汽车转向系统介绍

汽车转向系统介绍汽车转向系统

概述功用要求类型四轮转向系统汽车转向技术的发展趋势转向系概述

在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图。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。转向系功用

汽车转向系的功用是改变和保持汽车的行驶方向。当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶位置。这种由驾驶员操纵转向轮偏转和回位的－套机构，称为汽车转向系。合适的转向力与位置感具有回正功能节省能源工作可靠适当的路面反馈量良好的操纵性文本文本文本文本文本具体要求

转向系统要求安静、噪声小文本文本转向系类型

汽车转向系按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类。根据转向盘和转向轮间有无机械连接，将转向系分为带机械连接的常规转向系和不带机械连接的线性转向系。助力转向系统简介助力转向系统是指在驾驶员的控制下，借助于汽车发动机通过液压泵产生的液体压力或电动机驱动力来实现车轮转向。助力转向是一种以驾驶员操纵转向盘（转矩和转角）为输入信号，以转向车轮的角位移为输出信号的伺服机构。助力转向系统使转向操作灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，现代汽车上普遍采用助力转向系统助力转向系统于1955年在Buick上首次采用，解决了转向轻便性问题助力转向系统分类

机械式液压助力电子液压助力电动助力转向系统（Electricpowersteering简称EPS）进化的机械式液压助力--增加电子控制单元+电磁阀线性控制转向

机械式液压助力原理优点缺点原理

机械式液压助力转向的主要原理是基于机械式的齿轮齿条转向机构基础上，增加了一整套液力系统，包括储液罐、液压助力泵、与转向柱相连的机械阀、转向机构上的液压缸和能够推动转向拉杆的活塞等等，液压泵由发动机通过皮带驱动，也就是说只有发动机运转，转向泵才能够运转。

