汽车转向系统学习知识演示课件

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特点：正传动效率高（最高90%~95%），故操纵轻便， 使用寿命长。
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循环球式转向器
▪ 转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母 即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦 力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形 成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只是在各自 的封闭流道内循环，不会脱出。
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循环球式转向器
▪ 采用两级传动：螺杆螺母传动与齿条齿扇传动
特点：1) 正传动效率高达90%~95%，转向省力； 2) 寿命长，工作平稳；逆效率也很高，容易打手。 20
循环球式转向器
▪ 为了减少转向螺杆、螺母之间的摩擦，二者 的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球， 以实现滚动摩擦。
▪ 转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段 或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。 二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺 旋管状通道。
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第四节 电子控制动力转向系统
▪ 电动助力转向系统 （Electric Power-
assistant Steering，EPS）
▪ 四轮转向系统 （Four-wheel Steering，4WS） ▪ 线控转向系统 （Steer-by-Wire，SBW）
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一、电动助力转向系统EPS
▪ 低速时使转向轻便、灵活；中高速时，保证 提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感， 提高高速行驶的操纵稳定性。
第十九章 汽车转向系统
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第一节 概 述
▪ 汽车转向系统的功用
➢ 保证汽车按驾驶员的意志进行转向和正常行驶。
▪ 汽车转向系统的分类与组成
➢ 机械转向系统:
以驾驶员体力为转向能源，所有传力件是机械零件。 主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构组成。
➢ 动力转向系统:
驾驶员体力（小部分）和发动机动力（大部分)为转向 能源。
目前汽车上使用的多是常流式液压助力转向系统 35
常流式液压助力转向系统的布置方案
按机械转向器、转向控制阀和转向动力缸的三者的组合及位 置关系，分为三种： ❖整体式动力转向器； ❖半整体式动力转向器； ❖转向加力器。
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工作原理
▪ 直线行驶时
➢ 转向控制阀将转向油泵泵出来的工 作液与油罐相通，转向油泵处于卸 荷状态，动力转向器不起助力作用。
▪ 根据助力机构的不同，可分为电动液压式 (Electric Power-assistant Hydraulic Steering， EHPS)和电动机直接助力式。
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电动液压助力转向系统
▪ 液压式电控助力转向系统是在传统液压助力转向系统的基 础上，增加了一套电子控制装置 。
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波罗轿车电动液压助力转向系统示意图
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三、转向传动机构
▪ 功用
➢ 将转向器输出的力和运动传到两侧转向节，使转向轮偏 转，且偏转角按一定关系变化，保证车轮与地面的相对 滑动尽可能小
▪ 与非独立悬架配用的转向传动机构
前桥为转向桥 一般布置在前桥后
前桥为转向驱动桥
转向直拉杆横置
防止干涉，布置在前桥前
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转向摇臂
▪ 把转向器输出的力和运动传给直拉杆或横拉 杆，进而推动转向轮偏转
转向传动 机构角传 动比iω1
转向系角传动比iω
iω= iω1*iω2
iω1较大，货车为16～32，轿车为12～20；iω2较小，一般为1。
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转向系的角传动比
▪ 转向器的角传动比越大，转动转向盘所需要的操 纵力就越小，转向越省力，但转向操纵的灵敏度 就会下降。
▪ 有的汽车转向器在转向过程的不同阶段，其传动 比的大小是不相等的（可变传动比转向器）。
➢ 低速时，前后轮反向转向，汽车转弯半径小，机 动灵活性高；
➢ 中高速时，前后轮同向转向，车身姿态变化小， 行驶稳定性高。
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逆相控制模式
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同相控制模式
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三、线控转向系统SBW
▪ 最大特点：去掉了转向盘和转向轮之间的机 械连接 。
▪ 组成：转向盘模块、转向模块、电控单元和 传感器等。
SBW系统示意图
▪ 产生的原因：转向系统中传动件之间存在 装配间隙，且随着零件的磨损而增大。
▪ 转向盘自由行程的作用：可缓和路面冲击， 避免驾驶员过分的紧张和疲劳；过大转向 盘自由行程会降低转向灵敏度。一般为10 °~15°
