大众汽车转向系统教学教材

4.大众汽车转向系统学习目标知识目标： （1）熟悉转向助力技术的发展历程； （2）熟悉几种可变转向比技术的特点； （3）掌握转向系统的组成； （4）掌握液压式助力转向系统的组成与工作原理； （5）掌握电控动力助力转向系统的组成与工作原理； （6）熟悉不同车车轮定位参数对行驶操控性的影响。能力目标： （1）认识不同类型转向助力系统； （2）熟悉转向系统常见故障现象； （3）熟悉转向助力系统常见故障现象； （4）能够独立检查车轮定位参数是否正确。4.1转向系统概述 汽车在行驶中，经常要改变行驶方向。汽车上用来改变行驶方向的机构称为转向系统。汽车行驶方向的改变是由驾驶人通过操纵转向系统来改变转向轮（一般是前轮）的偏转角度来实现的。转向系统不仅可以改变汽车的行驶方向，使其按驾驶人规定的方向行驶，而且还可以克服由于路面侧向干扰力使车轮产生的转向作用，恢复汽车的行驶方向。尽管汽车转向系统的结构形式多种多样，但都由转向操纵机构（转向盘到转向器之间的零部件）、转向器（也称转向机）和转向传动机构三大部分组成。转向操纵机构的功能是产生转动转向器所必须的操纵力；转向器的功能是将转向盘的回转运动转换为传动机构的往复运动；转向传动机构的功能是将转向器输出的力和运动通过转向臂传递给转向轮。 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。机械转向系统是以驾驶人的体力作为转向能源，所有传递力的构件都是机械的，可靠性高，但输出的转向力矩相对较小。助力转向系统是在机械转向系统基础上加设一套转向助力装置而成，兼用驾驶人体力和发动机动力作为转向能源，也就是大部分转向能源由助力装置提供。助力装置主要有液压助力系统、电子液压助力系统和电动转向系统。 1.转向助力技术的发展 现代车辆转向系统发展可以划分为5个阶段，即液压助力转向、电子液压伺服转向、电动助力转向（EPS）、主动转向和线控转向（SBW）。这5种转向系统的集成度和功能范围依次递增，其中电子伺服转向相对于传统液压助力转向最大的优点是，通过引入传感器技术，使转向助力大小可以根据车速而变化；而EPS系统在此基础上还具有主动阻尼功能和主动回正功能。 机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人Frederick

W.

Lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951年克莱斯勒汽车把成熟的液压转向助力系统应用在了Imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力的转向盘与转向轮之间全部是机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富；液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用；技术成熟，可靠性高，平均制造成本低。

由于依靠发动机动力来驱动油泵，能耗比较高，所以车辆的行驶动力无形中就被消耗了一部分；液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，后期的保养维护需要成本；整套油路经常保持高压状态，使用寿命也会受到影响，这些都是机械液压助力转向系统的缺点所在。 机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。

这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向控制单元等。 电子液压助力拥有机械液压助力的大部分优点，同时还降低了能耗，反应也更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节，更加人性化。不过引入了很多电子单元，其制造、维修成本也会相应增加，使用稳定性也不如机械液压式的牢靠，随着技术的不断成熟，这些缺点正在被逐渐克服，电子液压助力已经成为很多家用车型的选择。 EPS就是英文Electric

Power

Steering的缩写，即电动助力转向系统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮。驾驶人在操纵转向盘进行转向时，轴距传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。 主动转向系统，就是依据驾驶条件，自动调节车辆转向传动比，从而增加或减小前轮的转向角度。在低速时，电动机的作用与驾驶者转动转向盘的方向一致，转向传动比增大，可以减少驾驶者对转向力的需求。在高速时，电动机的运转方向与驾驶者转动转向盘方向相反，这减少了前轮的转向角度，转向传动比减小，转向稳定性提高。 主动转向系统在转向比固定的传统转向系统上增加了一套行星齿轮组，其中的行星齿轮有两个输入轴和一个输出轴，一个输入轴连接到转向盘，另一入输入轴则由电动机通过一个自锁式蜗轮蜗杆驱动机构控制，输出轴则与转向柱相连。最终从输出轴传出的整体转向角度是由驾驶者输入的转向盘角度叠加上电动马达附加的角度而成。此外，主动式转向系统的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元和多个传感器。另外，主动式转向系统始终通过车载网络与DSC(动态稳定控制)控制单元联网。 线控转向系统（Steering–By-WireSystem，简称SBW）是继EPS后发展起来的新一代转向系统，具有比EPS操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，在给驾驶人带来方便的同时也提高了汽车的安全性。来自转向盘传感器和各种车辆当前状态的信息送给电子控制子系统后，利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车辆转向子系统发出指令，使车辆转向。同时车轮转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经电子控制子系统，传给转向盘子系统中模拟路感的部件。 2.可变传动比技术 在传统转向系统中，转向盘到前轮的转向传动比是严格固定的。转向系传动比设计的缺陷主要表现为：低速或停车工况下驾驶人需要大角度地转动转向盘，而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求，否则车辆的稳定性和安全性会随之下降。因此，同时满足转向系统在低速时的灵活性要求与高速时的稳定性要求是当今车辆转向系统设计的核心问题之一。 转向比指打方向时，转向盘的旋转角度与前轮旋转角度的比值，一般的汽车转向比是16：1～18：1

