【正文】 梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。圖31轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)1轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；2轉(zhuǎn)向傳動軸；3轉(zhuǎn)向管柱；4轉(zhuǎn)向軸；5轉(zhuǎn)向盤1steering universal shaft。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。 7) 轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。3）汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。（5）減少了機(jī)構(gòu)部件數(shù)量，而減少了從執(zhí)行機(jī)構(gòu)到轉(zhuǎn)向車輪之間的傳遞過程，使系統(tǒng)慣性、系統(tǒng)摩擦和傳動部件之間的總間隙都得以降低，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度和響應(yīng)的準(zhǔn)確性得以提高。由于可以實(shí)現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，從而提高了汽車的操縱性。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時, 轉(zhuǎn)向傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器檢測到駕駛員轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到ECU, ECU 根據(jù)車速傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)上的位移傳感器的信號來控制轉(zhuǎn)矩反饋電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,并根據(jù)轉(zhuǎn)向力模擬,生成反饋轉(zhuǎn)矩, 控制轉(zhuǎn)向電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)矩大小和旋轉(zhuǎn)角度,通過機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向位置，使汽車沿著駕駛員期望的軌跡行駛。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)成SBW 系統(tǒng)一般由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器ECU、自動防故障系統(tǒng)以及電源等模塊組成。 EPS 系統(tǒng)控制單元ECU 具有故障自診斷功能，當(dāng)ECU 檢測到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動機(jī)、電源系統(tǒng)及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)等，便會立即控制電磁離合器分離停止助力，并顯示出相應(yīng)的故障代碼，轉(zhuǎn)為手動轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進(jìn)行工作，確保了行車的安全。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。同時還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。該指令傳到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳到助力機(jī)構(gòu)上去，這里的齒輪機(jī)構(gòu)則起到增大扭矩的作用。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動機(jī)、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)組成。（EPS）1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo 上配備了Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時，方向盤不轉(zhuǎn)動，電動泵以很低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲油罐；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。汽車起動之后，無論車子是否轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)都要處于工作狀態(tài)，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以在一定程度上浪費(fèi)了發(fā)動機(jī)動力資源。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)向軸（連主動齒輪軸）帶動閥芯相對滑套運(yùn)動，使油液通道發(fā)生變化，液壓油從油泵排出，經(jīng)控制閥流向動力缸的一側(cè)，推動活塞帶動齒條運(yùn)動，通過橫拉桿使車輪偏轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。（HPS）裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過于沉重，為解決這個問題，美國GM 公司在20 世紀(jì)50 年代率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作過程為：駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向軸輸入轉(zhuǎn)向器，減速傳動裝置的轉(zhuǎn)向器中有2 級減速傳動副，經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向橫拉桿，再傳給固定于轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，使轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。(2) 汽車轉(zhuǎn)向時，全部車輪應(yīng)繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，不應(yīng)有側(cè)滑。其中轉(zhuǎn)向器是將操縱機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲃訖C(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(嚴(yán)格講是近似直線運(yùn)動)的機(jī)構(gòu)，是轉(zhuǎn)向系的核心部件[2]。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系；機(jī)械型轉(zhuǎn)向器 ；齒輪齒條；液壓式助力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車底盤的重要組成部分，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的好壞直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，它對于確保車輛的行駛安全、減少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要作用。以齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的設(shè)計為中心，一是汽車總體構(gòu)架參數(shù)對汽車轉(zhuǎn)向的影響；二是機(jī)械轉(zhuǎn)向器的選擇；三是齒輪和齒條的合理匹配，以滿足轉(zhuǎn)向器的正確傳動比和強(qiáng)度要求；四是動力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計；五是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此本課題在考慮上述要求和因素的基礎(chǔ)上研究利用轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)帶動傳動機(jī)構(gòu)的齒輪齒條轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，通過萬向節(jié)帶動轉(zhuǎn)向齒輪軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向齒輪軸與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，從而促使轉(zhuǎn)向齒條直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系（HPS）、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS），發(fā)展到利用現(xiàn)代電子和控制技術(shù)的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）。 