图11-2 液压常流滑阀式动力转向装置工作原理图 1滑阀 2反作用柱塞 3滑阀复位弹簧 4阀体 5转向螺杆 6转向直拉杆 7转向摇臂8转向动力缸 9转向螺母 10单向阀
9、11安全阀 12节流孔 13溢流阀 14转向油罐 15转向油泵,系统各总成与部件的组成及功用如下：转向油罐用来储存、滤清油液。转向油泵将油罐内的油吸出，压送入控制阀，其功用是将发动机输出的部分机械能转换为油液的压力能。固装在车架（或车身）上的转向动力缸主要由缸筒和活塞组成。活塞将动力缸L、R两腔，活塞的伸出端与摇臂中部铰接。动力缸的功用是将油液压力能转换成机械能，实现转向加力。由阀体、滑阀、反作用柱塞和滑阀回位弹簧等组成的转向控制阀是动力缸的控制部分，用来控制油泵输出油液流向，使转向器与动力缸协调动作，转向控制阀用油管、油罐和动力连通。 滑阀与阀体为间隙配合。在阀体的内圆柱面上开有三道环槽：环
10、槽A是总进油道，与油泵连通：环槽D、E是回油道，与油罐连通。在滑阀上开有两道环槽：B是动力缸R腔的进、排油环槽：C是动力缸L的进、排油环槽。阀体内装有反作用柱塞，两个柱塞之间装有滑阀复位弹簧。滑阀通过两个轴承支承在转向轴上，它与转向螺杆的轴向相对位置固定不变。但滑阀处于中间位置（相应与汽车直线行驶的位置）时，滑阀两端与阀体的端面均保持h的间隙，因而滑阀随同转向螺杆可以相对于阀体自中间位置向两端做微量的轴向移动。,当汽车直线行驶时，如图11-2(a)所示，滑阀依靠阀体内的定中弹簧(回位弹簧)保持在中间位置。此时转向控制阀内各环槽相通，自油泵输送出来的油液进入阀体环槽A之后，经环槽B和C分别流入动
11、力缸的R腔和L腔，同时又经环槽D和E进入回油管道流回油罐。这时，滑阀与阀体各环槽槽肩之间的间隙大小相等，油路畅通，动力缸因左右腔油压相等而不起加力作用。这时油路保持畅通，油泵负荷小，工作油处于低压状态。 汽车右转向时，驾驶员通过方向盘使转向螺杆向右转动（顺时针）。开始时，由于转向车轮的偏转阻力很大，转向螺母暂时不动，具有左旋螺纹的螺杆在螺母的轴向反作用推动下向右轴向移动，带动滑阀压缩弹簧向右移动，消除左端间隙h，如图11-2(b)所示。此时环槽C与E之间，A与B之间的油路通道被滑阀和阀体相应的槽肩封闭。而环槽A与C之间的油路通道增大，油泵送来的油液自A经C流入动力缸的L腔，成为高压油区。,R腔
12、油液经环槽B、D及回油管流回储油罐，这样左、右动力腔产生油压差，从而使动力缸的活塞右移，使转向摇臂逆时针转动，从而起加力作用。当这一力与驾驶员通过转向器传给转向摇臂的力合在一起，足以克服转向阻力时，转向螺母也就随着转向螺杆的转动而向左轴向移动，并通过转向直拉杆带动转向车轮向右偏转。助力作用必须是随转向盘的转动而进行，随方向盘的停转而减小（维持），若继续转动，则继续助力，这就是所谓的“随动”作用。很显然，只要方向盘和转向螺杆继续转动，加力作用就一直存在。当方向盘转过一定角度保持不动时，转向螺杆作用于转向螺母的力消失，但动力缸活塞仍继续右移，转向摇臂继续逆时针方向转动，其上端拨动转向螺母，带动转向