。 可变转向比即根据汽车速度和转向角度来调整转向器传动比，当汽车开始处于停车状态，汽车速度较低或者转向角度较大时，提供小的转向器传动比；而当汽车高速行驶或者转向角度较小时，提供大的转向器传动比，从而提高汽车转向的稳定性。 可变转向系统目前主要有两种方式实现这种功能，一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单，成本也相对较低，没有过高的技术含量，而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结构和电子系统实现的。 （1)机械式可变转向比系统：它主要是在“齿轮齿条机构”的“齿条”上做文章，通过特殊工艺加工齿距间隙不相等的齿条，这样转向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合，转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密，齿条在这一范围内的位移较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时），车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏，在这个范围内，转动转向盘，齿条的相对位移会变大，所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等），车轮会变得更加灵活,如图4-1所示。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外，并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限，并且不能灵活变化，而优势也很明显--完全的机械结构，可靠性较高，耐用性好，结构也非常简单。图4-1可变齿比的齿轮齿条转向机构实物图 （2）电子式可变转向比系统：科技含量高，相比机械式可变转向比系统，电子式可变转向比系统使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用，如图4-2所示。能够更好的实现“低速时轻盈灵敏，高速稳健厚重”的需求，其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变助力转向系统和单纯的“机械式”可变齿比转向无法比拟的。图4-2主动转向系统的转向机4.2机械转向系统4.2.1机械转向系统的基本组成 现代汽车转向系的结构形式多样，但都包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构和转向电子控制系统基本组成部分。 1.转向操作机构 转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。作用是将驾驶人转动转向盘的操纵力传给转向器。为了方便不同体形驾驶人的操纵及保护驾驶人的安全，现代汽车转向操纵机构还带有各种调整机构及保护装置。从转向操纵的灵敏性而言，最好是转向盘和转向节的运动能同步开始并同步终止，然而，这实际上是不可能的。因为在整个转向系中，各传动件之间必然存在着装配间隙，而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段，驾驶人对转向盘所施加的转动力矩很小，只是用来克服转向系内部的摩擦，使各传动件运动到其间的间隙完全消除，可以认为这一阶段是转向盘空转阶段。此后，才需要对转向盘施加更大的转向力矩来克服经车轮传到转向节上的转向阻力矩，从而实现使各转向轮偏转的目的。 1）转向盘转向盘由轮圈、轮辐和轮毂组成。轮辐和轮圈都有由钢、铝或镁合金制的骨架，外表面通过注塑方法包裹一定形状的塑料外层或合成橡胶，以改善操纵转向盘的手感并提高驾驶时的安全性。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，端部通过螺母轴向压紧固定，如图4-3所示。图4-3转向盘实物 转向盘上都装有喇叭按钮，很多轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。 通常，转向盘用自锁紧螺栓或螺母固定在转向柱上。当转向器输入轴上的挡齿处于正上方时，前轮应处于直行位置，转向盘的辐条处于正常位置。如果辐条未处于正常位置，可以通过改变前束进行调整，只有将转向盘上标线与转向柱上标线对正时才能调整前束。通常，在转向盘毂和转向轴上分别设有防止装配错位的定位齿和相应的齿槽，将转向盘毂上的凸齿与转向轴上的齿槽对正，就能确保处于原始位置。 转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶人过度紧张是有利的，但此自由行程也不宜过大，以免过分影响转向灵敏性。转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向两侧转角的自由行程最好不超过10°～15°。 2）转向柱 转向管柱总成是由把转向盘旋转传送到转向器的转向主轴机构和把转向主轴固定到车身上的柱管组成的。转向管柱总成包括下列零部件：上管柱、中间轴、万向节和轴承等，有些车还有安全气囊，如图4-4所示。转向主轴是通过万向节和转向器相连，也有的转向主轴是直接与转向器输入轴连接。图4-4转向盘和转向管柱总成结构图 如图4-5所示，即使在转向盘与转向器同轴线的情况下，也采用万向传动装置，以补偿由于部件在车上的安装误差和安装基体(如驾驶室、车体)的变形所造成的二者轴线实际上的不重合。采用柔性万向节间接连接，还可以有效阻止路面对轮胎的冲击经过转向器传到转向盘，从而可以显著减轻转向盘上的冲击和振动。现代汽车的转向轴除装有柔性万向节，有的还装有能改变转向盘工作角度(即转轴的传动方向)和转向盘的高度(即转向轴轴向长度)的机构，以方便不同体型驾驶人的操纵。图4-5转向柱上的万向传动装置 （1）可溃缩式安全设计 可溃缩式转向柱从结构上能使转向轴和转向管柱在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效地缓和转向盘对驾驶人的冲击，减轻其所受伤害的程度，如图4-6所示。汽车撞车时，首先车身被撞坏（第一次冲击)，转向操纵装置被向后推，从而挤压驾驶人，使其受到伤害；接着，随着汽车速度的降低，驾驶人在惯性力的作用下向前冲，再次与转向操纵机构接触(第二次冲击)而受到伤害。可溃缩式操纵机构对这两次冲击都具有吸收能量、减轻驾驶人受伤程度的作用。通过塑料定位器内的塑料封壳、系列嵌插件或钢球将转向轴锁定在柱管中，还可以用可折叠装置将转向轴锁定在柱管中。当汽车发生碰撞事故后，应该检查转向柱是否发生折叠。即使将折叠过的转向柱拉伸后汽车还能转向，必须更换折叠部分。图4-6速腾可溃缩式转向柱 （2）机械式转向柱长度与倾斜调整机构 如图4-7所示，转向柱是通过两组金属薄片来固定的，每组各有8片钢片。其中四个钢片均可进行轴向调节，钢片上用于调节的间隙是呈轴向布置的。每侧的另外另四个钢片是呈垂直方向布置的，用于完成转向柱的垂直调节。由两个辊子沿盘形凸轮的斜面向上运动来完成夹紧过程。杠杆用一个偏心弹簧固定住，如图4-8所示。 图4-7可调整型转向柱总成 图4-8转向柱调整操作机构 （3）电动式转向柱长度与倾斜调整机构 电动长度和倾斜可调式转向柱是用电动方式调节倾斜机构和轴向机构的转向柱，其各机构都使用电机，电机用开关操纵。用于操纵这些电机的开关安装在转向管柱盖板上。倾斜和轴向调整机构的运动由电机推动螺杆移动来完成。 转向柱的轴向调整：带有减速器的电机和螺杆与箱式摇臂是固定在一起的，带有转向柱管的导板盒与调整座是固定在一起的。螺杆拧在调整座的内螺纹内。螺杆的旋转运动转换成带有导板盒和转向柱管的轴向运动，如图4-9所示。电机内有一个霍尔传感器，该传感器会测定出电机转动的圈数，控制单元由此就可计算出转向柱当前的位置。