四川汽车职业技术学院

毕业设计（论文）

系 别： 汽车工程系 论文题目： 汽车常用转向系统的性能分析

专业班级： 12级汽车检测与维修技术2班 学生姓名： 殷豪

指导教师： 王成健

二O 一 五 年 三 月 二 十 日

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目 录

引 言............................................................2

1 绪论...........................................................3

1.1 转向系统的类型和组成.........................................3

1.2 机械转系...................................................3

2 助力转向系.....................................................6

2.1 助力转向的分类...............................................6

2.2 液压助力转向统.............................................6

3 电动助力转向系统...............................................7

3.1 电动助力转向系统述.........................................7

3.2 电动助力转向系统的成.......................................7

3.3 电动助力转向EPS的原理.....................................7

4 四轮转向技术...................................................9

4.1 四轮转向技术的展...........................................9

4.2 四轮转向技术的能...........................................9

4.3 转向轮跑偏........................................ ........9

参考文献.........................................................10

致 谢...........................................................11

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汽车常用转向系统的性能分析

【摘 要】汽车转向性能是汽车主要性能之?，转向系的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对保证车辆的安全?驶、减少交通事故以及改善驾驶员的?作条件起着重要作?。本?综述了汽车常见转向系的性能，包括机械转向系统、液压转向系统、动?转向系统、四轮转向系统。分析各转向系统的结构、?作原理、性能。汽车电?化是当前汽车技术发展的必然趋势，汽车电动助?转向系统正逐步取代传统液压助?转向系统。电动助?转向是转向系统中较新的技术，在国内外发展很快，其性能和可靠性检测还未有统?的?法及评价标准。针对电动助?转向的结构特点，分析了电动助?转向对汽车转向系的影响。探讨汽车电动转向系统的发展趋势。

【关键词】转向系统 性能 助?转向 电动转向

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引 言

汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很大。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员意图行驶；稳定性是要求危险工况(高速行驶，侧向加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧偏力不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定行驶。为提高操纵稳定性，出现了ESP(电子稳定程序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断产生不足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力，产生横摆力矩即纠偏力矩。四轮转向的后轮也参与转向。低速时，后轮与前轮反向转向，减小转弯半径，提高机动灵活性。高速时，后轮与前轮同向转向，提高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段，由于其转向传动比固定，汽车的转向响应特性随车速而变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的幅值和相位变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间通过信号及控制器连接起来，驾驶员的转向操作仅 仅是向车辆输入自己的驾驶指令，由控制器根据驾 驶员指令、当前车辆状态和路状况确定合理的前 轮转角，从而实现转向系统的智能控制，必将对车辆 操纵稳定性带来很大的提高，降低驾驶员的操纵负担，改善人一车闭环系统性能。

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1 绪 论

汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统是关系汽车主动安全性的重要系统，其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很?。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员意图?驶；稳定性是要求危险?况(?速?驶，侧向加速度?，离???，超过轮胎侧偏??发??的侧滑；?附着系数路?的侧滑；对开路?上轮胎左右侧偏?不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定?驶。为提?操纵稳定性，出现了ESP(电?稳定程序)、4WS(四轮转向)等。

1.1转向系统的类型和组成

汽车的转向系统按转向能源的不同分为机械转向系和助?转向系两?类。

1.2机械转向系

机械转向系以?的体?作为转向动?，其中所有传?件都是机械机构，它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三?部分组成。

1.2.1转向操纵机构

从转向盘到转向传动轴这?系列零部件属于转向操纵机构。它包括转向盘、转向柱管、转向轴、上下万向节、转向传动轴等。

当汽车发?碰撞时，从安全考虑，不仅要求转向盘具有柔软的外表?，起到缓冲作?，?且还要求转向盘在撞车时，其?架能产??定的变形，以吸收冲击能量，减缓驾驶员受伤的程度。

对于轿车，除了要求装有吸能式转向盘外，还要求转向管柱也必须备有缓和冲击的吸能装置。其基本原理是，当受到巨?冲击时，转向轴产?轴向位移，使?架或某些?撑件产?塑性变形，从?吸收冲击能量。

1.2.2转向器

（1）循环球式转向器

循环球式转向器是由两套传动副组成的，?套是螺杆螺?传动副，另?套是齿条齿扇传动副或滑块曲柄指销传动副。

转向螺?直径?于螺杆直径，故能松套在螺杆上。在螺杆和螺?的内外圆?上，制出断?近似为半圆形的螺旋槽，?者的槽相配合构成了圆形截?的螺旋形

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通道。螺?侧?有两对通孔，可将钢球从此孔塞? 螺旋形通道内。转向螺?外有两个钢球导管，每个导管的两端分别插?螺?侧?的?对通孔中，以组成两条管状的封闭循环通道，这样实现了螺杆与螺?之间的滚动摩擦，从?减少了摩擦阻?。

