开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 1 转向系统设计 讲师：郭长胜 2016.10.22 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 2 开篇话开篇话 学习目的 拓宽专业知识面， 对转向系统有一 个大概的了解 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 3 1 1 转向系统总体概述 2 2 3 3 4 4 5 5 液压转向系统 电动转向系统 计算匹配 结束 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 4 一、转向系统概述 1.转向系统概述 请先看看下图中一个典型的转向系统布置图，对转向系统的各个部件有个大致的印象 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 5 1.1 系统概述 汽车转向系由转向操纵机构、转向器、动力装置、转向车轮组成 转向系统对整车有重要的作用 首先,通过转向盘及相关的转向传动及执行机构来控制转向轮的绕主销的转动来实现汽 车的转向，这就是汽车最基本的转向功能 其次是凭借转向盘的力的反馈，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶员，这就 是我们通常所说的路感。
这种反馈也是驾驶员感觉、检测车辆运动状态的重要途径之一， 是评价车辆操控性能的评价指标之一 这里所说的方向盘反馈给驾驶员的力与驾驶员施加给方向盘的力是一对作用力与反作 用力，他们是大小相等，方向相反的过于追求转向力的轻便必定会以牺牲部分路感为代 价的 一、转向系统概述 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 6 1.2 系统术语 转向中心：为使汽车在转弯时减少阻力和 轮胎磨损，汽车转向时各个车轮都应作纯滚动 ， 此时，各轮的轴线必须相交于一点，点O称为 转向中心； 转弯半径：转向中心到外转向轮与地面接触点 之间的距离 转弯半径越小，汽车的机动性能越好 一、转向系统概述 转向力：转向时，施加在方向盘上的 力 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 7 1.3 转向系统的分类 一、转向系统概述 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 8 液压助力转向（HPS）： 一、转向系统概述 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 9 电动液压助力转向（EHPS）： 一、转向系统概述 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 10 电动助力转向（EPS）： 一、转向系统概述 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 11 2 液压助力转向 二、液压助力转向 转向器总成转向器总成 转向管柱总成转向管柱总成转向油杯转向油杯 回油管总成回油管总成 高压油管总成高压油管总成 转向油泵转向油泵 组件组件 主要零部件：转向管柱总成、转向器总成、转向油杯、转向油泵、转向管路等 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 12 2.1 转向管柱总成 基本作用： A）将方向盘力矩传至中间轴再从传至转向器； B）提供能量吸收装置保证安全 C) 其他作用 方向盘的倾斜调整 转向防盗锁止系统 组合开关、点火锁等电器元件的装配搭载 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 13 2.1 转向管柱总成 管柱调节手柄管柱调节手柄 溃缩注塑块溃缩注塑块 溃缩导向结构溃缩导向结构 电器元件安装电器元件安装 支架支架 溃缩结构溃缩结构 双十字轴双十字轴 锁孔锁孔 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 14 主要技术要求： A）调节手柄调节力≤80N； B）管柱角度调节力≤80N； C）转向管柱总成（H3404010-0600）装上模拟锁具并锁止，在转向芯轴方向盘盘毂处施 300Nm的扭矩时，转向轴锁止不得有松脱、裂纹现象； D）管柱总成压馈力峰值：3.0-4.0KN，馈缩量不小于60mm 转向轴下体总成压溃力峰值：1.0-3.0KN,溃缩量≥70mm 转向管柱（方向盘）在车辆碰撞时对驾驶员的伤害指数是衡量转向柱安全性能的一个重 要指标，现在国家执行的GB11557《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》，此标准要 求的有两个重要指标：1）方向盘中心向后及向上的移动量不大于127mm；2）方向盘对驾 驶员的冲击力不大于11123N。
此规定基本等同于欧洲(ECE12)及美国(FMVSS 203)的要求 F）装配至整车，模态要求≥35Hz； 其他见相关标准 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 15 管柱的布置 二、液压助力转向 由于转向操纵机构包含了不等速万向节 ， 不可避免地存在转向力矩波动的问题 α为轴1与轴2形成的平面一和轴2与轴3 形成的平面二的夹角 Ψ为轴2的相位角 β为等效夹角 故整个管柱的力矩波动范围（cosβ—— 1/cosβ） 力矩波动范围：0.95～1.05 β1与β2差值不大于6 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 16 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 基本作用： A）驱动车轮绕主销转动 B）吸收地面对整车的激励 C) 放大转向管柱传递的力矩 D) 调节整车的前束 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 17 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 二、液压助力转向 转向拉杆转向拉杆 转向器壳体转向器壳体 输入轴输入轴——齿轮轴齿轮轴 