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1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 陕西广播电视大学继续教育学院大学毕 业 论 文论文题目 汽车转向系综述 系 别 专 业 班 级 学生姓名 指导教师 2010年 11月 4日2陕西广播电视大学继续教育学院毕业论文设计摘 要汽车的转向系统的性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。总数了国内外转向系统的研究发展，介绍了各转向系统的结构原理及其关键技术并提出汽车转向系的发展趋势。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，始终是设计人员的重要研究
2、课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。汽车发展了一百多年，其转向系统也从最初的纯机械系统发展到现在的助力转向及其电子转向。通过大量的数据及实践我们找到了各种转向系统的优劣，但汽车转向系统每一次的变革都使整车的操控性、安全性上升了一个高度。关键词：转向系统电动助力转向 转向车轮 线控 电子转向目 录摘 要(1)1 绪 论1.1转向系统概述(1)1.2转向系统的发展概况(4)1.3汽车转向原理及基本特性(5)2 汽车转向系统的类型、组成及工作原理2.1 传统转向系统：机械转向系统(7)2.1.1机械转向系统的组成.（7）
3、2.1.2机械转向系统的工作原理.（9）2.1.3 机械转向系统的优缺点（10）2.2 电液助力转向系统.(11)2.2.1电动液压助力转向系统EHPS(electro-hydraulic power steering)的组成及工作原理（11）2.2.1.1整体式液压动力转向器的结构的组成及工作原理（12）2.2.2电液助力转向系统的缺点.（13）2.3电子控制动力转向系统SBW(Steer-By-Wire).（14）2.3.1电子控制动力转向系统的组成与分类.（14）2.3.2电子控制系统的结构特点.（15）2.3.3电子控制结构的主要优点.（15）2.4四轮转向系统.（16）2.4.1机械
4、式四轮转向系统.（16）2.4.2动式四轮转向（17）3 部分汽车转向系的检测与维修3.1机械转向系统的检测与维修(18)3.1.1转向器的检测与维修(19)3.1.2循环球式转向器的检修(20)3.1.3齿轮齿条式转向器的检修(23)3.2液压动力转向装置主要部件检查调整要点(24)3.3液压式动力转向系常见故障诊断与排除(25)3.4电控式动力转向系故障的检测(26)4 结论与展望4.1 本文总结和将来展望(27)致 谢(29)参考文献(31)第28页 共30页 1 绪 论1.1 汽车转向系统1.1.1 汽车转向系统的概述汽车行驶中，驾驶员通过操纵转向盘，经过一套传动机构，使转向轮在路面上
5、偏转一定的角度来改变其行驶方向，确保汽车稳定安全的正常行驶。能使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构称为汽车转向系。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。1.2 转向系统的发展概况1.2.1发展综述转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进 方向，从而实现自己的驾驶意图。 一百多年来，汽车工业随着机械和电子
6、技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。1.2.2 各时期汽车转向系发展情况传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。 液压助力系统HPS（Hydraulic Power Steering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而成。该液压系统一般与发动机相连
7、，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类 ：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转向ECHPS（Electronically Controlled H
8、ydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。为了规避电液助力转向系统的缺点，电动助力转向系统EPS（E