循环球式转向器的正传动效率很?，故操纵轻便，使?寿命长，?作稳定、可靠。但其逆效率也很?，容易将路?冲击?传到转向盘。不过，对于前轴载质量不???经常在平坦路?上?使的汽车??，这?缺点影响不?。

（2）齿轮齿条式转向器

转向传动机构包括左、右横拉杆、转向减振器等组成。汽车转向时，转向器中齿条作横向移动，使左右横拉杆?个受压、?个受拉地移动。横拉杆外端的球头铰链带动左、右转向节臂和转向节绕主销转动，使得转向轮偏转?定?度。

由于齿轮齿条式转向器具有结构简单、紧凑、质量轻、刚性?、转向灵敏，制造容易，成本低，正逆效率都?以及便于布置等优点，?且特别适合与烛式和麦弗逊式悬架配?。因此，?前它在轿车和微型、轻型货车上得到?泛应?。例如，?汽的红旗CA7220型轿车、奥迪100型轿车、捷达轿车、上海桑塔纳轿车、夏利轿车等。

1.2.3转向传动机构

分为与?独?悬架配?转向传动机构和与独?悬架转向传动机构。

1）与?独?悬架配?的转向传动机构

与?独?悬架配?的转向传动机构主要包括转向摇臂、转向直拉杆转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向梯形?般布置在前桥之后。

当转向轮处于与汽车直线?驶相应的中?位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平?的平?(?平?)内的交?＞90°。

在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动?涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交?＜90°。

若转向摇臂不是在汽车纵向平?内前后摆动，?是在与道路平?的平?向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从?推使两侧梯形臂转动。

2）与独?悬架配?的转向传动机构

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当转向轮独?悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独?运动，因?转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。

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2 助力转向系

重型汽车或装有超低压胎的轿车转向时阻?较?，为了减轻驾驶员的疲劳程度，改善转向系统的技术性能，采?动?转向装置。采?动?转向的汽车转向时，所需的能量在正常情况下，只有?部分是驾驶员提供的体能，??部分是发动机驱动转向油泵旋转，将发动机输出的部分机械能转化为压?能，并在驾驶员控制下，对转向传动装置或转动器中某?传动件施加不同?向的随动渐进压?，从?实现转向。

2.1助力转向分类

按助?能源分：液压助?转向、?压助?转向（仅限于重型且采??压制动的车）、电动助?转向。

2.2液压助力转向系统

液压助?转向系统（Hydraulic power Steering,简称HPS）。?19xx年通?汽车公司在凯迪拉克和别克轿车上?次批量使?液压动?转向系统以来，液压动?转向系统给汽车的发展带来了巨?的变化，使驾驶员的转向操纵???降低，转向的灵敏性得到了提?。随着?产技术的发展，动?转向系统在体积、价格和所消耗的功率等??都取得了惊?的进步。在20世纪80年代后期，?出现了电控液压动?转向系统。

液压助?转向系统是在机械转向系统的基础上加设?套液压转向加?装置形成的。其中属于转向加?装置的部件主要有：转向油罐、转向液压泵、转向控制阀和转向动?缸。

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3 电动助力转向系统

3.1电动助力转向系统概述

?19xx年通?汽车公司在凯迪拉克和别克轿车上?次批量使?液压动?转向系统以来，液压动?转向系统给汽车的发展带来了巨?的变化，使驾驶员的转向操纵???降低，转向的灵敏性得到了提?。随着?产技术的发展，动?转向系统在体积、价格和所消耗的功率等??都取得了惊?的进步。在20世纪80年代后期，?开发了变减速?、电控液压动?转向系统。但是动?转向系统的技术?新都是基于液压动?转向系统的，?法消除HPS系统在布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等??的缺陷。直到19xx年?本铃?公司?次开发出?种全新的电?控制式电动助?转向系统，才真正摆脱了液压动?转向系统的束缚。

电动助?转向（Electric power Aided steering ,简称EPS）系统是?种直接依靠电动机提供辅助转矩的动?转向系统，是为了满??们对假释轻便性的要求?产?的。它可以根据不同的使??况控制电动机提供不同的辅助动?，这也符合当前电控技术与汽车技术相结合的趋势。

3.2电动助力转向系统的组成

电动转向系统（Steering-By-Wire System，SBWS）由转向盘模块、转向执?模块和主控制器（ECU）3个主要部分以及?动防故障系统、电源等辅助模块组成，。转向盘模块包括转向盘、转向盘转?传感器、转矩传感器和转向盘回正?矩电动机。其主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量转向盘转?）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接收主控制器送来的?矩信号，产?转向盘回正?矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。