图4-电动转向柱的轴向调整机构 转向柱的倾斜调整：带有导板盒和转向柱管的箱式摇臂是支承在支架内且可转动的。带有柔性轴、螺杆和减速器的电机与箱式摇臂是固定在一起的。支架内装有一个螺纹套，螺杆就柠在该套内。螺杆的转动会使得螺纹套在垂直方向运动。带有导板盒和转向柱管的箱式摇臂就会绕共同的旋转中心转动。螺杆的另一端与一个圆柱齿轮固定在一起，这个转动通过一条齿型皮带传到转向柱另一面的一根螺杆上，在这面使用相同的部件来进行调整，如图4-10所示。 这种两面支承可以大大提高转向柱的连接刚度。电机内有一个霍尔传感器，该传感器会测定出电机转动的圈数，控制单元由此就可计算出转向柱当前的位置。图4-10电动转向柱的倾斜调整机构 （4）转向锁定机构 转向锁定机构属于防盗系统的组成部分，当拔出点火钥匙后，会将转向主轴锁定到转向管柱上，禁止转向盘转动。带有圆锥型外花键的锁止轮通过一个滑动摩擦联轴节与转向柱管相连；带有圆锥型内花键的锁止滑块支承在导板盒内，可以纵向移动。电机通过蜗杆来驱动圆柱齿轮。换向杠杆支承在转向柱锁总成内，可纵向移动，并通过拉杆与锁止滑块相连，如图4-11所示。 电机开始工作时就会带动圆柱齿轮转动，圆柱齿轮的侧面呈斜面状。换向杠杆就在这个斜面上运动，且可根据圆柱齿轮和斜面的的位置来纵向移动。换向杠杆的运动会直接传给锁止滑块。当锁止滑块和锁止轮啮合在一起时，转向柱就被机械锁定了。图4-11电动转向柱锁工作原理图 2.转向器 转向器总成实物，如图4-12所示。转向器是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后改变传动方向。图4-12转向器实物 转向器的功能是将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂的摆动，降低传动速度，增大转向力矩并改变传动方向，转向器输出端的运动形式有两种，一种是线位移，齿轮齿条式转向器；另一种是角位移，循环球式转向器。 转向器除要保证汽车转向轻便灵活外，还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击，即所谓的“回弹打手”现象。为了实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当的逆传动效率。通常将转向操纵力由转向盘传到转向齿条轴或摇臂的过程称为正向传动，相应的传动效率称为正传动效率；将由路面的冲击力反向通过转向齿条轴或摇臂和转向器传到转向盘的过程称为逆向传动，相应的传动效率称为逆传动效率。 汽车转向器都要求正传动效率高，这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵轻便灵活。但对转向器的逆传动效率，则要进行具体分析。逆传动效率高，驾驶人的“路感”强，车轮转向后能充分利用稳定力矩使转向轮自动回正，可以减轻驾驶人的劳动强度，又能提高行驶安全性能。但过高的逆传动效率会使汽车在坏路上行驶时，车轮受到的路面冲击力很容易传到转向盘，从而使转向盘受到冲击和振动，引起“打手”现象，使汽车操纵困难。反之，转向器逆传动效率太低，驾驶人会失去“路感”，转向器承受的冲击负荷大，零部件也容易损坏。好的转向液有适当的逆传动效率，使驾驶人通过操纵转向盘既能对道路情况有明显的“路感”，但路面平时又不会对转向盘产生过大的冲击。装有液力转向助力器的汽车，由于液体具有良好的阻尼减振和缓和冲击作用，因此多采用可逆式转向器。 常用的转向器类型有：循环球式、齿轮齿条式和蜗杆曲柄指销式。其中齿轮齿条式转向器由于结构简单紧凑，操控轻便灵敏，被大众汽车所采用。齿轮齿条式转向器通常是用于轿车、微型货车和轻型货车上，适合与麦弗逊式独立悬架配合使用，现在几乎所有轿车都采用齿轮齿条式转向器系统。采用齿轮齿条式转向器可以使转向传动机构简化（不需要转向摇臂和转向直拉杆等），齿轮齿条无间隙啮合无需调整，而且逆传动效率很高。齿轮齿条式转向器的结构如图4-13所示。图4-13齿轮齿条式转向器结构实物解剖图齿轮齿条转向器设计有两种类型：端部输出（ETO）和中部输出（CTO）。每种类型的名称表明了转向横拉杆相对于齿条的位置，如图4-14所示。两种设计功能相同，都能够和机械转向或动力转向系统一起使用。图4-14齿轮齿条式转向器的类型齿轮齿条式转向器是把转向盘的旋转运动转变为横向运动。当转向盘转动时，主动齿轮的轮齿就啮合齿条的轮齿，引起齿条的运动。齿条的运动使转向横拉杆移动，带动了车轮的转动。齿轮齿条转向器右转时的工作过程：右转转向盘时，与主动齿轮啮合的齿条向右移动；齿条的右移使转向横拉杆向右伸；转向横拉杆带动车轮向右转动，实现车辆向右转向，如图4-15所示。左转向时工作过程与上类似，只是齿条通过横拉杆带动车轮向左转动。图4-15齿轮齿条式转向器右转时工作过程示意图齿轮齿条式转向器的特点：结构紧凑、简单和轻便，齿轮箱小，并且齿条本身可用作转向传动机构；直接齿轮啮合，转向反应非常灵敏；滑动和转动阻力小，转矩传送好，转向轻；转向齿轮组件完全密封，因此不需要维护。3.转向传动机构转向传动机构是一个杆和臂的组合件。转向传动机构的作用是把转向齿轮输出轴的运动传送到转向节上，转向节使车轮转动，控制车辆的行驶方向。它允许有一些挠性的运动，来适应车轮和悬架的运动。转向传动机构的组成和布置因转向器结构形式、安装位置及悬架类型而异。当转向轮采用独立悬架时，为了满足转向轮独立运动的需要，转向桥是断开式的，转向传动机构中的转向梯形也必须断开。与独立悬架配用的多数是齿轮齿条式转向器，其形式有两端输出式和中间输出式，如图4-16所示。转向器布置在车身上，转向横拉杆通过球头销与齿条及转向节臂相连。图4-16与独立悬架配用的转向传动机构示意图两端输出式齿轮齿条式转向器，转向器齿条本身就是转向传动机构的一部分，转向横拉杆的内端通过球头销与齿条铰接，外端通过螺纹与连接转向节的球头销总成相连，如图4-17所示。需要调整前束时，松开锁紧螺母，转动横拉杆体，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁紧。图4-17两端输出型齿轮齿条式转向器结构图图4-18中间输出型齿轮齿条式转向器结构图中间输出式齿轮齿条式转向器，横拉杆的内端通过内、外托架和螺栓与转向器齿条的一端相连，外端通过球头销与转向节铰接（如图4-18所示）。由于横拉杆体不能绕自身轴线转动，为调整前束，在横拉杆体与球头销之间装有调节螺栓，螺栓两端的螺纹旋向相反，并各旋装一个锁紧螺母。当需要调前束时，先拧松两端的锁紧螺母，然后转动调节螺栓，达到合理的前束值时，再将锁紧螺母锁紧。 4.3液压式动力转向系统4.3.1液压助力转向系统的组成液压助力转向系统主要包括：液力转向油泵、储油罐、流量控制阀、转向器阀体总成、液力转向冷却器、管道和软管、怠速提速装置等，如图4-19所示。图4-19液压助力转向系统组成1.液力转向油泵动力转向系统使用发动机的动力来驱动产生液压力的助力转向油泵，给转向器的动力缸提供液力。助力转向油泵通常是由发动机曲轴带动的皮带驱动的；泵出的油液与发动机的速度成正比例关系，送给转向器动力缸的油液通过流量控制阀来调节，过多的油液返回转向油泵吸油口。液压转向油泵有四种类型：叶片油泵、滑动叶片油泵、齿轮油泵和滚子油泵。现仅以使用较多的叶片泵作详细介绍。叶片油泵有6到10片旋转的叶片，如图4-20所示。