单元十九 转向系统

PAGE17PAGE1第页教学目标知识目标：掌握转向系统类型、组成及工作原理、汽车转向基本特性；掌握液压式动力转向系统的组成与类型；了解电动式助力动力转向系统和四轮转向系统的基本知识；掌握动力转向器的拆装及其调整要领。能力目标：素质目标：教学重点液压式动力转向系统的组成教学难点转向系统的工作原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时教学内容与教学过程设计注释单元十九转向系统〖理论知识〗一、汽车转向基本特性为了汽车能顺利转向,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19-1所示,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。图19-1汽车转弯时理想的车轮运动轨迹二、机械转向系统1.转向器转向器是转向系统中的减速增力传动装置。其功用是增大由方向盘传到转向节的力,并改变力的传递方向。按啮合传动副的结构形式,转向器可分为齿轮齿条式、循环球式和蜗杆曲柄指销式等几种。目前常用的有齿轮齿条式和循环球式转向器。1）齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器主要由转向齿条、转向齿轮、转向器壳体、转向横拉杆和压紧弹簧等组成。齿轮齿条式转向器具有结构紧凑、使用轻便、转向反应非常灵敏,维护简单等特点,在前轮为独立悬架的轿车和轻型、微型货车上得以广泛应用。2）循环球式转向器循环球式转向器具有以下特性。（1）因为转向主轴的旋转是靠滚动球接触面传送的,所以循环球螺母滑动的摩擦力非常小。（2）这种结构的转向器可以耐受大载荷转向。（3）转向操作角度大。2.转向操纵机构如图19-7所示为汽车转向操纵机构,转向操纵机构一般由方向盘1、转向管柱2、上转向轴3、转向传动轴5和转向万向节滑动叉6等组成。图19-7汽车转向操纵机构3.转向传动机构1）转向传动机构的功用与类型转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传给转向轮,使两侧转向轮偏转以实现汽车转向,并保证左右转向轮的偏转角按一定关系变化。2）转向传动机构的组成与构造转向传动机构主要由转向摇臂、转向直拉杆、转向节、转向节臂、转向梯形臂、转向横拉杆等组成。有些汽车上还装置有转向减振器。三、动力转向系统1.液压式动力转向系统如图19-18所示为一种液压式动力转向系统的组成。转向加力装置由转向液压泵7、转向油管8、转向油罐6以及位于整体式转向器4内部的转向控制阀及转向动力缸5等组成。当驾驶员转动方向盘1时,通过机械转向器使转向横拉杆9移动,并带动转向节臂,使转向轮偏转,从而改变汽车的行驶方向。与此同时,转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动,使转向动力缸产生液压作用力,帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用,驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩,就能使转向轮偏转。液压式动力转向系统分为液压常流滑阀式和转阀式。图19-18液压式动力转向系统的组成1）汽车直行时汽车直线行驶时,转向控制阀处于中间位置,如图19-20所示,来自转向液压泵的工作液从转向器壳体的进油口C流到阀体3的中间油环槽中,经过其槽底的三个通孔进入阀体3和阀芯4之间,此时因阀芯处于中间位置,进入的油液分别通过阀体和阀芯纵槽形成的两边相等的间隙,再通过阀芯的纵槽和阀体的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外的上、下油环槽,然后通过壳体中的两条油道分别流到动力缸的左腔(A腔)、右腔(B腔)中。同时,通过阀芯纵槽的径向油孔流到阀芯内腔与扭杆组件之间的空隙(回油道2)中,经油管回到转向油罐中去,形成了常流式油液循环。此时,A腔、B腔油压相等且很小,齿条活塞既没有受到转向齿轮的轴向推力,也没有受到A腔、B腔因压力差造成的轴向推力。齿条活塞处于中间位置,不产生助力作用。图19-20汽车直线行驶时转阀式转向控制阀工作原理2）汽车转向时汽车右转弯时,如图19-21所示,转动方向盘使转向轴顺时针转动,并带动阀芯同步转动。受到转向节臂传来的路面转向阻力作用,动力缸活塞和转向齿条暂时不能运动,所以转向齿轮暂时也不能随转向轴向右转动。这样扭杆受转矩作用,前、后端产生扭转变形,转向阀芯和阀体之间转过一个角度。动力缸左腔(A腔)进入高压油,右腔(B腔)泄压,动力缸产生向右转向助力。齿条在液压力作用下向右运动的同时,转向齿轮本身也开始与转向轴同向转动。只要方向盘继续转动,扭杆的扭转变形便一直保持不变,转向控制阀所处的右转向位置不变。一旦方向盘停止转动,动力缸暂时还继续工作,导致转向轮继续转动,使扭杆的扭转变形减少,转向助力减少。当转向助力刚好与车轮的回正力矩相平衡时,齿条齿轮停止运动。此时,转向阀即停驻在某一位置不动,转向轮转角保持不变。