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5）对转向系统的要求
▪ (1)要求工作可靠，操纵轻便。 ▪ (2)转向机构还应能减小地面传到转向盘上的冲击，
组成：在机械转向系统的基础上增加转向加力装置。 2
机械转向系统的组成
转向器 转向操纵机构
转向传动机构
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动力转向系统的组成
▪ 动力转向装置： ▪ 转向油罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸
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汽车对转向系的要求及影响转向性能的参数
1）两侧车轮偏转角之间的理想关系
▪ 为了降低汽车转向时车轮的 磨损，希望转向时每个车轮 都作纯滚动，即要求所有车 轮的轴线都相交于一点。
➢ 不可逆转向器：逆效率低。转向结束后方向盘不 会自动回正，驾驶员丧失路感，无法根据路面阻 力调整方向盘转距；
➢ 极限可逆式转向器：逆效率略高于不可逆式。可 以获得一定的路感，转向盘可自动回正。应用较 少，中型越野车或矿用自卸车
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4）转向盘的自由行程
▪ 定义：转向盘空转阶段的行程，称为转向 盘的自由行程。
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3）转向器的传动效率
▪ 定义:
➢ 转向器的输出功率与输入功率的比值称为转向器的 效率。
➢ 正效率：由转向轴输入，转向摇臂输出的传动效率 ➢ 逆效率：由转向摇臂输入，转向轴输出的传动效率
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转向器的传动效率
▪ 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 “打手"现象)，造成操纵困难和驾驶员工作疲劳。
▪ 向右转向：
➢ 向右转动转向盘，转向控制阀将转
向油泵泵出的工作液与R腔接通，将
L腔与油罐接通，在油压作用下，活
塞向下移动，通过传动结构使左右
轮向右偏转，从而实现右转向。
▪ 向左转向：
转向控制阀
➢ 向左转向时，情况与上述相反
油罐 转向油泵
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液压助力转向系统的转向控制阀
▪ 滑阀式转向控制阀：
➢ 特点：靠阀体的移动控制油液流量，需较大运动空间
并保持适当的“路感”。 ▪ (3)当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免
对驾驶员的伤害。
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第二节 机械转向系统
▪ 机械转向器
➢ 齿轮齿条式 ➢ 循环球式
▪ 转向操纵机构 ▪ 转向传动机构
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一、机械转向器
▪ 转向器是转向系中减速增扭 的传动装置，其功用是增大 转向盘传到转向节的力并改 变力的传动方向。
特点：
不转向时系 统无压力， 转向时系统 才提供压力
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常压式与常流式的比较
▪ 常压式液压助力转向系统 ▪ 优点：系统一直有油压，响应快。用储能器积蓄能量，可用小油泵 ▪ 缺点：
➢ 容易引起压力漏油； ➢ 油泵总要保持压力，会降低油泵寿命； ➢ 储能器占用空间，燃油消耗率高。
▪ 常流式液压助力转向系统： ▪ 优点：结构简单；油泵寿命长；泄漏少；消耗功率低。 ▪ 缺点：转向后才建立压力，响应慢；为提高速度需使用较大油泵
▪ 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。
▪ 根据转向器正向和逆向传力的特性不同，转向器可 分为可逆式转向器、不可逆式转向器和极限可逆式 转向器三种类型。
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转向器的传动效率
▪ 对应传动效率的转向器
➢ 可逆式转向器：逆效率高。转向结束后方向盘自 动回正，可将路面阻力完全反馈到转向盘，路感 好，可能发生“打手”现象。
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循环球式转向器
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二、转向操纵机构
▪ 由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，将驾 驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
▪ 方向盘
➢ 为了司机有很好的视野，方向盘上部一般较大。
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转向操纵机构
▪ 为了保证碰撞时驾驶员安全，需要采用吸能装置
➢ 转向盘：外边柔软，骨架变形 ➢ 转向轴和转向柱管：通过变形来吸收能量
调节前束
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与独立悬架配用的转向传动机构
▪ 每个转向轮相对于车架作独立运动，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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第三节 液压助力转向系统
▪ 动力转向系统定义：
➢ 用以将发动机输出的部分机械能转化为压力能， 并在驾驶员控制下，对转向传动装置或者转向器 中某一传动件施加液压或气压作用力，以减轻驾 驶员的转向操纵力的一套零部件。
辅助装置
1.转向油罐
组成： o 油罐盖； o 罐体； o 过滤装置； o 进出油口等。
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2.转向油泵