9、lectric Power Steering）便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。现如今在某些概念车上又有了一种电子转向系统。它取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。其发展前景非常可观。1.3汽车转向原理及基本特性 图1-1车轮的运动轨迹若使汽车能顺利转向，各车轮不产生滑动，转向车轮须同向偏转，且所有车 图1-2 前轮的运动轨迹轮需要绕着一个转向中心转动，保证各车轮在转向过程中均为纯滚动。如图1-1所示
10、，汽车四个车轮A、B、C和D转轴的延长线相交于一点O，O 点即为车轮的转动中心，四个车轮的运动轨迹形成同心圆。这就是汽车转向基本特性。当车轮转向机构的几何关系为平行四边形转向机构时，转向车轮的偏转角度相同(见图1-2a)，四个车轮转轴延长线交汇点有两个，因而形成两个转动中心，转向车轮不能实现纯滚动，其转向过程异常。为满足汽车转向基本特性，运用阿克曼原理，转向机构的几何关系呈梯形(见图1-2b)。梯形转向机构由梯形臂和横拉杆组成。梯形转向机构使两侧转向车轮偏转时形成一个转向中心，即汽车的四个车轮均绕着一个点转动。此时内、外侧转向车轮偏转角度不相等，内侧车轮偏 图1-3 转向车轮偏转角的转角差转角
11、 比外侧车轮偏转角 大(见图1-3)。在车轮为刚体的假设条件下，内、外侧转向车轮偏转角的理想关系式为：cot= cot + B/ L式中：B两侧主销轴线与地面交点之间的距离，也称为轮距；L汽车轴距。由转向中心O到外转向轮与地面接触的距离R称为汽车的转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地越小，其机动性越好。由图1-3 可知，当前外转向轮偏转角达到最大值max 时，转弯半径R有最小值。在图示理想情况下，最小转弯半径Rmin 与max的关系为:Rmin=L/sinmax 2汽车转向系统的类型、组成及工作原理2.1传统转向系统：机械转向系统2.1.1机械转向系统的组成：用司机体力为转向能源，所有传
12、力件都是机械的。转向操纵机构：转向盘、转向轴、万向节（上、下）、转向传动轴。 （采用万向传动装置有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化） 转向器：内设减速传动付，作用减速增扭。转向传动机构：转向摇臂、转向主拉杆、转向节臂、 转向节、转向梯形。 图2-1 机械转向系统的组成和布置示意图2.1.2转向操纵机构1. 转向操纵机构的功用与组成转向操纵机构的功用是将驾驶员转动转向盘的操纵力矩传给转向器。它主要由转向盘1、转向轴及转向柱管2和万向传动装置3等组成(见图2-1)。转向轴上部与转向盘固定连接，下部装有转向器。转向轴与转向器的连接方式，一种是与转向器的输入轴直接连接，另一种是通过万向传
13、动装置间接与转向器的输入轴相接连。2. 转向盘转向盘主要由轮圈1、轮辐2 和轮毂3 组成，其结构如图2-2 所示。轮辐的形式有两根辐条式、三根辐条式和四根辐条式。轮辐和轮圈的心部有钢或铝合金等金属制骨架，外层以合成树脂或合成橡胶包覆，下侧形成波浪状以利于驾驶员把持。转向盘与转向轴通常通过带锥度的细花键连接，端部通过螺母轴向压紧固定。有的汽车喇叭开关按钮装在转向盘上，方便驾驶员操作。 图2-2 转向操纵机构示意图因为在整个转向系统中，各传动件之间存在着装配间隙，这些间隙反映到转向盘上来就变成转动转向盘的空转角度。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过度紧张是有利的。转向盘自由行程应控制在转
14、向轮处于直线行驶位置时转向盘向左或向右的自由行程不超过1015。3. 转向轴和转向管柱转向轴用来连接转向盘和转向器，并将转向盘的转向转矩传给转向器。转向轴分为普通式和能量吸收式。现代汽车更多地采用能量吸收式转向轴结构。转向管柱安装在车身上，支承转向轴及转向盘。转向轴从转向管柱内穿过，靠转向管柱内的轴承和衬套支承。为方便不同体型驾驶员操纵转向盘，转向管柱上装有能改变转向盘位置的装置。转向盘的安装角度和高度可以在一定范围内调整，以适应驾驶员的体形和驾驶习惯。4. 安全保护装置在转向操纵机构上体现的汽车被动安全技术有安全气囊和能量吸收式转向轴。(1)安全气囊SRS安装在转向盘上。它的结构主要由传感器、气体发生器、气囊系统等三部分组成。传感器检测汽车发生碰撞时的车速、冲击参数，气体发生器根据传感器指令释放高压气体，或引爆固体燃料，瞬时产生高压氮气并迅速向气囊充气，气囊膨胀，达到保护乘员的目的。另外，安全气囊还有一些排气孔，使安全气囊撞到乘员时压力有所减