13、螺杆及滑阀一起向左移动，直到滑阀恢复到中间稍偏右的位置。此时L腔的油压仍高于R腔的油压。此压力差在动力缸活塞上的作用力用来克服转向轮的回正力矩，使转向轮的偏转角维持不动，这就是转向的维持过程。如转向轮进一步偏转，则需继续转动方向盘，重复上述全部过程。,松开方向盘，如果不能自动回正，将增加驾驶员的劳动强度。所以，松开方向盘，转向轮及方向盘应能自动回到直线行驶位置。其作用原理是：松开方向盘，滑阀在回位弹簧和反作用柱塞上的油压的作用下回到中间位置，转向控制阀中各环槽槽肩的缝隙相等，动力缸左腔与右腔的油压差随之消失，动力缸停止工作。转向轮在前轮定位产生的回正力矩的作用下自动回正，通过转向螺母带动转向螺
14、杆反向转动，使方向盘回到直线行驶位置。在此过程中，转向螺母作用在转向螺杆上的轴向力小于复位弹簧的预紧力，故滑阀不再轴向移动，所以在转向轮自动回正过程中不会出现自动加力现象。如果滑阀不能回到中间位置，汽车将在行驶中自动跑偏。 汽车直线行驶，路面不平转向轮可能左右偏转而产生振动时。这种振动将迫使转向摇臂摆动，使动力缸活塞在缸筒内轴向移动。动力缸左右两腔的油液变对活塞移动起阻尼作用，从而吸收振动能量，减轻了转向轮的振动。,若路面冲击力很大，迫使转向轮偏转（设向右偏转，而驾驶员仍保持方向盘处于直线行驶位置），此时转向螺杆将受到一个向左的轴向力，这个力使滑阀左向移动，于是反向接通动力缸油路，动力转向装置
15、的加力方向与转向轮偏转方向相反，使转向轮回正，从而可以抵消路面冲击的影响。 汽车左转向时，见图11-2(c)所示，滑阀左移，动力缸向相反方向加力，其动力转向装置的工作原理与上述相同。 动力转向装置失效时。若动力转向装置失效，则动力转向装置不但不能使转向省力反而会增加转向阻力。为了减小这种阻力，在转向控制阀的进油道和回油道之间装有单向阀。在正常情况下，进油道的油压为高压，回油道为低压，单向阀在弹簧张力和油压差作用下关闭，进、回油道互不相通。当油泵失效后靠人力强制进行转向时，工作油便通过单向阀在动力缸内构成小循环油路，即动力缸的排油腔的油液经回油道、单向阀及进油道流入动力缸吸油腔，而不需经过油泵，
16、以减轻转动方向盘作用力。可见单向阀的作用是将不工作的油泵短路。,采用液压装置，有以下特点： (1)转向轮开始和终止偏转时间，要比方向盘动作时间滞后一些。这主要是由于液力系统中有一个油压增长和平衡的过程。 (2)动力转向装置工作时，动力缸活塞的移动速度除受方向盘的转动速度影响外，还受油泵输油量影响。如果油泵输油量不足，会使转向速度慢（转向轮的偏转明显滞后于方向盘的移动）而不灵敏，且转向沉重。若油泵输油量过大，则会使转向过于灵敏，方向盘出现“发飘”，油泵的输出油量受发动机转速的影响很大。 (3)为了保证发动机怠速时供油充足，而在发动机高速运转时供油量不致过大，在油泵中装有节流孔和溢流阀。当油泵输油量超过一定值时，油液在节流孔节流作用下产生的油压差把溢流阀打开，一部分工作液经溢流阀返回到油泵进口处。为使油泵和系统中机件不致因过载而损坏，其中安全阀的功能是限制油泵及系统内的最高压力。 (4)反作用柱塞的作用是能将路面阻力情况成比例反映到方向盘上，使驾驶员有“路感”。,11.2.3 转阀式动力转向系统的结构与基本工作原理 桑塔纳2000系列轿车采用的液压动力转向系
