【正文】 （ ） 因結(jié)構(gòu)原因，螺距 P 不能變化，但可以用改變齒扇嚙合半徑 r 的方法，達到使循環(huán)球齒條齒扇式轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)變速比的目的。角傳動比增加后，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角速度對轉(zhuǎn)向盤角速度的響 19 應(yīng)變得遲鈍，使轉(zhuǎn)向操縱時間增長，汽車轉(zhuǎn)向靈敏性降低，所以 “輕 ”和 “靈 構(gòu)成一對矛盾。從 hwF FFi /2? 式可知，當(dāng) wF一定時，增大 Fi 能減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF ，使操縱輕便。由 此可見，研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比 ?i 及其變化規(guī)律即可。 ? ? 2L / 1L 。 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0?i 轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比，除用 kF ddi ??? /39。轉(zhuǎn)向盤直徑 swD 根據(jù)車型不同在 JB4505—86 轉(zhuǎn)向盤尺寸標準中規(guī)定的系列內(nèi)選取。 18 將式 （ ） 、式 （ ） 代入 hwF FFi /2? 后得到 aMDMi h swrp ? （ ） 分析式 （ ） 可知，當(dāng)主銷偏移距 a 小時，力傳動比 Fi 應(yīng)取大些才能保證轉(zhuǎn)向輕便。 （ ） 傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳 動比的關(guān)系 輪胎與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力 wF 和作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 rM 之間有如下關(guān)系 aMF rw ? （ ） 式中 ： a —— 主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面交線間的距離。i kpkpkp ddtdi ??????? /39。0 ??? iii ? 。 它又由轉(zhuǎn)向器角傳動比 ?i 和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比 39。 ?? = 傳動比的變化特性 轉(zhuǎn)向系傳動比 轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0?i 和轉(zhuǎn)向系的力傳動比 pi 。之間。通常螺線導(dǎo)程角選在 8186。當(dāng)導(dǎo)程角小于或等于摩擦角時，逆效率為負值或者為零，此時表明該轉(zhuǎn)向器是不可逆式轉(zhuǎn)向器。受??增大的影響 。它的逆效率較低，在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分 緊張，同時轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器要小。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。該沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。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。這既減輕了駕駛員的疲勞，又提高了行駛安全性。 路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其它地方的桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿和螺 ）（ ???? ??? 0 0tan tan （ ） 式中 ： 0? —— 蝸桿 （ 或螺桿 ） 的螺線導(dǎo)程角； ? —— 摩擦角， farctan?? ； f —— 摩擦因數(shù) ，取 f = 。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率，根據(jù)試驗結(jié)果分別為70％和 75％。如蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的滾輪與支持軸之間的軸承可以選用滾針軸承、圓錐滾子軸承和球軸承等三種結(jié)構(gòu)之一。 轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是固定銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯的低些。為了減輕在不平路面上行駛時駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用 力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手又要求此逆效率盡可能低。 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。 121 /)( PPP???? （ ） 反之稱為逆效率，用符號 ?? 表示 。 根據(jù)汽車的前軸負荷來選取循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模數(shù) 1G = 1940? = 19012 N 表 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器齒扇齒模 齒扇齒模數(shù)m/mm 3． 0 3． 5 4． 0 4． 5 5． 0 6． 0 6． 