【正文】 39 (a)轉(zhuǎn)向橫拉桿 (b)球頭銷 （ c）球頭座 1限位銷 2球頭座 3防塵罩 4防塵墊 5螺母 6開口銷 7夾緊螺栓 8橫拉桿體 11橫拉桿接頭 10球頭銷 12彈簧座 13彈簧 14螺塞 圖 CA1092 型汽車轉(zhuǎn)向橫拉桿 4) 轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂 解放 CA1092 型汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)臂和梯形臂如圖 所示 ,轉(zhuǎn)向橫拉桿通過轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。拆裝時供球頭出入的直拉桿體上的孔口用油封墊的護套蓋住，以防止?jié)櫥鞒龊臀畚锴秩搿? 轉(zhuǎn)向操縱機構的布置方式 本次設計 為微型車轉(zhuǎn)向系設計，將采用如圖 布置方式。為此，一些汽車裝設了可調(diào)節(jié)式轉(zhuǎn)向柱，使駕駛員可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤位置。其二，轉(zhuǎn)向管柱上的網(wǎng)格部分被壓縮而變形，這兩個過程都會消耗一部分沖擊能量，從而阻止了轉(zhuǎn)向管柱整體向上移動，避免了轉(zhuǎn)向盤對駕駛員的擠壓傷害。 安全式轉(zhuǎn)向柱有可分離式安全操縱機構和緩沖吸能式轉(zhuǎn)向操縱機構。mm 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出力矩為：方向盤力矩、方向盤半徑和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動比乘積為輸出功率，在機械傳動時會有一定的損失，齒輪齒條的正效率為 90%，傳動機構傳動效率為90%，計算出轉(zhuǎn)向系輸出力矩： 7 0 0 0 . 2 1 0 0 9 0 % 9 0 % 1 1 3 4 0? ? ? ? ? N 端面模數(shù) : m t =m n /cos? =3/cos 15176。若發(fā)動機的位置很低，或前橋為驅(qū)動橋時，因桿件的布置有困難，也可布置在前軸之前，稱為前置式。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。當零件磨損嚴重到使轉(zhuǎn)向盤自由行程超過 25176。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動副是球面蝸桿及滾輪，球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器利用軸向移動搖臂以改變滾輪與蝸桿中心距的方法來調(diào)整傳動間隙。本次設計 wi 取15。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器均屬于這一類。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。 12 1調(diào)整螺塞 2罩蓋 3壓簧 4壓簧墊塊 5轉(zhuǎn)向齒條 6齒輪軸 7球軸承 8轉(zhuǎn)向器殼體 9轉(zhuǎn)向齒輪 10滾柱軸承 11轉(zhuǎn)向橫拉桿 12拉桿支架 13轉(zhuǎn)向節(jié) 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高 60%70%面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生反沖，反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn) 向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，同時對駕駛員造成傷害。機械式轉(zhuǎn)向系完全由駕駛員的力量實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，結(jié)構簡單、工作可靠、路感好。機械式轉(zhuǎn)向系根據(jù)機械式轉(zhuǎn)向器分為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器、蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器等。 （ 6）操縱輕便。其次，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還需要在可靠性與成本之間做出較好的平 8 衡；線控轉(zhuǎn)向還將與其它的汽車電氣系統(tǒng)通過 CAN 總線連接在中央控制器上，由中央控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制汽車的運用，從而實現(xiàn)汽車電氣的一體化和智能化； 總之，線控轉(zhuǎn)向在 EPS 的基礎上，將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展又推進了一步，它將為實現(xiàn)汽車智能化駕駛提供技術支持。 現(xiàn)在，世界各國著 名零件廠商正在大力研究開發(fā)一種新型的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，即電 7 子控制電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。差動輪系機構具有轉(zhuǎn)向路感平滑穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向靈敏性可調(diào)，更適合前軸負載小且對高速操縱性能要求較高的轎車上，而蝸輪蝸桿機構具有助力大小可調(diào)整，適合前 軸負載大、轉(zhuǎn)向沉重、主要目的是降低轉(zhuǎn)向力且對高速操縱性能要求不高的載貨汽車上。為此，歐洲一些國家已經(jīng)取消了縱拉桿內(nèi)的彈蓋，日本也在淘汰這種結(jié)構。 在早期的汽車上，轉(zhuǎn)向機械非常簡單，主要由一級齒輪傳動機構和轉(zhuǎn)向拉桿等構成。從 20 世紀 80 年代末四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已進入實用階段，不僅保證了汽車低速行駛的轉(zhuǎn)向靈活，也保證了汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性 [3]。這個助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最重要的新功能是液力 支持轉(zhuǎn)向的運動，因此可以減少駕駛員作用在方向盤上的力。