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1、第15章 动力转向系统与四轮转向系统15.1 概述 汽车动力转向系统是在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。所以动力转向系统也称为转向动力放大装置。相对于机械转向系，对动力转向系统的要求是：在保证转向灵敏性不变的条件下，有效地提高转向操纵轻便性，提高响应特性，保证高速行车安全，减少转向盘的冲击，因此已在各国的汽车制造中普遍采用。动力转向系统按控制方式的不同，可分为普通动力转向系统和电子控制动力转向系统。普通的液压式动力转向系统按液流形式，又可分为常压式和常流式两种。其中液压常流式动力转向系统应用广泛。电控动力转向系统根据动力源不同又可分为液压式电子控制动
2、力转向系统(液压式EPS)和电动式电子控制动力转向系统(电动式EPS)。液压式电子控制动力转向系统根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。此外，四轮转向系统正逐步的得到应用，它可以让汽车的前轮和后轮同时发生偏转，在低速时，前轮和后轮的偏转方向相反，可提高汽车转向灵敏性，高速时,前轮和后轮的偏转方向相同，可提高汽车操纵稳定性。动力转向系统应具有如下功用：汽车转弯时，减少驾驶员对方向盘的操纵力；限制转向系统的减速比；在原地转向时，能提供必要的助力；限制车辆高速或在薄冰上的助力，具有较好的转向稳定性；在动力转向系统失效时，能保持机械转向系统的有效工作。15.2 普通
3、动力转向系统15.2.1组成与类型普通液压式动力转向系统由机械转向器、转向控制阀、转向油罐和转向油泵等组成，如图15.1所示。图15.1 动力转向系统组成1-转向油泵；2-转向控制阀；3-转向油罐；4-齿轮齿条转向器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。15.2.2滑阀式动力转向系统的基本工作原理如图15.2所示，为液压常流滑阀式动力转向装置的工作原理图。系统各总成与部件的组成与功用如下：转向油罐14用来储存、滤清油液。转向油泵15将油罐14内的油吸出，压送入转向控制阀，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
4、转向动力缸8主要由缸筒和活塞组成。活塞将动力缸L、R两腔，活塞的伸出端与转向摇臂7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4、滑阀1、反作用柱塞2和滑阀回位弹簧3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，转向控制阀用油管分别与油泵15、油罐14和动力缸8连通。 滑阀1与阀体4为间隙配合。在阀体4的内圆柱面上开有三道环槽：环槽A是总进油道，与油泵15相通；环槽D、E是回油道，与油罐14相通。在滑阀1上开有两道环槽：B是动力缸只腔的进、排油环槽；C是动力缸L腔的进、排油环槽。阀体内装有反作用柱塞2，两个柱塞之间装有滑
5、阀复位弹簧3。滑阀通过两个轴承支承在转向轴上，它与转向螺杆5的轴向相对位置固定不变。但滑阀处于中间位置(相应于汽车直线行驶的位置)时，滑阀两端与阀体4的端面均保持h的间隙，因而滑阀随同转向螺杆5可以相对于阀体4自中间位置向两端作的微量轴向移动。1汽车直线行驶时如图15.2a所示，汽车直线行驶时，滑阀1在复位弹簧3的作用下保持在中间位置。转向控制阀内各环槽相通，油泵15出来的油液进入阀体环槽A之后，经环槽B和C分别流入动力缸8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14。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8因其左、右两腔油压相等而不起加力作用。油泵泵出的油