5 轎 車 排量 /mL 500 1000～ 1800 1600～ 2020 2020 2020 前軸負荷 /N 3500～3800 4700～ 7350 7000～ 9000 8300～11000 10000～11000 貨車 和大 客車 前軸負荷 /N 3000～ 5000 4500～ 7500 5500～ 18500 7000～ 19500 9000～ 24000 17000～37000 23000～ 44000 最大裝載質(zhì)量 /kg 350 1000 2500 2700 3500 6000 8000 因為是貨車 ， 所以 m = 。因此，可以用此值作為計算載荷。 14 根據(jù)公式（ ），代入?yún)?shù)得， Fk = 357 N。mm） 。mm） pGfM R313? （ ） 式中 ： f —— 輪胎和路面間的滑動摩擦因數(shù)，一般取 f =； 1G —— 轉(zhuǎn)向軸負荷 （ N） ； p —— 輪胎氣壓 （ MPa） 。 精確地計算出這些力是困難的。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。 轉(zhuǎn)向系計算載荷的確定 為了保證行駛安全，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。 本章主要事對轉(zhuǎn)向器的基本結(jié)構(gòu)形式的選擇， 通 過對目前各種形式轉(zhuǎn)向器設(shè)計方案進行分析 比較 ， 綜合 考慮， 采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為設(shè)計方案。m。 42176。雙銷式的結(jié)構(gòu)較單銷式復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對兩指銷間的位置精度、 蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動比的變化特性及傳動間隙特性的變化也受到限制。 固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但因銷不能自轉(zhuǎn)，指銷工作部位基本不變，所以磨損快、工作效率低。 由于齒 輪齒條式轉(zhuǎn)向器逆效率高 （ 60%～ 70%），汽車在不平路面上行駛時發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤，反沖現(xiàn)象會使駕駛員緊張，并難以控制汽車行駛方向，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。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸采用萬向節(jié)連接的結(jié)構(gòu)，可以通過合理布置保證在汽車正面碰撞時，防止轉(zhuǎn)向軸等向車身內(nèi)移動，這種結(jié)構(gòu)雖然不能吸收碰撞能量，但其結(jié)構(gòu)簡單，主要萬向節(jié)連接的兩軸之間存在夾角，正面撞車后轉(zhuǎn)向盤沒有后移便不會影響駕駛員安全。為此，需要在轉(zhuǎn)向 系中設(shè)計安裝能吸收沖擊能量的機構(gòu)，或者采取能減輕駕駛員受傷程度的措施。 轉(zhuǎn)向軸的防傷安全措施 根據(jù)交通事故統(tǒng)計資料和對汽車碰撞試驗結(jié)果的分析表明：汽車在正面碰撞時，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器是使駕駛員受傷的主要元件。在選擇轉(zhuǎn)向盤直徑時，應(yīng)考慮與汽車的類型和大小相適應(yīng)。采用最大直徑的轉(zhuǎn)向盤，會使駕駛員進出駕駛室感到困難；若采用較小直徑的轉(zhuǎn)向盤，則在轉(zhuǎn)向時要求駕駛?cè)藛T施加較大的力量。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。雙銷與單銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器比較，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量大，并且對兩主銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸 精度等要求高。雙銷式轉(zhuǎn)向器在直線行駛區(qū)域附近，兩個銷子同時工作，可降低銷子上的負荷，減少磨損。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進行。 11 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的銷子如不能自轉(zhuǎn)，稱為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器；銷子除隨同搖臂軸轉(zhuǎn)動外，還能繞自身州縣轉(zhuǎn)動的，稱為旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動比不能變化。 10 圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器示意圖 圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的間隙調(diào)整機構(gòu) 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(gòu)成。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有螺桿和螺母共同形成的 螺栓 槽內(nèi)裝鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成，如圖 22 所示。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動效率高、工作平穩(wěn)、可靠，螺桿及螺母上的螺旋槽經(jīng)滲碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、壽命長。它們各有兩個傳動副，前者為：螺桿、鋼球和螺母傳動副以及 螺母 上的齒條和搖臂軸上的齒扇傳動副；后者為螺桿、鋼球和螺母傳動副以及螺母上的銷座與搖臂軸的錐銷或球銷傳動副。