相關技術的發(fā)展及二次世界大戰(zhàn)中的技術更新促進了汽車工業(yè)的發(fā)展和進步。 199220xx 年的 10 年里，我國汽車產(chǎn)量平均年增長 15%，是同期世界汽車 年均增長率的 10 倍。 ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上增加了電控裝置構成的?！白兯俦群透邉傂?”是目前世界上生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向器結(jié)構的方向 [4]。一般應要求正效率高而逆效率適當。 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個世紀的歷史，可以說是一種比較完善的系統(tǒng)，由于其工作可靠、技術成熟至今仍被廣泛應用。 從整體上來講國內(nèi)近年來對于 EPS 的研究發(fā)展很快，尤其是在控制策略的研究上，已經(jīng)將不同的控制方法引如 ECU 中，并通過實驗和分析不斷地完善和改進，但是在對于細節(jié)的優(yōu)化上距離國外還有相當?shù)牟罹啵夷壳皣鴥?nèi)除了吉利汽車，還尚未自主知識產(chǎn)權的 EPS，距離 EPS 的批量化生產(chǎn)也還有一段路要走。 （ 2）非接觸式傳感器技術： EPS 系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器要求結(jié)構簡單、工作可靠、價格便宜，精度適中。因此，駕駛員需要通過一套機構隨時改變或恢復汽車行駛方向。 （ 11）方向盤左置。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列零部件屬于轉(zhuǎn)向操縱機構。值得注意的是，轉(zhuǎn)向助力不應是不變的，因為在高速行駛時，輪胎的橫向阻力小， 轉(zhuǎn)向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉(zhuǎn)向過于靈敏而使汽車不易控制。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構成。 轉(zhuǎn)向系的效率 15 功率 p 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率為正效率，用符號 η+表示，反之稱為逆效率，用符號 η表示，為了保證轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高 [10]；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動返回直線行駛位 置，又需要有一定的逆效率。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。通常將這種變化關系稱為轉(zhuǎn)向器的傳動間隙特性。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動比有關，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和 18 靈敏性。輪輻一般為三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。因此，最近裝備氣囊的汽車開始裝用電纜盤，代替集電環(huán)。如圖 圖 轉(zhuǎn)向系布置形式 21 本章小結(jié) 本章主要介紹轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能參數(shù)，對機械式轉(zhuǎn)向器的布置方案確定，簡單說明轉(zhuǎn)向器在汽車內(nèi)的布置位置以及布置形式 。 （ 2）齒輪與齒條的嚙合角永遠等于壓力角。 如圖 所示，轉(zhuǎn)向操縱機構一般由轉(zhuǎn)向盤 上轉(zhuǎn)向軸總成 1轉(zhuǎn)向管柱 轉(zhuǎn)向傳動軸 2轉(zhuǎn)向萬向節(jié)叉總成 滑動叉萬向節(jié)總成 28 等組成。一汽紅旗、奧迪轎車的轉(zhuǎn)向操縱機構與此類似，如圖 所示，只是無可折疊的安全元件。轉(zhuǎn)向軸分為上轉(zhuǎn)向軸和套在軸上的下轉(zhuǎn)向軸兩部分，二者用塑料銷釘連成一體。當向下扳動手柄時，鎖緊螺 栓的螺紋放松，轉(zhuǎn)向管柱即可以下托架上的樞軸 1 為中心在裝有螺栓的支架長孔范圍內(nèi)上下移動。 當前橋僅為轉(zhuǎn)向橋時，由左、右梯形臂 5 和轉(zhuǎn)向橫拉桿 6 組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋之后，如圖 (a)所示，稱為后置式；這種 布置簡單方便，且后置的橫拉桿 6有前面的車橋做保護，可避免直接與路面障礙物相碰撞而損壞。兩端接頭結(jié)構相同，如圖 (b)所示。與此同時，轉(zhuǎn)向傳動機構中的轉(zhuǎn)向梯形也必須分成兩段或三段。裝配時上、下球頭座凹凸部分互相嵌合。裝配時應將標記對齊。當需要調(diào)整轉(zhuǎn)向軸的軸向位置時，先向下推調(diào)節(jié)手柄 3，使限 位塊松開，再軸向移動轉(zhuǎn)向盤，調(diào)到合適的位置后，向上拉調(diào)節(jié)手柄，將上轉(zhuǎn)向軸鎖緊定位。在上述兩次沖擊過程中，上、下轉(zhuǎn)向柱管之間均產(chǎn) 生相對滑動。塑料銷的傳力能力受到嚴格限制，它既能可靠地傳遞轉(zhuǎn)向力矩，又能在受到?jīng)_擊時被剪斷，因此，它起安全銷的作用。 十字軸 19 有兩個，上裝滑脂嘴 23，潤滑 4 個滾 針軸承 21，由彈性擋圈 22 固定在萬向節(jié)叉上。） 齒頂高： 2ah = *anh ? mn =3 mm * ? 齒根高： 2fh =(h*an + *nc ) nm = nm = mm * ? 齒高： 2 2 2 h h? ? ? mm 齒距： ??? mm 轉(zhuǎn)向器 齒輪 齒條 的 強度校核 接觸疲勞強度計算 [14] 2 c o s / s i n c o s 2 . 4 8hbz ? ? ??? tan tan cosbt? ? ?? ?? 4 (1 ) 0 .9 43z ??????? ? ??? ? ? ? cos ? ??? Ez 查表取 A V H HK K K K K??? ? ? ? 在 —2 之間取值 3112 / 2 1 7 5 1 0 / 2 4 . 3 1 4 4 0 3 . 3tF T d? ? ? ? ? U= 2 1 2 1//d d z z?? 1 6z? 方向盤能轉(zhuǎn)動 3 圈 21 3 18 20zz? ? ? ? 