代表车型：常用于微型车如QQ、比亚迪F0等。技术成熟熟稳定、、可靠性性高。成本较低低。优点由于液压压泵靠发发动机皮皮带驱动动，所以以会消耗耗发动机机的一部部分动力力，影响燃油油经济性性和车辆辆的动力力性，尤其对对于动力力本身就就相对孱孱弱的小小排量车车型的影影响比较较明显。。单纯的机机械式液液压助力力系统助助力力度度不可调调节，很难兼顾顾低速和和高速行行驶时对对指向精精度的不不同需求求。缺点电子液压压助力原理优点缺点原理电子液压压助力原原理与机机械式液液压助力力完全相相同，而而与机械械式液压压助力最最大的区区别就是是不再使用用由发动动机通过过皮带驱驱动的液液压泵，，而是换换成了电电力驱动动的电子子泵。代表车型型：马自自达2、、马自达达3、凯凯旋、世世嘉、307、、C5、、蒙迪欧欧致胜、、福克斯斯动力转向向可以利利用较小小的转向向盘操纵纵力使车车辆转弯弯。但在在低速时时为了省省力而规规定一定定工作压压力，如如转向比比不变，，则在高高速时，，由于转转向操纵纵力减小小，使驾驾驶员失失去对车车辆的控控制，易易产生危危险。电电子控制制动力转转向系旨旨在使车车辆低速速尤其是是停放车车辆时转转向轻便便，而当车速速较高时时，电子子控制使使系统的的液压助助力作用用减弱，转向操操纵力增增加，使使驾驶员员在高速速行驶时时对转向向盘有更更好的控控制。在在电子控控制动力力转向系系中，按按照车速速通过控控制电磁磁阀改变变动力转转向系统统中的油油压控制制回路，，低速时时转向力力小，提提高操纵纵力；在在中高速速时使之之成为与与手操纵纵相适应应的转向向力，提提高操纵纵稳定性性。电子控制制动力转转向系可可分为流量控制制、反力力控制与与电子控控制电动动式转向向系统三三种方式式。电子液压压助力的的优势首首先体现现在能耗耗上，首首先由电电能驱动动的电子子泵使用用发电机机和电池池输出的的电能，，不再消耗耗发动机机本身的的动力。。其次，能能够通过过对车速速传感器器、横向向加速度度传感器器、转向向角度传传感器等等传感器器的信息息的处理理，通过过实时改改变电子子泵的流流量来改改变转向向助力的的力度大大小，实现随速速可变助助力功能能。优点电子液液压助力力成本更高高。相对机机械式的的液压助助力系统统，加入入了电控控系统换换上电子子泵后、、电子液液压助力力的制造造成本更更高，技技术也更更加复杂杂，保养养维修的的难度和和成本也也随之提提高。可靠性不及机械械液压助助力。电电子液压压助力除除了会出出现转向向机构和和液压机机构的故故障外，，还增加加了电气气系统出出现故障障的可能能性，因因而可靠靠性不及及传统液液压助力力系统。。助力力度度有限。虽然使使用电子子泵有明明显优势势，但是是，电子子泵需要要由发电电机的电电能驱动动，而车车载发电电机的本本身功率率和蓄电电池能够够提供的的最大电电流都有有限，所所以电子子泵的功功率也受受到限制制，能承承载的负负荷也有有限。所所以目前前使用电电子液压压助力的的车型大大多为中中小型车车辆。缺点助力转向向系统分分类机械式液液压助力力电子液压压助力电动助力力转向系系统（Electricpowersteering简简称EPS）进化的机机械式液液压助力力--增增加电子子控制单单元+电电磁阀线性控制制转向电动助力力转向系系统（Electricpowersteering简简称EPS）原理优点缺点原理与液压助助力系统统一样，，仍然是是基于齿齿轮齿条条式转向向机构而而来，只只不过助助力机构构由复杂杂的液压压机构变变成了依依靠电动动机产生生助力的的系统。。电动助力力转向系系统的结结构非常常简单，，没有了了液压泵泵、储液液罐、液液压管路路和转向向柱阀体体结构，，而是由传感器器、控制制单元和和助力电电机构成成。电动助力力转向系系统利用用电动机机作为动动力源，，根据车车速和转转向参数数等，由由电子控控制单元元完成助助力控制制。电动动助力转转向系统统的最大大特点就就是能实实现“精精确转向向”根据电动机布布置位置置不同，可分为为转向柱柱助力式式、齿轮轮助力式式和齿条条助力式式三种类类型。代表车型型：6代代高尔夫夫、睿翼翼、帕萨萨特、迈迈腾、CC、途途观当转向盘盘转动时时，与转转向轴相相连的转转矩传感感器不断断地测出出作用于于转向轴轴上的力力矩，并并将力矩矩转换为为电信号号，车速速传感器器产生车车速信号号，ECU根根据这两两个信号号，经过运运算处理理后，向向离合器器和电动动机发车车发出控控制指令令，即输输出一个个适合的的电流，，在离合合器结合合的同时时，是电电动机产产生一个个转矩，，转矩经经过减速速机构减减速增距距后，施施加在输输出轴上上，输出出轴的下下端与齿齿轮齿条条转向器器总成中中的小齿齿轮相连连，于是是由电动动机发出出的转矩矩最后通通过齿轮轮齿条转转向器施施加到汽汽车的转转向机构构上，使使之得到到一个与与工况相相适应的的转向助助力。