油液被强制通过旋转的叶片产生油压。叶片泵有一个外径带槽的转子，叶片装配到转子槽里。固定的内表面为椭圆形的绕着泵环的转子，叶片的外侧边与环的内表面接触。转子转动时，叶片在各自槽中来回滑动，并与泵环内表面保持接触，转子、环和任何两个相邻叶片形成泵腔。当转子旋转时，由于泵环是椭圆形，因此每一泵腔容积不断地变化；叶片运动通过环的“长轴”部分时，容积增大，通过进油口吸进油液。当叶片运动通过环的“短轴”部分时；容积减少，减小后的容积使压力增加，迫使油液流出排油口。图4-20叶片式液力转向油泵叶片泵进油口吸入来自储油罐的低压油液。排油口排出高压油液流向转向器动力缸，为助力转向提供所需的液压力，如图4-21所示。为了避免液压泵运转不平衡（产生噪声和振动），通常采用平衡式设计，即泵转子每旋转一周，泵腔吸入和排放油液两次，因此作用在转子上的液压作用力是大小相等、方向相反，使液压泵平稳地运转。图4-21叶片式液力转向油泵实物图2.流量控制阀转向助力油泵由发动机驱动，其输出流量随发动机转速而变化，流量控制阀可以控制从油泵流向转向器动力缸的流量，保持流量恒定。在大众车型上，流量控制阀已经从转向助力油泵外部移植到油泵内部。流量控制阀的结构及原理如图4-22所示。图4-22流量控制阀的结构及原理示意图在发动机低转速时，转向系统能够容易地控制液压泵提供的液压液体容积，在高转速时，由于液压泵吸入和排放更大容积的液体，流量急剧增加。软管和转向器阀总成中的流动阻力也随之增加，导致整个系统产生高背压。这些状况使工作温度升高，并减少液压泵使用寿命。流量控制阀通过弹簧，使钢球牢牢地定位在流量控制阀内侧上，在减压模式外的所有转向状态下，弹簧弹力始终大于相对的液压压力，因此钢球保持不动。只有在驾驶人转动并保持转向盘在最左或最右极限位置时，才会发生减压，当车轮转到极限位置时，转向器动力缸内油液基本不流动，这种将导致转向油泵排放一侧压力和温度迅速上升。如果此压力不降低，将严重损坏转向系统。减压工作过程简述如下：一旦转向油泵出油口一侧的液体流动停止后，油泵的继续运转，试图泵送更多油液进入系统，使得油泵压力持续增加。这个增大的液压力最终顶开流量控制阀内的钢球。当钢球被顶离阀座时，阀后的高压油液迅速流过钢球，经由流量控制阀体的侧面小孔，返回到低压吸入处。注意：转向盘在极限转动位置时间过长，将可能导致转向油泵过热或损坏。3.储油罐储油罐位于液力转向泵附近，用于储存液力转向油。它可以直接安装到泵体上也可以分开安装。通常贮油罐盖上有液位指示，用于检查液位。如果贮油罐中的油液低于标准液位以下时，泵就会吸入空气，导致操作失灵。机油罐内装有精细滤清器，它可以有效地滤掉液压系统内的污物和磨屑，因此可大大减轻部件的磨损，尤其是泵、转向阀和活塞油封的磨损。储油罐剖视图，如图4-23所示。图4-23储油罐剖视图4.转向器阀体总成 如图4-24所示，转向器阀体总成使用来控制液体进入相应的转向器动力缸腔室。大众汽车采用的是液压齿轮齿条式助力转向系统。转动滑阀是单独一个件，它是通过螺栓安装在铝制转向机壳体上的。图4-24大众汽车转向器阀体总成剖视图 1）转向器 这里的齿轮齿条式转向器与传统的机械式齿轮齿条式转向器结构与工作原理相同。 2）转动滑阀 如图4-25所示，转动滑阀内的扭杆通过一个万向节直接与转向柱轴直接相连，扭杆的上端通过销子与转动滑阀刚性相连，扭杆的下端用销子连在齿条小齿轮和导向衬套上。 驾驶人做出的转向动作会在扭杆上产生作用力，于是扭杆发生扭转，这种扭转与稳定杆在悬架受单侧力时发生的扭转是一样的。转动滑阀与扭杆一同相对于导向衬套转动。这就会使得转动滑阀和导向衬套上的槽和过渡孔的相对位置发生变化。因此某些转向助力油道就打开，某些转向助力油道就关闭，这取决于转动滑阀和导向衬套之间的转角变化。图4-25转动滑阀结构示意图5.液力转向冷却器有些系统中使用金属的管道或者一种小型的辐射散热类型的冷却器。被液力转向油泵压缩的油液在转向器动力缸中吸收热量后，流过冷却器，在冷却器中释放热量。当冷却器用于液力转向系统时，安装在回油侧，转向器动力缸与储油罐之间，如图4-26所示。图4-26液力转向冷却器示意图4.3.2液压式转向助力系统工作原理 1.中间位置如果转向盘上没有作用力，那么动力缸与和油是与机油罐相连的，系统内没有建立起压力，如图4-27所示。图4-27转向盘位于中间位置时的液压助力系统2.车轮左转 如果驾驶人向左转动转向盘，那么扭杆和转动滑阀就会跟着扭转。发生扭转的原因是轮胎和路面会对车轮转动形成阻力。由于这个扭转，从压力管到右工作缸的一个转向助力油道就打开了，如图4-28所示。左工作缸与通往转向助力油罐的回油管相连。活塞上作用有车轮左转的力。转动滑阀的扭转运动一直在进行着，直至活塞力和驾驶人的转向力之和增大到足以转动车轮为止。伴随着齿条小齿轮的运动，扭杆的下端也会与导向衬套一起转动。这个运动一直在进行着，直至扭杆的扭转以及转动滑阀与导向衬套之间的相对扭转均停止为止（中间位置）。接转向助力油罐的回油管再次与工作缸和压力管相连，系统又回到几乎无压力的状态。每次转向盘上又有作用力时，扭杆就会扭转，上面所述过程又重新开始进行。图4-28转向盘左转时液压助力系统工作原理图 3.外力影响直线行驶的抑制 路面不平时，对车轮的作用力会通过转向横拉杆传递到转向器上，进而推动转向盘转动，在改变汽车原来的行驶方向的同时，还影响驾驶的舒适性。助力转向装置能产生一个反向作用力，来抵消来自地面的作用力。原因是齿条的力作用到了小齿轮和扭杆上，进而扭杆会发生扭转。转动滑阀和导向衬套相继发生扭转而偏离零位，于是高压转向助力油就到达工作缸油腔内，从而克服齿条运动产生的力。 如图4-29所示，路面不平产生一个FA力，该力作用在前车轮上，并使前轮绕旋转中心D转动。由此产生作用在齿条上的作用力FZ，该力导致小齿轮和扭杆发生扭转，于是通往工作缸右侧的机油供油口被打开，工作缸左侧与回油口相接。活塞和齿条上的反作用力FR会平衡掉FZ，从而可防止转向盘转动。图4-29液压助力系统对外力引起转向的抑制过程 4.有伺服功能的液压转向助力系统工作原理 从广泛意义上讲，电控液压助力转向系统分为两种。 一种是为了实现车速感应式转向功能，而在机械液压助力转向系统的基础上增加了控制液体流量的电磁阀、车速传感器以及转向控制单元等，转向控制单元根据车速信号控制电磁阀，从而通过控制液体流量实现了助力作用随车速的变化，如图4-30所示。图4-30安装在转动滑阀上的电磁阀 另一种助力转向系统是用由电动机驱动的液压泵代替了机械液压助力转向系统中的机械液压泵，如图4-31所示。而且增加了车速传感器、转向角速度传感器以及转向控制单元等部件。图4-31电机与液压泵安装在一起 大众部分车型可以选装的电控液压转向助力系统是前一种，电子伺服式随速转向系统。电子伺服式助力转向系统控制通过调整转向助力的大小以适应车辆的速度。电磁阀精确地控制由转向器液压机构施加的力度，根据您当前行驶状态精确转向。 在狭窄的街道上行驶或者驻车时，要求轻加很小的力度在转向盘上就可以带来较大的车辆转角；车辆加速时，转向助力逐步降低，以确保增加稳定性,精确度和车辆行为的平顺度。得益于电子伺服式助力转向系统，这一切变得更容易。 伺服式助力系统是根据主动液压反作用原理来工作的。 如图4-32所示，反作用活塞在导向衬套的上面，该活塞与转动滑阀相连，从而也就与扭杆连在一起，该活塞通过滚珠支承在与导向衬套相连的的定心件上。