載質(zhì)量不大， 前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置：形式轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。要求這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向塊與導(dǎo)向槽之間的配合要適當(dāng)。 為了防止齒條旋轉(zhuǎn)，也有在轉(zhuǎn)向器殼體上設(shè)計 導(dǎo)向槽的，槽內(nèi)嵌裝導(dǎo)向塊，并將拉桿、導(dǎo)向塊與齒條固定在一起。在齒條與托座之間通常裝有用減磨材料（如聚四氟乙烯）做的墊片，以減少滑動摩擦。圓形斷面齒條的制作工藝比較簡單。因為斜齒工作時有軸向力作用，所以轉(zhuǎn)向器應(yīng)該采用推力軸承，使軸承壽命降低，還有斜齒輪的滑磨比較大是它的缺點。此外，齒輪軸線與齒條軸線之間的夾角只能是直角，為此因與總體布置不適應(yīng)而遭淘汰。 側(cè)面輸入，一端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，常用在平頭貨車上。拉桿與齒條用螺栓固定連接，因此，兩拉桿那與齒條同時向左或右移動，為此在轉(zhuǎn)向器殼體上開有軸向的長槽，從而降低了它的強度。 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 采用側(cè)面輸入，中間輸出方案時，與齒條連的左，右拉桿延伸到接近汽車縱向?qū)ΨQ平面附近。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。還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造成本低。與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比較?。粋鲃有矢哌_ 90%；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙以后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧。對于前軸負荷較大且未裝動力轉(zhuǎn)向的汽車來說，為了避免 “轉(zhuǎn)向沉重 ”，則應(yīng)選擇具有兩端的角傳動比較大、中間較小的角傳動比變化特性的轉(zhuǎn)向器。因為高速行駛時，很小的前輪轉(zhuǎn)角也會導(dǎo)致產(chǎn)生較大的橫向加速度使輪胎發(fā)生側(cè)滑。 關(guān)于轉(zhuǎn)向器角傳動比對使用條件的適應(yīng)性問題，也是選擇轉(zhuǎn)向器時應(yīng)考慮的一個方面。轎車、客車多行駛于好路面上，可以選用正效率高、可逆程度大些的轉(zhuǎn)向器。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器曾廣泛用在輕型和中型汽車上，例如：當(dāng)前軸軸荷不大于 且無動力轉(zhuǎn)向和不大于 4t 帶動力轉(zhuǎn)向的汽車均可選用這種結(jié)構(gòu)型式。 對轉(zhuǎn)向其結(jié)構(gòu)形式的選擇，主要是根據(jù)汽車的類型、前軸負荷、使用條件等來決定，并要考慮其 效率特性、角傳動比變化特性等對使用條件的適應(yīng)性以及轉(zhuǎn)向器的其他性能、壽命、制造工藝等。 7 第 2 章 轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案分析 根據(jù)所采用的轉(zhuǎn)向傳動副的不同，轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式有多種。 對設(shè)計參數(shù)進行分析與確定，并在此基礎(chǔ)上對轉(zhuǎn)向機構(gòu)計算研究。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(chǔ)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(shù)支持。另外同樣安全氣囊與駕駛員間的距離加大，使得安全氣囊可以張得更大，以增加對駕駛員的保護；提高了汽車的操縱性，由于可以實現(xiàn)傳動比的任意設(shè)置，并針對不同的車速，轉(zhuǎn)向狀況進行參數(shù)補償，從而提高汽車的操縱性；提高汽車的全面智能化，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以和其它的設(shè)備如 ABS、防碰撞、自動導(dǎo)航、自動駕駛等系統(tǒng)結(jié)合起來，最終實現(xiàn)汽車的全面智能化；改善駕駛員的路感，在 SBW 中路感由模擬生成，使得在回正力矩控制方面可以從信號中提出最能夠反應(yīng)汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息， 6 作為方向盤回正力矩 的控制變量，使方向盤僅僅向駕駛員提供有用的信息，從而為駕駛員提供更為真實的 “路感 ”。 隨著電子技術(shù)和控制方法的進一步發(fā)展，有人提出了一個大膽的假設(shè)：即取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，這就是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 （ 4） ECHPS 系統(tǒng)與整車性能匹配：汽車本身是由各子系統(tǒng)組成的既相互聯(lián)系又相互制約的有機整體，當(dāng)汽車某個子系統(tǒng)改變時，整車性能也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 （ 3）轉(zhuǎn)向控制技術(shù)：由于 ECHPS 系統(tǒng)在原有的機械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中增加了電機和減速器，使得轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)的慣性增大，為此需引入慣性控制和阻力控制，避免在電機開始助力和結(jié)束助力時對轉(zhuǎn)向操縱產(chǎn)生影響?？紤]到可靠性問題，目前國外多采用非接觸式。所以電機電流較大，這給驅(qū)