動力轉(zhuǎn)向系除具有以上三大部件外，其最主要的動力來源是轉(zhuǎn)向助力裝置。(3) 傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖要盡可能的小。純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向器形式可以分為：齒輪齒條式、循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式。該系統(tǒng)是建立在機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，額外增加了一個液壓系統(tǒng)。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸置于一個整體，分配閥和主動齒輪軸裝在一起（閥芯與齒輪軸垂直布置），閥芯上有控制槽，閥芯通過轉(zhuǎn)向軸上的撥叉撥動。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機(jī)帶動液壓泵產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點(diǎn)。一般由電氣和機(jī)械兩部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元ECU 組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動泵。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動力缸，推動活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。1990 年日本Honda 公司也在運(yùn)動型轎車NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。1．電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作過程其工作過程為：扭矩傳感器檢測駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個扭矩給控制單元一個信號。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機(jī)帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，再加上存在管流損失等因素，浪費(fèi)了部分能量。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（ondemand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。通過靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對助力進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時，仍然會提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。（SBW）在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集化的今天，針對更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計顯得尤為重要。轉(zhuǎn)向盤模塊包括路感電機(jī)和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，轉(zhuǎn)向盤模塊向駕駛員提供合適的轉(zhuǎn)向感覺（ 也稱為路感） 并為前輪轉(zhuǎn)角提供參考信號。．（1） 取消了方向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接，通過軟件協(xié)調(diào)它們之間的運(yùn)動關(guān)系，因而消除了機(jī)械約束和轉(zhuǎn)向干涉問題，可以根據(jù)車速和駕駛員喜好由程序根據(jù)汽車的行駛工況實(shí)時設(shè)置傳動比。（4） 改善駕駛員的“路感”。2. 轉(zhuǎn)向系設(shè)計概述 1）汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。4）轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運(yùn)動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。8) 轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。有時為了布置方便，減小由于裝配位置誤差及部件相對運(yùn)動所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬向節(jié)，如圖31。 2steering propeller 。（見圖32）轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。采用液力式動力轉(zhuǎn)向時，由于液體的阻尼作用，吸收了路面上的沖擊載荷，故可采用可逆程度大、正效率又高的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)。汽車的機(jī)動性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來衡量，但汽車的高機(jī)動性則應(yīng)由兩個條件保證。在轉(zhuǎn)向過程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。為了減小值，值有時可達(dá)到45186。至于對轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要是通過合理地選擇結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)布置來解決。一般輪輻有兩根和三根的，也有四根的。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：轉(zhuǎn)向盤直徑尺寸380mm、400mm、425mm、450mm、500mm、550mm。目前大多數(shù)汽車轉(zhuǎn)向軸上裝置了萬向節(jié)，使轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器再汽車上布置更為合理，拆裝方便，從而提高了操縱方便性、行駛安全性和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的壽命。剛性萬向節(jié)多是十字軸式，可使用單萬向節(jié)，也可使用雙萬向節(jié)。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，有些形式的轉(zhuǎn)向器已經(jīng)很少采用，目前循環(huán)球式和齒輪齒條式兩種轉(zhuǎn)向器應(yīng)用廣泛。循環(huán)球式和齒輪齒條式兩種轉(zhuǎn)向器正效率高（70%85%），可逆程度大（60%70%），適合大量生產(chǎn)，是目前得到廣泛應(yīng)用的原因。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)可以使汽車在轉(zhuǎn)向過程中所有車輪都是純滾動或有極小的滑移，從而提高輪胎的使用壽命，保證汽車操縱的輕便性和穩(wěn)定性。 前置轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)是在發(fā)動機(jī)位置很低或前軸為驅(qū)動軸時，轉(zhuǎn)向梯形實(shí)在不能布置在轉(zhuǎn)向軸之間，才不得不把轉(zhuǎn)向梯形放在前軸之前。分段式轉(zhuǎn)向梯形比較復(fù)雜，鉸接點(diǎn)多。 正效率計算公式： （31） 逆效率計算公式： （32） 式中， 為作用在轉(zhuǎn)向軸上的功率；為轉(zhuǎn)向器中的磨擦功率；為作用在轉(zhuǎn)向搖臂軸上的功率。 影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。選用滾針軸承時，除滾輪與滾針之間有摩擦損失外，滾輪側(cè)翼與墊片之間還存在滑動摩擦損失，故這種軸向器的效率η+僅有54%。根據(jù)逆效率不同，轉(zhuǎn)向器有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。屬于可逆式的轉(zhuǎn)向器有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于可逆式與不可逆式轉(zhuǎn)向器兩者之間。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于磨擦角時，逆效率為負(fù)值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。一般情況下，機(jī)械轉(zhuǎn)向汽車，輕型車iw0在1523之間，中型車iw0在2530之間，本文暫取iw0為25。若轉(zhuǎn)向