在未操纵转向盘时（也就是扭杆没有发生扭转）,这些滚珠都在一个截球形导轨内，这时机油会注入反作用活塞上部的腔内。根据机油压力的大小不同，反作用活塞作用在滚珠上（也就是导向衬套上）的力也在改变。机油压力越大，这个作用力就越大，驾驶人操纵转向盘所需要的操纵扭矩就越大。 调节这个压力大小的执行元件就是伺服控制电磁阀。该电磁阀是由伺服控制单元来控制的。伺服控制单元的输入信号是来自ESP控制单元的车速信号。该电磁阀的开口横截面越大，阀上的压降就越小，那么反作用活塞上部腔内的压力就越大。这样就可以根据车速来采用不同的特性曲线去控制转向盘上的操纵扭矩和转向系统内的压力。图4-32伺服随速转向功能工作原理4.4电控动力转向系统电控动力转向系统（EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系统。EPS能根据不同的情况产生适合各种车速的动力转向，不受发动机停止运转的影响，在停车时，驾驶人也可获得最大的转向动力；汽车在行驶过程中，电子控制装置可调整电动机的助力以改善路感。EPS根据汽车行驶速度（车速传感器信号）、转矩及转角信号，由ECU控制电动机及减速机构产生助力转矩，使汽车行驶在低、中和高速下都能获得最佳的转向效果，如图4-33所示。当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断测出转向轴上的转矩，并由此产生一个电压信号。该信号与车速信号同时输入EPSECU，EPSECU根据这些输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和转向，即选定电动机的电流和转向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向器构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。图4-33电控动力转向系统（EPS）基本原理示意图电控动力转向系统（EPS）具有以下特点：1）将电动机、减速装置、转向杆、转向器等各部件装配成一个整体，这样既无管道也无控制阀，结构紧凑，重量轻。一般EPS的重量比EHPS轻25％；2）没有EHPS所必需的常运转油泵，EPS电动机只是在需要转向时才接通电源转动，因此减少动力和燃油消耗；3）没有液压系统，不需要给油泵补充油，也不必担心漏油，工作更可靠；4）通过计算机编程，可提供不同程度的动力转向，而它能与汽车上其他电气设备相连接，有助于4轮转向的实现，并能促进悬架系统的发展；5）不受发动机停止运转的影响，在停车时驾驶人可获得最大的转向动力。EPS还设有安全保护装置，由一个在主电源电路中能切断电动机电源的继电器和一个安装在电动机与减速齿轮之间、并能把它们断开的电磁离合器组成。只要系统发生故障，安全保护装置就会开始工作，确保安全。4.4.1电控动力转向系统的组成 电控动力转向助力系统由转向盘、转向柱控制单元、转向盘转角传感器、转向力矩传感器、转向齿轮、转向助力电动机及转向助力控制单元组成，如图4-34所示。图4-34电控动力转向系统（EPS）组成示意图1.转向角度传感器转向角度传感器安装在复位环的后面，与安全气囊的滑环安装在一起，如图4－35所示。它位于组合开关和转向盘之间的转向柱上。转向角度传感器通过CANBUS数据总线，向转向柱电子装置控制单元提供信号，以便测算转向角。图4-35转向角度传感器在转向柱电子装置控制单元中，设有电子系统，用于分析转向角度传感器输送的信号，然后将通过数据总线将该信号传送给。当转向角度传感器失灵时，紧急运行程序立即被启动。缺损的信号被设置成一个替代值。此时，转向系统完全保持转向助力，但设置在组合仪表中的带有转向盘符号的警告灯，会以黄色点亮显示。 2.转向力矩传感器利用转向力矩传感器，可以直接在转向小齿轮上计算转向盘扭矩。该传感器（属于有源传感器）以磁阻的功能原理工作。它被设计成双保险（备用），以保证获得最高的安全性。如图4-36所示，在扭矩传感器上，转向柱和转向器通过一根扭转棒相互连接。在连接转向柱的连接件外径上，装有一只磁性极性轮，在其上面被交替划分出24个不同的极性区。每次分析扭矩时，使用两根磁极。辅助配合件是一只有源的磁阻传感元件，它被固定在连接转向器的连接件上。磁性转子和转向柱连接块为一体，磁阻传感元件和转向小齿轮连接块为一体，当转动转向盘时，转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即磁性转子和磁阻传感元件反向运动，因此转向力（矩）的大小可以被测量出来并传递给控制单元。图4-36转向力矩传感器当转向力矩传感器发生故障时，必须更换转向器总成。当控制单元识别到故障时，将关闭转向助力。关闭的过程不是突然进行的，而是“缓慢地”进行。为了实现“缓慢”关闭，控制单元将根据转向角和电动机的转子角度，计算出转向力矩的替代信号。故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示。 3.转子转速传感器转子转速传感器是电动机械式助力转向器电机的一个组成元件。从外部无法接触到它。转子转速传感器是根据磁阻功能原理工作的，在结构上与转向力矩传感器相同。它探测到电动机械式助力转向器电机的转子转速，并将转速信号反馈给控制单元，以便其精确控制电机的动作。当该传感器失灵时，会将转向角速度用作替代信号。转向助力将安全地缓慢降低。从而避免由于传感器的失灵，而造成突然关闭转向助力。故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示。 4.电动机械式助力转向器电机异步电机没有永久磁场或电磁激励。顾名思义，异步电机在所施加的电压频率和电机旋转频率之间，有一个偏差。这两个频率不相同，因此叫做异步。图4-37电动机械式助力转向器电机异步电机的结构简单（无碳刷），因此运行非常安全。响应性能非常短，所以也适用于最快的转向运动。电机安装在铝合金的壳体内。它通过蜗轮传动与驱动小齿轮作用在齿条上。控制侧的轴端部有一块磁铁，控制单元用它来探测转子的转速，并利用该信号计算出转向速度。异步电机的优点在于，它可以在无电压状态下，通过转向器运转。这说明，即使当电机出现故障，以及因此而引起的转向助力失灵时，也只需要少量用力来运转转向系统。甚至当短路时，电机也不会被锁止。故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示。 5.转向助力控制单元如图4-38所示，转向助力控制单元直接固定在电机上，因此无需铺设连接转向助力器部件的管路。若温度超过100°C，电动助力转向会逐渐降低，当降低到60%，警告灯会亮起，同时有故障记忆图4-38转向助力控制单元J500转向助力控制单元根据如下输入的信号，如：转向角度传感器的转向角信号、发动机转速传感器的转速信号、转向力矩和转子的转速、ABS系统的车速信号、组合仪表中带显示单元的控制单元用于识别点火钥匙的信号，探测到当前的转向助力需要。计算出激励电流的电磁强度，并控制驱动电机。 6.设置在组合仪表中的警告灯警告灯被设置在组合仪表内的显示单元内，如图4-39所示。它用于显示电动机械转向助力器的功能失灵或故障。图4-39警告灯K161警告灯在功能失灵时，可以亮起两种颜色。黄色灯亮起表示是一种轻量警告。当红色灯亮起时，必须立刻将车开到维修站查询故障。