相比液压压助力转转向系统统，电动动助力转转向有诸多优势势：其结构构简单紧紧凑，制制造成本本低，工工艺相对对简单，，后期的的维护和和保养也也更加简简单。系统损损耗低（（不会像像液压助助力一样样有助力力液损耗耗），运运行噪音音低，不不会有液液压泵或或电子泵泵运转的的噪音，，提升舒舒适性。。助力力力度能够够随速可可变，满满足车辆辆高速和和低速行行驶时对对助力大大小的不不同需求求，响应应速度较较液压助助力系统统更快更更直接。。同时，，电动助助力转向向有着良良好的经经济性，，纯电能能驱动，，较机械械液压助助力能耗耗低。优点首先是是可靠性的问题，，虽然现现在电动动助力转转向技术术已经非非常成熟熟，但是是电子系系统还是是要比纯纯机械结结构“娇娇气”一一些。其次，，就像电电子液压压助力系系统一样样，电动动助力转转向遇到到的仍然然是功率的瓶颈问问题，对对于目前前的大多多数车辆辆来说，，使用的都都是12V的电电源系统统，能够够带动的的助力电电机功率率有限，对于转转向负荷荷较大的的大型车车辆来说说，电动动助力就就力不从从心了。。弯道循迹迹性、路路感较差差，不适用于于对转向向系统的的负载能能力要求求较高并并且需要要精准操操控性的的车型。。缺点助力转向向系统分分类机械式液液压助力力电子液压压助力电动助力力转向系系统（Electricpowersteering简简称EPS）进化的机机械式液液压助力力--增增加电子子控制单单元+电电磁阀线性控制制转向进化的机机械式液液压助力力--增增加电子子控制单单元+电电磁阀原理优点缺点原理与传统的机机械式液压压助力系统统相比，这这类系统多多出了一套套能够读取取速度传感感器信息的的电子控制制单元，并并与转向柱柱连接的机机械阀上增增加了电磁磁阀机构。。通过电流控控制电磁阀阀开度，可以改变变助力油液液的流量，，使得油液液推动助力力活塞的力力量被改变变，就实现现了助力力力度的调节节。控制单单元根据车车速传感器器的信号对对电磁阀开开度进行控控制，通过过改变助力力液流量实实现对转向向机构液压压缸内的油油液压力的的调节，进进而改变助助力力度，，相比使用用电子泵的的电子液压压助力系统统有着更高高的可靠性性，并且依依旧保持机机械液压助助力系统的的较高负载载能力和可可靠性较高高等优势，，尤其适合那那些对转向向系统的负负载能力要要求较高并并且需要精精准操控性性的车型。。目前比较典典型的系统统有通用的的“MAGNASTEER磁磁力辅助转转向系统””和宝马的的“Servotronic伺服式可可变助力转转向系统””。代表车型：：新君威、、新君越、、凯迪拉克克、宝马、、奔驰、保保时捷、法法拉利、阿阿斯顿·马马丁、布加加迪威龙可靠性高高。高负载能能力。路感清晰晰。助力随速速可变，低低速时轻盈盈灵敏，高高速稳健厚厚重，大大大提高行车车安全性。。优点结构复杂、、造价高、、维护费用用较高。缺点助力转向系系统分类机械式液压压助力电子液压助助力电动助力转转向系统（（Electricpowersteering简简称EPS）进化的机械械式液压助助力--增增加电子控控制单元+电磁阀线性控制转转向线控转向技技术线控转向系系统(SteeringbyWire-SBW)是是更新一代代的汽车电电子转向系系统。线控控转向系统统是指通过通讯网网络连接各各部件的控控制系统，它替代了传统统的机械或或液压连接接，线控转向向系统与上上述各类转转向系统的的根本区别就就是取消了了转向盘和和转向轮之之间的机械械连接。图4所示为为ZF公司司开发的线线控转向系系统。该系系统具有2个电机：：路感电机机和驱动电电机。路感感电机安装装在转向柱柱上，控制制器根据汽汽车转向工工况控制路路感电机产产生合适的的转矩，向向驾驶员提提供模拟路路面信息。。驱动电机机安装在齿齿条上，汽汽车的转向向阻力完全全由驱动电电机来克服服，转向盘盘只是作为为转向系统统的一个转转角信号输输入装置。。线控转向系系统能够提提高汽车被被动安全性性，有利于于汽车设计计制造，并并能大大提提高汽车的的乘坐舒适适性。可以实现现前轮的主主动转向控控制，使车车辆受到干干扰，处于于危险或极极限工况时时代替驾驶驶员实现主主动安全性性。但是由由于转向盘盘和转向柱柱之间无机机械连接，，生成让驾驾驶员能够够感知汽车车实际行驶驶状态和路路面状况的的“路感””比较困难难；且电子子器件的可可靠性难以以保证。所以线控转转向系统目目前大多处于研研究阶段，只配备在在一些概念念汽车上（（最早由德德国奔驰公公司1990年开始始前轮线控控转向的研研究，斯凯凯孚SKF的汽车分分部推出一一款名为Novanta的新新型线控汽汽车，已经经批量生产产），国内研究很很少，国际际普遍也处处于初级阶阶段。近年来一直直是大型工工程车辆转转向关键技技术研究的的热点之一一，近年在在商用车领领域也得到到不断发展展。