防尘护套防尘护套 拉杆外球头拉杆外球头 拉杆内球头拉杆内球头 左腔油管左腔油管 右腔油管右腔油管 前束调整螺母前束调整螺母 进、回油口进、回油口 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 18 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 二、液压助力转向 • 规范和主要尺寸 小齿轮 Pinion 模数 Module1.75 压力角 Pressure angle20 齿数 Number of teeth8 螺旋角 Helical angle24 齿条 Rack 模数 Module 1.75 压力角 Pressure angle20 螺旋角 Helical angle16 齿数 Number of teeth30 旋向 Helical direction右旋 Right 规范 Specification 油缸内径 Cylinder inner diameter(mm)Φ45 齿条直径 Rack Diameter(mm)Φ25/ Φ24(Teeth area) 行程 Rack stroke1461(72 0.52) 传动比 Gear ratio45.74 旋转圈数 Revolution3.19 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 20 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 二、液压助力转向 ①① ②② ③③ ④④ ⑤⑤ ⑥⑥ ⑦⑦ ⑧⑧ ⑨⑨ ⑩⑩ 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 21 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 二、液压助力转向 ItemsBenchmark partTRW Proposal ① Off set angle ()2020 ② Length OBJ Center to OBJ Center(mm)(1328)(1328) ③ Length IBJ Center to IBJ Center(mm)652 1.0652 1.0 ④ Length IBJ Center to OBJ Center(mm)(338) (338) ⑤ Length IBJ Center to End of Ball Tie Rod(mm) 290 1.0290 1.0 ⑥ Length OBJ Center to End of OTR Socket(mm) 78 0.578 0.5 ⑦ Length Rack Center to Valve End(mm)196.5196.5 ⑧ Length Rack Center to Housing Upper End(mm) 119119 ⑨ Length Rack Center to Housing Lower End(mm) 4242 ⑩ Length Rack Center to Housing Yoke End(mm) 39.6 Max.39.6 Max. 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 22 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 二、液压助力转向 Open / Close 扭杆刚度大，转向力大；扭杆刚度小，转向力小 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 23 2.2 动力转向器总成----齿轮齿条转向器 主要技术要求： A）转向器最高工作压力9MPa，最大工作流量8L/min。
此值为初定值，后期以底盘调校确定值 B）总成正效率≥70%，逆效率≥65% C）内球销摆角≥30 D）转向力特性曲线左右对称度应≥90% QCT 530《汽车动力转向器总成技术条件》 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 24 2.3 转向油杯 主要作用： A）储存转向液 B）过滤转向液 二、液压助力转向 主要技术要求： A）振动耐久 B）跌落要求 C) 清洁度 D）与转向液的相容性 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 25 2.3 转向油泵 主要作用： 增大油压，提供足够助力 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 26 2.3 转向油泵 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 27 2.3 转向管路 二、液压助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 28 2.3 转向管路 二、液压助力转向 主要技术要求： 最大工作压力 爆破压力 材质 热老化、耐臭氧等 耐高低温 胶管层粘结强度 内层内层增强层增强层 外层外层 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 29 3 电动助力转向 三、电动助力转向 扭矩传感 器 减速器 DC 马达 机械转向器 中间轴 EC U 增加了电机、ECU、传感器、减速器等部件，省去了转向管路、转向油泵、转向油杯等部件 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 30 3 电动助力转向 三、电动助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 31 3 电动助力转向 三、电动助力转向 开发部Development Dept. 底盘设计所 Page 32 3 电动助力转向 三、电动助力转向 出力 [kN] 3456789101112 R-EPS H-EPS 有刷电机 无刷电机 VGR 齿齿条 一般 & 大功率 ＆增强大功 率 (12V) 超大功率 (12V) 12V或加大电压电压 C-EPS P-EPS 1314151617 HPS 12V 12V 全部范围 12V DP-EPS 无刷电机 超大功率 (24V) 无刷电机 开发部Development Dept. 底盘设计所 Pa。