在警告灯亮起红色灯的同时，还会发出3声报警音，作为声音警告信号。在接通点火开关时，警告灯亮起红灯属于正常情况，因为电动机械转向助力器系统正在进行自检。只有当转向助力控制单元收到系统工作正常的信号时，警告灯才会自动熄灭。这种自检过程大约为2秒钟。发动机启动时，警告灯会立刻熄灭。4.4.2电控动力转向系统工作原理 如图4-40所示，转向助力控制单元根据不同传感器的信号，控制异步转向助力电机的输出功率，完成包括随速功能、在停车时的转向操纵功能、在城市工况下的转向操纵功能、在高速公路工况下的转向操纵功能、主动回正功能、直线行驶功能在内的各项功能图4-40电控动力转向系统功能图 如何转向助力是通过存储在控制单元中的不变的特性图程序控制的，控制单元中最多可存16种不同的特性图。特性图是在生产厂根据不同的整车装备分别设置的（如整车重量）。GOLF2004中放置了8种特性图。 如果控制单元或转向系统发生了改变时，可以用VAS5051通过功能“adaption”中的01通道进行匹配。 如图4-41所示，在GOLF2004中八种特性图中的一种，根据车的载荷不同又分轻重两部分特性曲线。每种特性图由五种不同速度的特性曲线组成（如0km/h、15km/h、50km/h、100km/h、250km/h）。特性曲线表明：由电机给予的助力转向力矩的总量是由输入的转向力矩和车速来决定的。图4-41随速功能特性图 1.随速功能 如图4-42所示：1）当驾驶人用力旋转转向盘时助力转向系统开始工作。2）作用在转向盘上的力引起了转向小齿轮的旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500。3）转向盘转角传感器G85将正确的转向盘转动的角度传给控制单元J500，同时转子传感器将正确的转动速度传给控制单元J500。4）根据转向力、发动机转速、车速、转向盘转角、转向盘转速以及存储在控制单元中的特性曲线图，控制单元计算出必要的助力力矩并控制电机开始工作。5）由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生转向助力，电机是通过一个蠕动齿轮驱动小齿轮，从而驱动转向齿条产生助力。6）助力转向力矩和施加在转向盘上的力矩的总和是最终驱动转向齿条上的有效力矩。图4-42随速转向工作过程 2.在停车时的转向操纵功能 如图4-43所示：1）当车辆静止时，应保证驾驶人可以迅速的转动转向盘。2）作用在转向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500，指示出一个大的转向力施加在转向盘上。3）转向盘转角传感器G85将大的转向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J500。4）根据大的转向力、大的转向盘转角、车速为0km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=0km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“大”的助力力矩并控制电机开始工作。5）这样在静止状态下，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“大”的转向助力，驱动转向齿条。图4-43车辆静止时转向操纵过程3.在城市工况下的转向操纵功能如图4-44所示：1）当车辆城市工况下时，驾驶人转动转向盘。2）作用在转向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500，指示出一个“中等”的转向力施加在转向盘上。3）转向盘转角传感器G85将大的转向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J500。4）根据大的转向力、大的转向盘转角、车速为50km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=50km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“中等”的助力力矩并控制电机开始工作。5）这样在此种工况下，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“中等”的转向助力，驱动转向齿条。6）施加在转向盘上的力矩和“中等”的助力转向力矩的总和是车辆在城市工况下最终驱动转向齿条上的有效力矩。图4-44城市工况下的转向操纵过程4.在高速公路工况下的转向操纵功能 如图4-45所示：1）在变换车道时，驾驶人对转向盘施加一个轻微的力。2）作用在转向盘上的力引起了在转向小齿轮上的转动杆旋转，转向力矩传感器G269察觉的旋转并将计算出的转向力传给控制单元J500，指示出一个“小”的转向力施加在转向盘上。3）转向盘转角传感器G85将大的转向盘转动角度传给控制单元J500，同时转子传感器将当前的转动速度传给控制单元J500。4）根据大的转向力、大的转向盘转角、车速为100km/h、发动机转速、转动速度以及存储在控制单元中的v=100km/h的特性曲线图，控制单元计算出需要一个“小”的助力力矩并控制电机开始工作。5）这样在高速公路上为实现变换车道，由电机驱动的第二个小齿轮（驱动小齿轮）提供能量产生“小”的转向助力，驱动转向齿条；或者根本就不助力。6）施加在转向盘上的力矩和“最小”的助力转向力矩的总和是在高速公路上变换车道时最终驱动转向齿条上的有效力矩。图4-45高速工况下的转向操纵过程7.主动回正功能如图4-46所示：1）如果驾驶人在转弯的过程中减少了施加在转向盘上的力，旋转杆上的扭转也相应减少。2）转向力的减少的同时，包括转向角度和转向的速度都相应的减少，一个精确的回转速度也相应的计算出来。将其和转向角度和速度进行比较，其结果就是需要的回正力。3）作用在转向盘上的转向回正力是由整个运动装置设计的结果，转向回正力经常很微弱，因为转向系统及悬挂系统的摩擦力就可以使车轮回到中心位置。4）控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出电机需要的必要的回正力。5）电机工作促使车轮回到直线向前行驶的方向，回到中心位置。图4-46主动回正过程8.直线行驶功能直线行驶功能是主动回正功能的一个扩展，当没有力提供时，系统产生一个助力使车轮回到中心位置，如图4-47所示。为实现功能，又分为长时间法则和短时间法则两种不同的情况。长时间法则：当长时间发生背离中心位置的任何一侧时，起到平衡背离的任务，如：当将夏季轮胎换到冬季轮胎（使用）。短时间法则：负责短时间发生背离。这将使驾驶人更容易驾驶。如：受到侧向风时，会产生必要的阻止转向力。1）当车辆受到持续的侧向力时，如：侧向风。2）驾驶人给转向盘一个力使车辆保持直线行驶状态。3）控制单元根据转向力、车速、发动机转速、转向角度、转向速度和存储在控制单元中的特性曲线图评估出要保持直线行驶状态电机需要提供的必要力。4）电机工作，车辆回到直线行驶状态，驾驶人不需要在用力保持转向盘了。图4-47直线行驶功能示意图4.5车轮定位参数对转向操控性能的影响4.5.1弹性运动学 车轮运动时轮距和外倾角的变化受悬挂几何运动特性和伴随弹簧压缩的运动特性变化的影响。