【正文】 映汽車實際行駛狀態(tài)和路面狀況的信息，作為轉(zhuǎn)向盤回正力 矩的控制變量，使轉(zhuǎn)向盤僅僅揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 7 頁 向駕駛員提供有用信息，從而為駕駛員提供更為真實的“路感”。 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器 概述 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器 結(jié)構(gòu)及工作原理 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 8 頁 與轉(zhuǎn)向齒輪嚙合的轉(zhuǎn)向齒條 4 水平布置，兩端通過球頭座 3 與轉(zhuǎn)向橫拉桿 1 相連。 彈簧的預(yù)緊力可用調(diào)整螺塞 6 調(diào)整。 中間輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖 12所示，其結(jié)構(gòu)及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器基本相同，不同之處在于它在轉(zhuǎn)向齒條的中部用螺栓 6與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿 7相連。 圖 12 橫拉桿 齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向器 功能特點 (1)構(gòu)造筒單 ,結(jié)構(gòu)輕巧。 (3)滑動和轉(zhuǎn)動阻力小 ,轉(zhuǎn)矩傳遞性能較好 ,因此 ,轉(zhuǎn)向力非常輕。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 9 頁 電控液壓 助力 轉(zhuǎn)向 器概述 的簡單介紹： 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱為 EHPAS(ElectroHydraulic Power Assist Steering)，系統(tǒng)部件主要包括電動機(jī)、液壓泵、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元、 EHPAS警告燈以及助力油儲液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動機(jī)及液壓泵通常安裝在一起。 油泵利用曲軸的皮帶盤驅(qū)動，多采用葉片式或齒輪式油泵，都裝有量孔及流量控制閥和安全閥（限壓閥），控制油泵的輸出流量的多少和油壓的高低。在此只重溫液壓常流式工作原理，其他內(nèi)容從略。油泵輸出的油液，通過分配閥直接流回油罐，是“低壓循環(huán)常流”狀態(tài)（ ～ ），油泵無負(fù)荷運轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)功率損失小。油液通過分配閥的轉(zhuǎn)換油道，流入動力缸的右側(cè) R或左側(cè) L，進(jìn)行油液換位。 實際上液壓轉(zhuǎn)向助力，是力的爭斗和平衡過程。 P總是和 R成正比；與 F成反 比； R不是定值（與路面有關(guān)），并與車速成反比。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 10 頁 EHPS 的技術(shù)特點： 相對于機(jī)械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有以下特點 ： 1)優(yōu)點 ① 由于電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了電動機(jī)代替發(fā)動機(jī)驅(qū)動機(jī)械液壓泵，這在一定程度上降低了發(fā)動機(jī)的負(fù)荷，從而降低了燃油消耗。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動機(jī)在不需要提供助力時只有很小的電流通過 ，只有在需要提供助力時才會提高通過的電流，這樣可以避免消耗不必要的電能。 ④ 由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以使用故障診斷儀輔助故障的檢修。 ② 電 控液壓助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)和機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相同，都 帶有液壓管路和儲油罐等，系統(tǒng)不能實現(xiàn)模塊化設(shè)計，各部件在車身上的布置仍然有一定的局限性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已從簡單的純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ HydraulicPowerSteering，簡稱 HPS）、電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ ElectricHydraulicPowerSteering，簡稱 EHPS）發(fā)展到如今的更為節(jié)能及操縱性能更為優(yōu)越的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ ElectricalPowerSteering，簡稱 EPS）。如果轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪通揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 11 頁 過控制信號連接，即采用電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ SteeringByWireSystem，簡稱 SBWS），轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和汽車前輪轉(zhuǎn)角之間關(guān)系（汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性）的設(shè)計就可以得到改善，從而降低駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，改善人 — 車閉環(huán)系統(tǒng)性能 本課題研究的目的和意義 改革開放以來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛。有資料顯示，國外有很多國家的轉(zhuǎn)向器廠，都已發(fā)展成大規(guī)模生產(chǎn)的專業(yè)廠，年產(chǎn)超過百萬臺，壟斷了轉(zhuǎn)向器的生產(chǎn)，并且銷售點遍布了全世界。