25 11 []tH H E HF uz z z z b d u??????? （ ） [ l im] 96 % 0. 96 15 00 14 40HH??? ? ? ?mpa 1 4 4 0 3 . 2 4 . 6 2 52 . 4 8 0 . 9 4 0 . 9 9 1 1 9 . 8 2 4 . 3 3 4 . 0 2 3 . 6 2 5H? ? ? ? ? ?= ? 1440mpa 接觸疲勞強度滿足需 要。通常，這類轉(zhuǎn)向器的齒輪模數(shù)多在 23mm范圍內(nèi)，壓力角為 20176。選擇方向盤直徑與汽車類型有關，本次設計為微型車，方向盤直徑選擇為400mm。轉(zhuǎn)向盤的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會感到 “輪輕 ”，操做感良好，但同時也容易受到轉(zhuǎn)向盤的反彈 (即 “打手 ”)的影響，為了設定適當?shù)膽T性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等。此后，才需要對轉(zhuǎn)向盤施加更大的轉(zhuǎn)向力矩，以克服經(jīng)車輪傳到轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 ，從而實現(xiàn)使各轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)。為了保證轉(zhuǎn)向器傳動副磨損最大的中間部位能通過調(diào)整來消除因磨損而形成的間隙，調(diào)整后當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時又不致于使轉(zhuǎn)向器傳動副在其他嚙合部位卡住。 轉(zhuǎn)向盤角速度 w 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 kw 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動比 0wi ，即 0 //ww k k kw d d t di w d d t d????? ? ? （ ） 式中： d? —轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； kd? —轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； dt—時間增量。根據(jù)逆效率值的大小，轉(zhuǎn)向器又可分為可逆式、極限可逆式與不可逆試三種。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器曾廣泛用于輕型和中型汽車上，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器則是當前廣泛使用的一種結(jié)構，高級轎車和輕型及以上的客車、貨車均多采用。但是在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務。 汽車的轉(zhuǎn)向系根據(jù)其轉(zhuǎn)向能源的不同，可分為機械式轉(zhuǎn)向系和動力式轉(zhuǎn)向系。不滿組這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。因此，必須對 EPS 系統(tǒng)與汽車上的其它子系統(tǒng)進行匹配，以利整車性能達到最優(yōu)化。 液壓助力轉(zhuǎn)向器自五十年代發(fā) 展以來，已日趨成熟，得到廣泛應用，近幾年主要是提高現(xiàn)機構的輕量化，簡化結(jié)構；提升工作油壓。 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是現(xiàn)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向，其工作原理是： EPS 系統(tǒng)的ECU 對來自轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩傳感器和車速傳感器的信號進行分析處理后，控制電機產(chǎn)生適當?shù)闹D(zhuǎn)矩，協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向操作。 現(xiàn)在國外變速比轉(zhuǎn)向器正進入完全成熟的階段，可以看出它是解決汽車轉(zhuǎn)向輕便性的一個最廉 價而有效的措施。人類逐漸意識到全球變暖的問題，從而需要改進燃燒效率，并且對具有環(huán)保、節(jié)能型特點的產(chǎn)品需求不斷增加。但電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不論 ECHPS 還是 EHPS 都與傳統(tǒng)的 HPS 一樣存在液壓油泄漏問題。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式 (用于需要較大的轉(zhuǎn)向力時 )。 1 第 1 章 緒 論 汽車轉(zhuǎn)向系 設計的目的及意義 汽車在行駛過程中，為了適應各種道路情況和行駛條件，經(jīng)常需要改變行駛方向或修正行駛方向，如轉(zhuǎn)向、超車和避讓等。普通的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建立在機械轉(zhuǎn)向的基礎上，通常根據(jù)機械式轉(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。 EHPS 相比傳統(tǒng) HPS 降低了能源損耗。對零部件生產(chǎn)，特別是轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，更表現(xiàn)突出。轉(zhuǎn)向的輕便性要求系統(tǒng)具有較大的傳動比，同時方向盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不宜太多。 目前我國生產(chǎn)的商用車和轎車上采用的大多是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它是比較成熟和應用廣泛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其中液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于其工作壓力大，結(jié)構緊湊，而廣泛應用。 （ 4） EPS 系統(tǒng)與整車性能匹配：汽車本身是由各子系統(tǒng)組成的既 相互