作用在车轮悬挂上的力(驱动力、制动力、垂直力和侧向力、滚动阻力)，由于支承点和部件的弹性而影响车轮的动态位置(由于弹性变形产生的运动，即弹性运动学)，通常要运用运动学和弹性运动学的效应，使车轮定位达到特定的变化。为此，车桥的运动学和弹性运动学应在力和弹性的作用下具有相互补偿能力(效应)。采用特殊安装角的铰支点，在弹性变形时可达到万向节的效果，合理的弹性支承设计可以限制弹性运动的补偿程度。一些现代汽车的后悬挂，为减少动载变化的反作用，使用了弹性运动学的控制杆。在车轮上的不同纵向力和垂直力引起弹性悬挂轴承座和各个操纵杆的变化。使转弯时的外倾车轮具有较大的前束角(在后轮产生稳定的转向效应)。4.5.2车轮定位参数对转向操纵性能的影响 行驶速度很高的现代汽车要求转向响应必须迅速准确，为此，车轮必须具有一定的定位角度。正确的车轮定位可以使车轮在各种路面条件下不会发生拖滞和滑动。前轮和后轮都具有正确的定位，可以保证汽车具有较好的行驶安全性，使转向轻便，延长轮胎的使用寿命，降低燃油消耗，降低汽车转向系统和悬挂系统零部件所受的应力。 汽车制造商在设计汽车时必须考虑多个角度和参数。由于悬挂系统具有多种功能，所以设计过程非常复杂。设计中必须考虑几何特性、耐久性、维护性、轮胎磨损、有效空间和生产成本等要求，但为了起码满足各项要求，就必须对各项要求进行一定程度的折中。 对于大多数车轮定位技师来说，并不需要考虑这些要求，只需要将汽车恢复到设计规定的技术状态。设计车轮定位角是要保证汽车的质量适当地作用于运动部件上，并且保证汽车转向灵便。如果车轮定位角度不正确，将会产生很多问题。车轮定位角度符合技术规范非常重要，测量车轮定位必须在规定的一系列条件下进行，因为这些角度会随着汽车行驶路面和驱动力的改变而变化。 车轮定位不正确引发的故障现象： （1）车轮外倾角不正确：轮胎磨损、球头节和车轮轴承磨损、向倾角最大或最小一侧跑偏； （2）主销后倾角过大：转向费力、路面冲击过大、车轮摇摆； （3）主销前倾角过大：摇摆、蛇行、高速稳定性差； （4）主销后倾角不相等：向纵倾角度较大或较小一侧跑偏； （5）主销内倾角度不正确：稳定性差、回正能力差、向内倾角较小一侧跑偏； （6）前束角不正确：轮胎磨损； （7）转向半径不正确：轮胎磨损、转向产生啸叫声； 在进行车轮定位检测和校准过程中，如4-48所示,要知道汽车所行驶的路面并不会设计成平的。路面要能将水排走，而不能使水积聚。为了保证排水能力，通常路面会有很小的角度，这个角度称做路拱。路拱会使汽车向右侧跑偏，因此，车轮定位必须能够对路拱进行补偿，一个前轮略微向外倾斜就能修正路拱的影响。图4-48四轮定位参数规格值示意图 1.主销后倾角 主销后倾角是从汽车侧面看车轮偏转轴线向后或向后偏离地面垂线的角度，如图4-49所示。调整车轮定位时，主销后倾角是第一个需要调整的角度，主销轴线向前倾斜称为主销前倾(负后倾)，主销向后倾斜称为主销后倾(正后倾)。 设计主销后向倾角是为了保证汽车的行驶稳定性。同轴两端车轮的主销纵倾角应该相等，如果两端的车轮主销纵倾角不同，会导致汽车向主销纵倾角较小一侧跑偏；主销前倾角过大会导致汽车在高速行驶时转向过于灵敏，主销前倾角过大会导致汽车行驶方向摇摆。 主销纵倾角主要受悬挂支柱和控制臂衬套磨损或松动的影响。对于有些滑柱式悬挂系统，由于主销调整装置固定在滑柱组件的上端或下端，所以可能没有主销纵倾角调整装置。图4-49主销后倾角示意图 2.车轮外倾角： 车轮外倾角是从汽车前方看车轮向内侧或向外侧偏离地面垂线的角度，用于补偿路拱、乘员质量、汽车质量，如图4-50所示。通常，每侧车轮向内或向外的倾斜角度都被设计成相同的。车轮外倾角不相等会磨损轮胎，并导致汽车向外倾角较大车轮所在的一侧跑偏。悬挂伸缩过程中，通过铰接球节控制的车轮外倾角会随之发生改变。球节、控制臂衬套和车轮轴承的磨损或松动会影响车轮外倾角，汽车底盘高度的变化也会影响车轮外倾角。对于有些汽车来说，车轮外倾角是可以调整的，有些汽车制造商会将车轮外倾角调整设计在转向节总成中。对有些在顶部固定的滑柱式悬挂系统，也设有车轮外倾角调整装置。对于滑柱式悬挂系统，如果滑柱支架和下控制臂的位置正确，只需微量调整车轮外倾角(或主销纵倾角)。如果车轮外倾角偏差较大，而悬挂固定部位并没有受到损伤，表明悬挂系统的零部件存在弯曲，在这种情况下，应检查构成悬挂系统零部件的角度和尺寸，并更换受损的零部件。图4-50车轮外倾角示意图 3.车轮前束： 车轮前束是前轮的前端距离与后端距离之间的差值，如图4-51。如果两侧车轮的前端距离小于后端距离，车轮前束为正前束，如图4-51（a）所示；如果前端距离大则为负前束，如图4-51（b）所示。车轮前束对于轮胎磨损至关重要。 （a）负前束 （b）正前束图4-51负前束与正前束 车轮不能保持直行时，车轮为了直行就会产生滑拖。当车轮的前束(正或负)过大时，由于轮胎发生侧向滑拖，胎面边缘就会产生锯齿状磨损，正前束过大会使胎面外缘发生等损，负前束过大会使胎面内缘发生磨损。重调节横拉杆可以调整车轮前束值，汽车两侧车轮的前束必须相等，如果两侧车轮的前束不相等，就会拉动转向盘偏离中间位置。将两侧车轮的前束调整到相等，可以校正转向盘偏离中间位置和产生的转向盘拉力。前束是最后调整的一个车轮定位。 5.推力角： 车轮定位主要考虑的问题是保证汽车可以沿道路直线行驶，在转向盘保持直线行驶方向时，使后轮轮迹与前轮轮迹完全重合。汽车的几何中线与道路延伸方向平行，就是说，汽车在直线行驶时，后轮前束的角平分线与汽车的几何中线保持平行，都沿着正前方。如果后轮前束的角平分线不与汽车几何中线平行，推力线就会向左或向右偏斜，如图4-52（b）、图4-53（c）所示。后轮前束的角平分线与汽车几何中线之间的夹角称为推力角，如图4-52所示。存在推力角时，汽车将沿着推力线方向行驶，而不会直线行驶。图4-52推进角 为了消除推力角带来的影响，应将每个后轮的前束相对于汽车几何中线调整到一致。四轮定位仪器可以检查每个车轮的前束，当每个后轮的前束被调整到相对汽车几何中线一致以后，再根据推力角调整前轮前束。遵循这一调整步骤可以保证转向盘处于汽车直线行驶位置，如果仅将前轮前束调整到相对于汽车几何中线一致，而忽略了调整后轮前束，汽车的转向盘就会发生偏转，如图4-52(d)所示。 6.主销内倾角： 使汽车质量分布在轮胎垂直中央平面的内侧或外侧。从汽车前方看，主销内倾角是转向节轴线与地面垂线之间的夹角，如图4-53所示。设计主销内倾角是为了保证稳定性而将汽车的质量分布在路面上，主销内倾还有助于汽车的转向系统在转向后回到直行位置。图4-53主销内倾角 如果汽车的主销内倾角为0°，那么上、下球节(或滑柱铰接点)将位于一条垂线上。由此产生的问题是：转向时发生啃胎、操控性降低和回正操控力较大。主销倾斜时，在上、下球节和车轮偏转轴线之间会形成三角形。在车轮偏转时就会形成圆弧，车轮处于汽车直线行驶位置时处于最高点，而向两侧偏转时车轮都会降低，该运动经过控制臂传到弹簧，最后传给汽车的悬挂质量，转向时所产生的这个力试图将汽车抬升起来，完成转向后，主销的倾斜和加载效果会抵消抬升力，将车轮拉回到直行位置。 与采用长短臂式悬挂的后轮驱动汽车的主销内倾角(6°～8°)相比，采用滑柱式悬挂的前轮驱动汽车的主销内倾角(12°～18°)一般交大，因为由较大主销内倾角所产生的杠杆作用将有助于提高汽车行驶时的方向稳定性。 如果两侧前轮的主销内倾角不相等，即使静态车轮外倾角在规定范围内，也会产生转矩转向、制动跑偏和“蛇行”等现象。 