6、液仅需克服管道阻力流回油罐14，故油泵负荷很小，整个系统处于低压状态。2汽车右转向时汽车右转向时开，始由于转向车轮的偏转阻力很大，转向螺母9暂时保持不动，而具有左旋螺纹的转向螺杆5却在转向螺母9的轴向反作用力推动下向右轴向移动，同时带动滑阀1压缩复位弹簧3向右轴向移动，消除左端间隙h(图15.2b)。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流入动力缸的左腔。而动力缸右腔的油液则经环槽B、D及回油管流回油罐14。这样左、右动力腔产生油压差，在压力差作用下，动力缸的活塞向右移动，并通过活塞杆使转向摇臂7逆时针转动，从
7、而起转向加力作用。当这一力与驾驶员通过转向器传给转向摇臂7的力合在一起，足以克服转向阻力时，转向螺母9也就随着转向螺杆5的转动而向左轴向移动，并通过转向直拉杆6带动转向车轮向右偏转。由于动力缸左腔的油压很高，所以汽车转向主要靠活塞的推力。3转向盘转过一定角度保持不动时只要转向盘和转向螺杆5继续转动，上述液压助力作用就一直存在。当转向盘转过一定角度保持不动时，转向螺杆5作用于转向螺母9的力消失，转向螺母9不再相对于转向螺杆5左移。但动力缸8中的活塞在油压差作用下，仍继续向右移动(转向摇臂7继续逆时针方向转动)，从而使得转向螺母9在转向摇臂7上端的拨动下，带动转向螺杆5及滑阀1一起向左移动，直到滑
8、阀1回复到中间稍偏右的位置。此时滑阀中间槽肩右边的缝隙小于左边的缝隙，由于节流作用，使进入工腔的油压仍高于及腔的油压。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。4由维持转向位置松开转向盘时由维持转向位置松开转向盘时，滑阀就会在回位弹簧3的张力和反作用柱塞2上油压的推力作用下回到中间位置，转向控制阀中各环槽槽肩间的缝隙相等，动力缸左腔与右腔间的油压差随之消失，动力缸停止工作，转向轮在回正力矩的作用下自动回正，并通过转向螺母9带动转向螺杆5反向转动，使转向盘回到直线行驶位置。在此过程中，转向螺母9作用在转向螺杆5上的轴向力小于复位弹簧3
9、的预紧力，故滑阀1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。5汽车直线行驶，遇路面不平，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7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便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，而驾驶员仍保持转向盘处于直线行驶位置)，此时转向螺杆5将受到一个向左的轴向力，这个力使滑阀1向左移动，于是反向接通动力缸油路，动力转向装置的加力方向与转向轮偏转方向相反，使转向轮回正，抵消路面冲击的影响。6汽车左转向时，动力转向装置的工作原理与上述相同。a） b）图15.2
10、 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；11-安全阀；12-节流孔；13-溢流阀；14-转向油罐；15-转向油泵7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10。在正常情况下，进油道的油压为高压，回油道为低压，单向阀10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，设向右转，进油道变为低压(油罐中的油液已不
11、能通过失效后的油泵流人进油道)，而回油道却因动力缸中活塞移动而具有稍高于进油道的油压。进、回油道的压力差使单向阀10打开，两油道相通，动力缸活塞两侧油腔也相通，油液便从动力缸受活塞挤压的右腔，流向活塞移离后产生低压的左腔，从而减小了人力转向时的油液阻力。可见单向阀10的作用是将不工作的油泵短路。 动力转向装置工作时，动力缸活塞的移动速度除随转向盘的转动速度而变化外，还取决于油泵的输出油量。如果油泵输出油量不足，会使转向速度慢(转向轮的偏转明显滞后于转向盘的转动)而不灵敏，且转向沉重。若油泵输出油量过大，又会使转向过分灵敏，转向盘“发飘”。油泵的输出油量受发动机转速的影响很大。为了保证发动机怠速