图19-21汽车右转弯时转阀式转向控制阀工作原理2.电子控制动力转向系统1）液压式电子控制动力转向系统液压式电子控制动力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。根据控制方式的不同,液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。2）电动式电子控制动力转向系统电动式EPS是利用电动机作为助力源,根据车速和转向参数等因素,由电子控制单元完成助力控制。电动式EPS组成如图19-23所示。当操纵方向盘时,装在方向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号,该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号确定助力转矩的大小和方向,即选定电动机的电流和转动方向,调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后,加在汽车的转向机构上,使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。图19-23电动式EPS组成四、四轮转向系统1.4WS汽车转向方式1）逆相位转向在低速行驶或者方向盘转角较大时,前、后轮实现逆相位转向,即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相反,且偏转角度随方向盘转角增大而在一定范围内增大(后轮最大转向角一般为5°左右)。2）同相位转向在中、高速行驶或方向盘转角较小时,前、后轮实现同相位转向,即后轮的偏转方向与前轮的偏转方向相同(后轮最大转角一般为1°左右)。2.4WS汽车转向特性1）4WS汽车低速时的转向特性如图19-26所示为汽车低速转向时的行驶轨迹。2WS车(前轮转向操纵)的情况是后轮不转向,所以转向中心大致在后轴的延长线上,如图19-26（a）所示。4WS车对后轮进行逆向转向操纵,转向中心比2WS车的超前,并在靠近车体处,如图19-26（b）所示。在低速转向时,若前轮转向角相同,则4WS车的转向半径更小,内轮差也更小,所以转向性好。对小轿车而言,如果后轮逆向转向1°,则可减少最小转弯半径约0.5m,内轮差约为01m。2）4WS汽车高速时的转向特性如图1927（a）所示为高速转向时2WS车的运动状态。前轮转向时,前轮产生侧偏角α,并产生旋转向心力使车体开始自转。当车体出现偏向时,后轮也出现侧偏角β,产生旋转向心力。四轮分担自转和公转的力,一边平衡一边转向。但是,车速越高,离心力就越大,所以必须给前轮更大的侧偏角,使它产生更大的旋转向心力,从而使后轮也产生与此相对应的侧偏角,车体自转趋势更加严重。因此车速越高,越容易引起车辆的旋转或侧滑。理想的高速转向运动状态是尽可能使车体的方向和前进方向一致,以防多余的自转运动,使前、后轮产生足够的旋转向心力。在4WS的车上通过对后轮的同相转向操纵,后轮也产生侧偏角,使它与前轮的旋转向心力相平衡,从而抑制自转运动。这样就有可能得到车体方向与车辆前进方向相一致的稳定转向状态,如图1927（b）所示。图19-26汽车低速转向时的行驶轨迹图19-27高速时2WS与4WS汽车的转向特性比较3.四轮转向系统的类型1）按照控制和驱动后轮转向的方式分类按照控制和驱动后轮转向的方式四轮转向系统可分为机械式(驾驶员通过机械传动控制并驱动后轮转向)、液压式(借助液压来控制并驱动后轮转向)、电动式(借助电力来控制并驱动后轮转向)。2）按照控制后轮转向的方法分类四轮转向系统按控制后轮转向的方法可分为转角随动型四轮转向系统和车速感应型四轮转向系统。4.机械式四轮转向系统当转动方向盘时,将齿轮齿条式转向器的齿条左右运动变换为齿轮的转动,经中央轴使后轮转向器的转向齿轮产生动作。5.液压式四轮转向系统转向系统对汽车的运行状况随时进行综合判断,精确控制后轮偏转角。液压油自油泵输入到电磁阀和后轮控制阀,根据4WSECU的指令进入能控制后轮偏转角的动力缸。4WSECU对后轮偏转角的控制分基本控制和修正控制两部分。基本控制包含稳定性控制和回正控制。汽车高速行驶时,慢速转动方向盘,后轮与前轮同向偏转,进行稳定性控制；汽车低、中速行驶时,在转动方向盘的最初阶段,后轮与前轮逆向偏转,然后逐渐回正,即进行回正控制。6.电动式四轮转向系统电动式四轮转向系统组成如图19-32所示,前、后轮转向器均为电动助力,两转向器之间无任何机械连接装置及液压管道等部件,直接对前、后轮的转向进行控制,具有前、后轮转向角关系控制精确、控制自由度高、机构简单等优点。图19-32电动式四轮转向系统〖小结〗1.汽车转向系统分为机械转向系统和动力转向系统两大类。2.机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源,其中所有传力件都是机械的。机械转向系统由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。3.动力转向系统是利用一定的动力助力方式,帮助执行转向操作的转向总成。按动力介质的不同分为气压式、