检查汽车的主销内倾角还有助于查找影响车轮定位的各种问题。例如，如果两侧的主销内倾角不同，可能是滑柱的上支座发生了错位、下控制臂发生了弯曲或中间横梁发生移位。对于长短臂式悬挂，主销内倾角是经过上下球节的直线与地面垂线之间的夹角。在采用滑柱式悬挂的汽车上，这条直线是从滑柱上端指定点中心经过下球节中心的直线。 车轮外倾角与主销内倾角之和称为车轮与主销夹角。结合主销内倾角，根据车轮与主销夹角和车轮外倾角也可以确定相关零部件是否发生损坏或磨损。例如，如果主销内倾角符合规定，但车轮外倾角和车轮与主销夹角要比规定值小，可能是转向节或滑柱支座发生了弯曲。 7.滚动半径： 滚动半径指的是通过转向轴的轴线和路面接触点与车轮中心线之间的距离，如图4-54所示。 （a） （b）图4-54滚动半径A-主销上支座B-旋转轴线C-车桥节点D-车轮中心平面与地面交点E-外力 滚动半径是不可调节的并且不能测量的。滚动半径可以是零、正、负。零滚动半径意味着主销轴线与轮胎中心平面在路面相交，如图4-54（a）所示。正滚动半径意味着主销轴线与轮胎中心平面在路面下方相交。负滚动半径意味着主销轴线与轮胎中心平面在路面上方相交，如图4-54（b）所示。一些汽车制造商又将滚动半径称为转动偏距。如果交叉点在轮胎中心线的内侧并且在路面的下方，前轮上将产生一个后束力。前轮驱动车辆要求滚动半径为负值，以便在制动期间提供良好的转向稳定性。 每种汽车的滚动半径设计得要合理，以便在大多数情况下提供可接受的操纵性与转向控制性。滚动半径可抵抗前轮向两侧滚动并施加力到转向传动机构上。减小使前轮向两侧运动的力，负滚动半径在加速、制动及越过凸起时引起前束效应，如表4-1所示。表4-1 滚动半径的影响设计形式产生的作用正滚动半径主销与地面交点在轮胎中心平面内侧，将引起车轮向外侧转动的趋势，尤其车辆制动时零滚动半径在车胎上不产生任何力，并且通常车辆上不用，因为轮胎不会产生一个相反的力，这样的力通常会使汽车对路面的小凸起和下沉较敏感负滚动半径会在轮胎上产生一个向内侧的力 8.转向前张 转弯半径是前张(负前束)角在汽车转向行驶时的表现量，转弯半径也被称为汽车转向时的车轮前张量。由于汽车围绕一个中心行驶，所以内侧车轮驶过的轨迹一定比外侧车轮驶过的轨迹短，这是通过设计转向机构的几何关系使内侧车轮的偏转角比外侧车轮的偏转角大来实现的，其效果在转向时可以从车轮前张角看出，使轮胎保持在其前进方向上，就可以避免转向行驶时轮胎在路面上发生刮擦现象，如图4-55所示。图4-55转向前张 汽车出现转向问题时，首先应检视汽车是否存在明显的问题，如检视是否存在车轮翘曲和车架变形等问题。如果没有发现明显的问题，再对汽车进行一系列不解体检测。 通过按压或回弹检查可以判定转向齿条与小齿轮是否对正。进行快速检查时，检查未锁定的转向盘在按压或回弹时是否会转动。进行详细检查时，需要用到指针和记号笔，用记号笔在胎面上做好标记，然后将指针放置在标记的直线上，按压悬挂弹簧上下运动，由其他人观察指针和胎面上的标记，如果胎面上的标记向汽车内、外两侧移动的距离不相等，可能是转向臂或齿轮不正，如果轮面上的标记不定向偏移或者向内侧和外侧偏移的距离相等，表明转向臂和齿轮位置正常。应该对两侧的车轮都进行检查。 9.追迹行驶 汽车都从前到后通过底盘中央的几何中线，如果没有前轮的影响，汽车将沿后轴推力线方向行驶，这种行驶状态称为追迹行驶。理想的车轮定位应该保证所有车轮与汽车中线平行，使推力线平行于汽车中线。但是，后轮推力线可能并不平行于汽车的实际中线，所以，必须首先检测汽车的推力角。 后轮驱动的汽车一般很少需要调整推力角，除非汽车经过长时间使用或者发生过事故。独立后悬挂系统可以通过调整后轮前束来消除推力角产生的影响。通过向推力角相反方向转动转向盘可以抵消推力角所产生的影响，但轮胎会产生与前束不正确时一样的磨损形式。一般来说，很难察觉到推力线与汽车中线之间的微小差异，只要前轮被调整到与推力线平行，就不会对汽车的操控性产生影响。追迹行驶是指悬挂和各个车轮处于正常的位置、状况和定位时，当汽车直线行驶时，后轮沿着前轮的行驶轨迹行驶。为了实现追迹行驶，所有车轮要保持平行，车桥和轴线必须与汽车中线垂直，也就是说，4个车轮应构成一个标准的矩形。 10.载荷分配 载荷分配就是指每个车轮上所承受的载荷，各种汽车都是按照在一定的路缘石高度(也称为车裙高度)下使用而设计的，在这个高度下，每个车轮都承受着标准载荷。如果前轮、后轮或一侧车轮所分担的载荷过大，都会使车裙高度发生降低，也会破坏汽车的平衡和转向机构的几何关系。车轮定位准确时，弹簧下陷和悬挂部件弯曲也会改变车裙高度，破坏转向机构的几何关系并使车轮负重不均。 只有弹簧、减振器、悬挂和转向机构的几何关系协调地共同工作，才能保证汽车具有良好的乘坐舒适性和操控性。显然，如果汽车的某车轮的负重和定位不正常，汽车就不能达到设计的乘坐舒适性和操控性。4.5.3调整车轮定位前的检查 在进行车轮定位前，对汽车进行检查是非常重要的。如果在检查中发现汽车的任何零部件发生了损坏，在进行车轮定位之前，应当先更换损坏的零部件。 检查时应按照以下步骤： 1）先对汽车进行路试。在驾驶汽车过程中，将转向盘保持在直行位置，感受转向盘和座椅及底板的振动情况，注意汽车是否有跑偏或其他不正常的操控问题，如转向困难、转弯轮胎发出啸叫声或其他机械异响。路试有助于发现在调整车轮定位前必须要修正的问题。 2）仔细检查汽车轮胎的磨损形式，检查是否存在轮胎尺寸和类型不匹配的问题，检查轮胎是否有鼓胀现象，如有鼓胀应该更换。还应检查是否存在碰撞损伤和牵引支架损伤导致的问题。 3）检查轮胎和车轮径向跳动。 4）检查车轮轴承。 5）将行李舱和乘员舱中的重物取出，但工具箱等随车物品不用取出。检查汽车的离地高度，各种汽车在设计时都能保证驶过一定高度的路缘石。汽车使用手册中都列出了具体的行车高度及其检测位置。如果行车高度不合适，车轮定位也不可能正确。如果行车高度只是略有偏差，可以利用弹簧垫圈进行校正。 6）检查转向盘自由行程。 7）通过按压汽车检查减振器状况。 8）举升汽车，检查转向机构中的控制臂衬套、滑柱上端固定、转向摇臂、随动臂、中央连接、横拉杆端头、球节和减振器等所有零部件，如果汽车装用等速万向节，还应检查等速万向节是否存在松动、异响、卡咬、防尘套破裂等问题，在调整车轮定位之前，必须更换损坏的零部件。 本章小结 （1）汽车转向系统由转向操纵机构（转向盘到转向器之间的零部件）、转向器（也称转向机）和转向传动机构三大部分组成。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。（2）转向比指打方向时，转向盘的旋转角度与前轮旋转角度的比值。（3）转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成（4）转向器的功能是将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂的摆动，降低传动速度，增大转向力矩并改变传动方向，转向器输出端的运动形式有两种，一种是线位移，齿轮齿条式转向器；另一种是角位移，循环球式转向器。（5）齿轮齿条式转向器使转向传动机构简化（不需要转向摇臂和转向直拉杆等），齿轮齿条无间隙啮合无需调整，而且逆传动效率很高。（6）液压助力转向系统主要包括：液力转向油泵、储油罐、流量控制阀、转向器阀体总成、液力转向冷却器、管道和软管、怠速提