12、时供油充足，而在发动机高速运转时供油量不致过大，油泵中装有节流孔12和溢流阀13。当油泵输出油量超过一定值时，油液在节流孔12节流作用下产生的油压差把溢流阀13打开，使多余的油液流回到油泵入口处。安全阀11的作用是限制油泵及系统内的最高压力值。 15.2.3转阀式动力转向的结构和基本工作原理1主要部件结构如图15.3所示，为桑塔纳轿车整体转阀式动力转向系统，它是由齿轮齿条式机械转向器、转阀式转向控制阀、转向动力缸、储油罐、叶片泵、进回油管及横拉杆等组成。转阀式转向控制阀主要由阀芯13、阀体14、扭杆弹簧10等部件组成。转向盘与转向轴以花键连接，转向轴通过柔性万向节与扭力杆6以花键联接，扭力杆上
13、端部又以销钉与阀芯连接，阀芯与阀套能相对转动，而阀套下部又以销轴与小齿轮联接，扭力杆下部与小齿轮刚性连接。阀套8内壁开有6个纵向槽，相应地在阀芯7外表有6个凸肩，每个凸肩左右与阀套纵向纵槽配合处有间隙，叫做转阀的预开隙。 图15.3 桑塔纳轿车动力转向系统a）向右转弯时 b）直线行驶时 c)向左转弯时l-转向油罐； 2-叶片泵； 3-压力与流量限止阀； 4-进抽管； 5-回油管； 6-扭力杆； 7-阀芯； 8-阀套 9-阀壳； 10-活塞缸； 11-转向器壳； 12-齿条； 13-小齿轮； 14-横拉杆； 15-油管2转阀式动力转向器的工作过程当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，如图15.3b
14、所示。来自转向油泵2的工作液向阀套8的3个进油孔供油，油液通过预开隙进人阀芯7的凹槽，再通过阀芯的回油孔进入阀芯7与扭力杆6间的空腔，再经过阀套8的回油孔，通过回油管流回油罐1，形成油路循环。另一回路是由油泵2压入阀套8的油经过预开隙进入阀套左右两侧的出油孔，其中一路进入转向器活塞缸10的左油缸，另一路进入转向器活塞缸的右油缸。由于左、右油缸均进油，且油压相等，更由于油路连通回油道而建立不起高压，因此转向助力器没有助力作用，这即是直线行驶状态。当汽车右转弯时，转向盘带动转向轴转动并带动扭力杆6顺时针转动（图15.3a），扭力杆端头与阀芯7以销钉连接，因而带动阀芯转动一个角度，这时阀套8的进油口
15、一侧的预开隙被关闭，另一侧的预开隙开度打开，压力油压向转向器右缸，活塞向伸出转向器方向移动，也即将齿条推出转向器，这时起到了转向助力的作用，汽车向右转弯。活塞左缸的油液被压出，通过阀套孔、阀芯及阀芯与扭力杆间的间隙流回转向油罐1。当汽车左转弯时，转向盘带动转向轴转动并带动扭力杆6反时针转动（图15.3c）。扭力杆端头与阀芯7连接，因而带动阀芯转动一个角度，这时阀套8的进油口一侧的预开隙被关闭，另一侧的预开隙开度打开，压力油压向转向器左缸，活塞向缩进转向器方向移动，也即将齿条推进转向器，这时起到了助力作用，汽车向左转弯。活塞右缸的油液被压出，通过阀套孔、阀芯及阀芯与扭力杆间的间隙流回转向油罐1。
16、当转向盘停在某一位置不再继续转动时，阀套随小齿轮在液力和扭杆弹力的作用下，沿转向盘转动方向旋转一个角度，使之与阀芯的相对角位移量减小，左、右油缸油压差减小、，但仍有一定的助力作用。此时的助力转矩与车轮的回正力矩相平衡，使车轮维持在某一转向位置上。在转向过程中，如果转向盘转动的速度快，阀套与阀芯的相对角位移量也大，左、右动力腔的油压差也相应加大，前轮偏转的速度也加快，如转向盘转动的慢，前轮偏转的也慢，若转向盘转在某一位置上不变，对应着前轮也转在某一位置上不变。此即称“渐进随动作用”。如果驾驶员放松转向盘，阀芯回到中间位置，失去了助力作用，此时转向轮在回正力矩的作用下自动回位。当汽车直线行驶偶遇外界阻力使转向轮发生偏转时，阻力距通过转向传动机构、齿轮齿条转向器、阀套下部销轴作用在阀套上，使之与阀芯之