汽车转向系系统概述功用要求类型四轮转向系系统汽车转向技技术的发展展趋势四轮转向系系统概述四轮转向（（4WS-fourwheelsteering））系统是基基于一个安安装在后悬悬架上的后后轮转向机机构，它能能够使驾驶驶员操纵方方向盘时转转动汽车前前后四个车车轮，不仅仅提高了高高速时的稳稳定性和可可控制，而而且提高了了低速时的的机动性。。即在高速速行驶时，，将后轮与与前轮同相相位转向，，以减小车车辆转向时时的旋转运运动（横摆摆），改善善高速行驶驶的稳定性性；而在低低速行驶时时，把后轮轮与前轮逆逆相位转向向，以改善善车辆中低低速行驶的的操纵性，，提高快速速转向性。。目前前，，四四轮轮转转向向系系统统有有三三种种类类型型：：机机械械式式、、液液压压式式和和电电子子控控制制液液压压式式。。电子子控控制制液液压压式式机械械式式液压压式式横向向加加速速度度··车车速速感感应应型型前轮轮转转角角··车车速速感感应应型型前轮轮转转角角感感应应型型前轮轮转转角角比比例例··车车速速感感应应型型机械械式式四四轮轮转转向向系系统统在机机械械式式四四轮轮转转向向系系统统中中，，采采用用了了两两个个转转向向器器，，分分别别用用于于前前、、后后轮轮偏偏转转。。两两个个转转向向器器之之间间用用－－根根双双曲曲轴轴连连接接，，采采用用的的转转向向传传动动机机构构为为常常规规型型，，如如图图所所示示。。液压压式式四四轮轮转转向向系系统统液压压式式四四轮轮转转向向系系统统如如图图所所示示。。其其后后轮轮的的偏偏转转方方向向始始终终与与前前轮轮偏偏转转方方向向相相同同，，且且后后轮轮的的偏偏转转角角不不大大于于1.5°°。。系系统统没没有有采采用用电电子子传传感感器器、、计计算算机机控控制制和和先先进进的的传传动动机机构构。。当当车车速速超超过过50km／／h时时，，系系统统才才起起作作用用。。倒倒车车时时系系统统不不起起作作用用，，在在后后车车架架上上装装有有双双作作用用液液压压缸缸来来偏偏转转车车轮轮。。该该液液压压缸缸的的压压力力油油来来自自后后转转向向液液压压泵泵。。后后转转向向液液压压泵泵由由差差速速器器驱驱动动。。只只有有在在前前轮轮转转向向时时，，后后轮轮液液压压泵泵才才工工作作。。转动动转转向向盘盘时时，，前前轮轮转转向向液液压压泵泵提提供供的的压压力力油油经经前前动动力力转转向向装装置置的的转转阀阀分分配配，，进进入入前前轮轮转转向向动动力力缸缸内内，，前前轮轮便便朝朝相相应应方方向向偏偏转转。。油油液液的的压压力力随随同同转转向向盘盘转转动动状状况况而而改改变变。。转转向向盘盘转转速速越越高高、、转转角角越越大大，，油油液液压压力力就就越越高高。。后后控控制制阀阀的的供供油油压压力力与与上上述述油油液液压压力力相相同同。。当当后后控控制制阀阀内内滑滑阀阀在在前前轮轮转转向向动动力力缸缸压压力力油油的的作作用用下下移移动动时时，，来来自自后后转转向向液液压压泵泵的的油油液液经经滑滑阀阀进进入入后后转转向向动动力力缸缸，，从从而而推推动动后后轮轮偏偏转转。。电子子控控制制液液压压式式机械械式式液压压式式横向向加加速速度度··车车速速感感应应型型前轮轮转转角角··车车速速感感应应型型前轮轮转转角角感感应应型型前轮轮转转角角比比例例··车车速速感感应应型型横向向加加速速度度··车车速速感感应应型型如图图所所示示，，其其结结构构是是在在前前轮轮的的动动力力转转向向器器上上，，再再安安装装一一个个后后轮轮专专用用的的控控制制阀阀，，产产生生一一个个大大致致与与横横向向加加速速度度成成比比例例的的，，与与前前轮轮转转向向器器阻阻力力相相平平衡衡的的油油压压，，把把该该压压力力的的油油液液送送到到后后轮轮执执行行机机构构。。在在执执行行机机构构中中，，装装入入高高刚刚性性弹弹簧簧，，当当与与送送来来的的油油压压达达到到平平衡衡状状态态时时，，输输出出杆杆便便产产生生位位移移，，从从而而带带动动后后轮轮开开始始转转向向。。前轮轮转转角角··车车速速感感应应型型如图图所所示示，，其其结结构构是是在在前前轮轮的的动动力力转转向向器器上上，，再再安安装装一一个个后后轮轮专专用用的的控控制制阀阀，，产产生生一一个个大大致致与与横横向向加加速速度度成成比比例例的的，，与与前前轮轮转转向向器器阻阻力力相相平平衡衡的的油油压压，，把把该该压压力力的的油油液液送送到到后后轮轮执执行行机机构构。。在执行机构中中，装入高刚刚性弹簧，当当与送来的油油压达到平衡衡状态时，输输出杆便产生生位移，从而而带动后轮开开始转向。前轮转角感应应型为了把前轮转转角传给后轮轮，在前轮齿齿轮齿条式转转向器的齿条条轴上，安装装了后轮转向向齿轮，其角角位移，通过过中间传动轴轴，传给后轮轮转向器。后后轮具有小转转角同相转向向，大转角逆逆相转向的功功能。在微小小转向的高速速行驶时，形形成了