隨著汽車高速化和超低扁平胎的通用化，過去采用循環(huán)球轉(zhuǎn)向器和循 環(huán)球變傳動比轉(zhuǎn)向器只能相對地解決轉(zhuǎn)向輕便性和操縱靈便性的問題，要想從跟本上解決這兩個問題只有安裝動力轉(zhuǎn)向器。 液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于工作壓力和工作靈敏度較高，外廓尺寸較小，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 本文主要研究內(nèi)容 汽車動力轉(zhuǎn)向系在給 出數(shù)據(jù)計算結(jié)果下所選取合適的轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 12 頁 2 汽車主要參數(shù)的選擇 汽車主要尺寸的確定 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等，如圖 21 所示。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。因此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。 普通車的軸距 轎車的軸距與其類型、用途、總長有密切關(guān)系。轎車的軸距約為總長的54％ — 60％。但若軸距與總長之比超過 62％，則會使發(fā)動機(jī)、行李箱和備胎的布置困難，外形的各部分比例也不協(xié)調(diào)。 受汽車總寬不得超過 限制，輪距不宜過大。在確定后輪距 B2 時，應(yīng)考慮兩縱梁之間的寬度、懸 架寬度和輪胎寬度以及它們之間應(yīng)留有必要的間隙。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 14 頁 外廓尺寸 汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動性。 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量 m0 、載客量裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量 ma、軸荷分配等。 整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)型有影響。在日常工作中，收集大量同類汽車各總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新車設(shè)計的特點、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計成整車整備質(zhì)量。 （ 2）汽車的裝載質(zhì)量 me 汽車的載質(zhì)量是指在硬質(zhì)良好路面上行駛時所允許的額定載質(zhì)量。越野汽車的載質(zhì)量是指越野汽車行駛時或在土路上行駛的額定載質(zhì)量。原則上，貨流大、運距長或礦用自卸車應(yīng)采用大噸位貨車以利降低運輸成本，提高效率；對貨源變化頻繁、運距短的市內(nèi)運輸車，宜采用中、小噸位的貨車比較經(jīng)濟(jì)。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計水平和工藝水平， ?0m值越大，說明該汽 車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。 乘用車和商用客車的總質(zhì)量 ma 由整備質(zhì)量 m0 、乘員和駕駛員質(zhì)量以及乘員的行李質(zhì)量三部分構(gòu)成。 汽車的軸荷分配是汽車的重要質(zhì)量參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱件和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響。汽車的布置型式對揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 16 頁 軸荷分配影響較大，對轎車而言，前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的轎車滿載時的前軸負(fù)荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足 夠的附著力；前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動的轎車滿載時的后軸負(fù)荷一般不大于 52％；后置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動的轎車滿載時后軸負(fù)荷最好不超過 59％，否則，會導(dǎo)致汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。當(dāng)然還應(yīng)考慮與動力 — 傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù) (例如汽車的最小離地間隙、總高等 )的影響 輪胎所承受的最大靜負(fù)荷與輪胎額定負(fù)荷之比 ，稱為輪胎負(fù)荷系數(shù)。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負(fù)荷大，故它們的輪胎負(fù)荷系數(shù)應(yīng)接近下限。采用高強(qiáng)度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負(fù)荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。轎車都采用直徑較小、面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性 。 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）保證汽車有較高的機(jī)動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。 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。 9) 在車禍中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后 移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向管柱。采用柔性萬向節(jié)可減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動，但柔性萬向節(jié)如果過軟，則會影響轉(zhuǎn)向系的剛度。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 18 頁 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。 3steering column 。 