转向油泵的类型：齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式。
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流量控制阀
作用：避免发动机转速过 高时，流量过大，导致系 统的功率消耗过多和油温 过高。
❖柱塞下腔通出油腔；
量孔 出油腔
❖柱塞上腔通出油口；
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转向直拉杆
▪ 作用：
➢ 将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(转向节臂) ➢ 在转向轮偏转或悬架弹性变形相对于车架跳动时，转向直
拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为 不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。
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转向横拉杆
▪ 作用：
➢ 联系左、右梯形臂并使其协调工作的连接杆
▪ 转向器角传动比iω1
➢ 转向盘转角增量与转向摇臂转角相应增量之比
▪ 转向传动机构角传动比iω2
➢ 转向摇臂转角增量与同侧的转向节的转角相应增量之比
▪ 转向系角传动比iω:＝iω1iω2
➢ 转向盘转角增量与同侧的转向节的转角增量之比。
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转向系的角传动比
转向盘
转向器
转向摇臂
转向节
转向器角传动比iω1
直接助力式电动转向系统
▪ 直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩 的动力转向系统，无动力缸、液压油泵、转阀、液压管道等液 压元件。
直接助力式电动转向系统示意图
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二、四轮转向系统4WS
▪ 汽车在转向过程中，4个车轮可根据前轮转角 或车速等信号同时相对车身偏转。
▪ 偏转的一般规律：
▪ 汽车内轮转角β与外轮转角α 之间的关系如下： β> α
cot cot B/ L
B : 两侧主销轴线与地面交相点距离 L:汽车轴距
R:汽车转弯半径， R L/ sin
最小转弯半径Rmin L / sinmax
O为汽车转向中心
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❖一、三轴为转向桥的三轴汽车 一、二轴为转向桥的四轴汽车
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2）转向系的角传动比
▪ 转阀式转向控制阀
➢ 靠阀体转动控制油液流量。体积小，加工要求精度高
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转阀结构： ➢4个连通的进油通道A； ➢4个通道B、C与动力缸的 左右腔相连； ➢低压腔D。
当阀体转过一个角度 后，阀体封闭B和C中的 一个通道，打开另一个 通道。
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直行
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右 转
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左 转
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整体式动力转向器
▪ 类型：
➢ 液压动力转向系 ➢ 气压动力转向系
▪ 液压助力转向系统的组成：
➢ 由机械转向器、转向动力缸和转向控制阀
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液压助力转向系统的分类
▪ 常压式：油罐、油泵、储能器、控制阀、动力缸等
特点：系统中保持限定压力，只要转向系统就提供压力，反应迅速。 33
液压助力转向系统的分类
▪ 常流式：油罐、油泵、控制阀、动力缸等
❖出油腔与出油口之间因为 量孔的节流作用存在压差。
当流量过大时，出油腔与出
油口的压差增大，流量控制阀 上下腔的压差增加，导致弹簧 被压缩柱塞上移，将出油腔与 进油腔接通，系统的流量降低。
进油腔
wk.baidu.com出油口
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安全阀
作用： 油泵的输出压 力取决于液压系统地 负荷，为了避免转向 阻力过大时，系统内 部的压力过高会导致 油泵、动力缸和管路 过载而损坏，设置安 全阀限制系统的最高 压力。
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汽车直线行驶时的工作状况：
动力缸左右两腔相通，系统中只有极小克服流动阻力的油 液压力。
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汽车转向行驶时的工作状况：
转动方向盘 扭杆扭转变形 滑阀偏转
动力油缸左腔进入高压油，右腔与回油管路连通
轮偏转
转向齿轮与转向轴同向转动 。
动力转向装置的随动作用：
转向动力缸随转向盘工作或停止的特性。
转向
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▪ 目前应用广泛的是齿轮齿条 式和循环球式。
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1.齿轮齿条式转向器
▪ 传动件：齿轮、齿条 ▪ 特点：
➢ 结构简单，紧凑，质量轻，制造容易，成本低； ➢ 转向灵敏，正、逆效率高；
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齿轮齿条式转向器结构实例
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2.循环球式转向器
▪ 循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的 结构型式之一。
▪ 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动 副，第二级是齿条齿扇传动副。