3.3电动助力转向EPS的原理

电?控制动?转向系统是利?电动机作为助?源，根据转向参数和车速等，由微机完成助??作的，其原理可概述如下。

不转向时，电动机不?作；当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断检测转向轴上的转矩，并由此产??个电压信号，该信号与车速信号同时输?电?控制器，由控制器中的微机根据这些输?信号进?运算处理，确定助?转矩的??和?向，即选定电动机的电流和转向，调整转向的辅助动?。电动机的 7

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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?个与?况相适应的转向作??。

电?控制电动助?转向控制系统的核?是?个4kBROM和256kBRAM的8位微机。

转向盘转矩信号和车速信号经过输?接?送?微机，随着车速的提?，通过微机控制相应地降低助?电动机电流，以减少助?转矩。发动机转速信号也被送?微机，当发动机处于怠速时，由于供电不?，助?电动机和离合器不?作。点?开关的通断（on/off）信号经A/D转换接?送?微机，当点?开关断开时，电动机和离合器不能?作。微机控制指令经D/A转换后送?电动机和离合器的驱动放?电路中，控制电动机的旋转?向和离合器的结合。电动机的电流经驱动放?回路、电流表A、A/D转换接?反馈给微机，将电动机的实际电流与按微机指令应给的电流相?较，调节电动机的实际电流，使两者接近?致。

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4 四轮转向技术

4.1四轮转向技术的发展

汽车的四轮转向系统在20世纪80年代中期开始发展，其主要?的是提?汽车在?速?驶或侧向风?作?时的操纵稳定性，改善在低速时的操纵轻便性，以及减?在停车场调车时的转弯半径。此外，在汽车?速?驶时还易于由?个车道向另?个车道调整。

4.2四轮转向技术性能

4WS车?速?驶时，当受到侧风或侧向路??扰?时，车?姿态变化?，便于修正?向盘。在?速?驶时，后轮与前轮同相位转向，且转?较?。从转向盘到后轮转向的时间很短，转弯时车?姿态变化?，即?标?驶路线的跟踪性好。车??向与实际?进?向没有很?差别，在?速?驶时具有稳定感。

?辆传统的2WS车，在转弯开始时仅转动前轮。由于从前轮开始转弯到后轮也开始转弯之间，有?个时间差，在这段?的时间差?，因为后轮没有侧向?，会使车轮后部向外偏移。对于4WS车，以为和前轮同??向转动后轮，所以在后轮也同样产?侧向?，于是车?的侧偏?就?，甚?可以为零。这样，汽车可以平滑地换道?驶，从?提?汽车的操纵稳定性。

4.3转向轮跑偏

常见转向轮跑偏的原因和解决办法有以下情况

转向器内阀芯与阀套间的定位弹簧片损坏或太软，使阀套不能自动回到中立位置，此时必须更换定位弹簧。因油液脏污使阀套运动受阻滞，应清洗阀套，使阀套灵活运动。由于阀套与阀芯台阶位置偏移，使阀套不再中间位置。应拆解并检修阀套与阀芯。必要时更换。流量控制阀卡住。使油泵压力过大，造成转向缸左右压力差过大，拆解并检修流量控制阀。单侧转向油缸密封件损坏，应拆解并检修转向油缸密封件。两前轮轮胎气压不等或者直径不一，应检查调整轮胎气压。前后桥或车架发生水平平面内的弯曲，检查并校正变形。车架两边的轴距不等，应调整并确保轴距一样。两前轮轴承或油封的松紧不一，应检查轴承或油封

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参考文献

[1] 陈家瑞主编，汽车构造：下册.北京：机械?业出版社2005.1 (P244-P280)

[2] 邓贤贵、徐达编，汽车专业英语.北京：?民交通出版社1995.12（1997重印）(P277-P283)

[3] 王锦俞主编，图解英汉汽车技术词典.北京：机械?业出版社2002.1(P327-P352)

[4] ?美?主编，转向系统.北京：化学?业出版社2005.5(P135-P142)

[5] 齐志鹏主编，汽车悬架和转向系统的结构原理与检修社.2002.5(P225-P261)

[6] 史?库主编，现代汽车技术. 北京：国防?业出版社2005.1(P223-P248)

[7] 孙祝华，汽车跑偏问题，城市车辆实用与维修。2009.7（63-64）

[8] 徐石安。汽车构造—地盘工程.北京：清华大学出版社.2008

[9] 郭长虎.动力转向系的维护与故障诊断.汽车实用技术.2005.5（18）

[10]上海，邓正思。“回转仪效应”对汽车转向系统的影响.汽车维修。2009.3(46-47)

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致 谢

在本次论?的撰写过程中，得到了?师、同学、同事及朋友的??相助。 多谢指导老师王成健对论?的初稿做出了详尽的审阅和批?，特此表?衷?的感谢。三年的大学生活转瞬即逝，时间的流逝让人慢慢成熟，感谢四川汽车职业技术学院！感谢各位老师对我的教育和培养！感谢我的同学们在生活和学习中给我的帮助。你们的恩德我将永远铭记在心坎里。谢谢！

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