5steering wheel 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂以及轉(zhuǎn)向橫拉桿等。 圖 32 轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu) Fig 32 the transmission system of steering 1轉(zhuǎn)向搖臂； 2轉(zhuǎn)向縱拉桿； 3轉(zhuǎn)向節(jié)臂； 4轉(zhuǎn)向梯形臂； 5轉(zhuǎn)向橫拉桿 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 19 頁 轉(zhuǎn)向器 機(jī)械轉(zhuǎn)向器是將司機(jī)對轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)向搖臂的擺動（或齒條沿轉(zhuǎn)向車軸軸向的移動），并按一定的角轉(zhuǎn)動比和力轉(zhuǎn)動比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。高級轎車和重型載貨汽車為了使轉(zhuǎn)向輕便，多采用這種動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 為了避免汽車在撞 車時司機(jī)受到的轉(zhuǎn)向盤的傷害，除了在轉(zhuǎn)向盤中間可安裝安全氣囊外，還可在轉(zhuǎn)向系中設(shè)置防傷裝置。 多數(shù)兩軸及三軸汽車僅用前輪轉(zhuǎn)向；為了提高操縱穩(wěn)定性和機(jī)動性，某些現(xiàn)代轎車采用全四輪轉(zhuǎn)向；多軸汽車根據(jù)對機(jī)動性的要求，有時要增加轉(zhuǎn)向輪的數(shù)目，制止采用全輪轉(zhuǎn)向 。即首先應(yīng)使左、右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時前外輪的轉(zhuǎn)彎值在汽車軸距的 2~ 倍范圍 內(nèi)；其次，應(yīng)這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 20 頁 圖 33 理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin 與其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角 ?maxi 與 ?maxo 、軸距 L、主銷距 K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂 a 等尺寸有關(guān)。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的 條件下以低速轉(zhuǎn)彎時前外輪與地面接觸點的軌跡構(gòu)成圓周的半徑?！?40186。 操縱輕便型的要求是通過合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動比、力傳動比和傳動效率來達(dá)到。但要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤上的反向沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率有不宜太高。 轉(zhuǎn)向器及其縱拉桿與緊固件的稱重，約為中級以及上轎車、載貨汽車底盤干重的%～ %；小排量以及下轎車干重的 %～ %。 揚州大學(xué) 汽車動力轉(zhuǎn)向系設(shè)計 馮荔星 第 21 頁 轉(zhuǎn)向系的效率 功率 p1 從轉(zhuǎn)向 軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為轉(zhuǎn)向器的正效率，用符號?? 表示，；反之稱為逆效率，用符號 ?? 表示。 正效率高，轉(zhuǎn)向輕便；轉(zhuǎn)向器應(yīng)具有一定逆效率，以保證轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤的自動返回能力。 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、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。 （ 1）轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率 在四種轉(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。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。另外兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器效率分別為 70%和 75%。 （ 2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率 如果忽略軸承和其經(jīng)地方的摩擦損失，只考慮嚙合副的摩擦損失，對于蝸桿類轉(zhuǎn)向器，其效率可用下式計算 )tan(tan0 0 ?? ??? a a （ 43） 式中， a0 為蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角；ρ為摩擦角，ρ =arctanf； f為磨擦因數(shù)。 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。但是，在不平路面上行駛時，傳至轉(zhuǎn)向盤上的車輪沖擊力，易使駕駛員疲勞，影響安全行駕駛。 不可逆式和極限可逆式轉(zhuǎn)向器 不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪 受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。同時，它既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺，因此，現(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。在車輪受到?jīng)_擊力作用時，此力只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。受 ??增大的影響，a0 不宜取得過大。為此，導(dǎo)程角必須大于磨擦角。 轉(zhuǎn)向 系的力傳動比 : FFi Wp /2? （ 45） 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 : kkkw dddtd dtdi ??????? ??? //0 （ 46） 轉(zhuǎn)向系的角傳動比 0?i 由轉(zhuǎn)向器角傳動比 ?i 和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)角傳動比 ?i? 組成 , 即 ??