【正文】 ower steering)，一般有油泵、 V形帶輪、油管、供油裝置、助力裝置和控制閥?，F(xiàn)在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用的最多。 隨著轎車車速的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向暴露出一個(gè)致命的缺點(diǎn)，即若要保證汽車在停車或低速掉頭時(shí)轉(zhuǎn)向輕便的話，汽車在高速行駛時(shí)就會(huì)感到有 “發(fā)飄 ”的感覺：反之，若要保證汽車在高速行駛時(shí)操縱有適度感的話，那么當(dāng)其要停車或低速掉頭時(shí)就會(huì)感到轉(zhuǎn)向太重，兩者不能兼顧，這是由傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)所決定的。近年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中愈來愈多的采用電子器件。電液助力轉(zhuǎn)向可以分為兩大類：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) EHPS、電控液壓助力轉(zhuǎn)向 ECHPS[2]。 ECHPS 是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電控裝置構(gòu)成的。該裝置優(yōu)于普通的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，在不同車速下可通過轉(zhuǎn)向電腦 ECU自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤的操作力，在低速行駛或車輛就位時(shí)，駕駛員只需用較小的操作力就能靈活進(jìn)行轉(zhuǎn)向；而在高速行駛時(shí)，則自動(dòng)控制使操作力逐漸增大，實(shí)現(xiàn)操縱的穩(wěn)定性。和液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器相比，電動(dòng)轉(zhuǎn)向器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：效率高，路感好、符合環(huán)保要求等，它是轉(zhuǎn)向器未來發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)的主動(dòng)安全裝置，有電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (4WS)、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) (EPS)等。為了使所有車輪處于純滾動(dòng) 4 而無滑動(dòng)，要求全部車輪都繞同一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向的同一時(shí)刻，每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向半徑都是不同的。而且車速越高，后輪側(cè)偏越大，結(jié)果使車輪轉(zhuǎn)向在高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性明顯降低。后輪相對(duì)于前輪的轉(zhuǎn)向，分為同向轉(zhuǎn)向 (后輪與前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致 )和逆向轉(zhuǎn)向（后輪與前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反）。因此，采用電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，電子控制單元 (ECU)根據(jù)多個(gè)傳感器提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出后輪距目標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值，再向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令使后輪偏轉(zhuǎn)。四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自 1978 年在馬自達(dá) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)日益廣泛的被采用，不僅在重型汽車 L必須采用，在高級(jí)轎車上采用的也較多，就是在中型汽車上也逐漸推廣。雖然帶來成本較高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，但由于它的優(yōu)點(diǎn)明顯，還是得到很快的發(fā)展。由寸動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各國(guó)的生產(chǎn)廠家都正在組織力量，大力開展試驗(yàn)研究工作，提高使用性能、減小總成體積、降低生產(chǎn)成本、使之產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 不同類型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 傳統(tǒng) 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由駕駛員操縱方向盤，通過轉(zhuǎn)向器和一系列的桿件傳遞到轉(zhuǎn)向輪來完成的。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。但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉，目前該類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除在一些轉(zhuǎn)向操縱力不大、對(duì)操控性能要求不高的農(nóng)用車上使用外已很少被采用。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(gè)液壓系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般由機(jī)械轉(zhuǎn)向器、液壓泵、油管、分配閥、動(dòng)力缸、溢流閥和限壓閥、油缸等部件組成。其分配閥、轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力缸置于一個(gè)整體，分配閥和主動(dòng)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(dòng)。在齒條的一端裝有活塞，并位于動(dòng)力缸之中，齒條左端與轉(zhuǎn)向橫拉桿相接。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(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的壓力來實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時(shí)的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的流量來確定。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點(diǎn)。 EHPS 是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點(diǎn)是原來由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后 6 仍 可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時(shí)轉(zhuǎn)向效果不變，高速時(shí)可以自動(dòng)根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。一般由電氣和機(jī)械 2 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(dòng)泵。簡(jiǎn)單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛 時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動(dòng)力缸，推動(dòng)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。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。 1990 年日本 Honda 公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車 NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)，從此揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新 Aclass 等車型上紛紛被采用。其工作過程為：扭矩傳感器檢測(cè) 駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號(hào)。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。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。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。相反 EPS 僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需零部件要向電機(jī)提供的能量。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時(shí)，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(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤一角度然后松開時(shí)， EPS 系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。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(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。但EPS 是由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元（ ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個(gè)矛盾。 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ 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(duì)更多不同水平的駕駛?cè)巳?，汽車的易操縱性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。它是繼 EPS 后發(fā)展起來的新一代轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有比 EPS 操縱穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)，它取消轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接，完全由電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，徹底擺脫傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所固有的限制，提高了汽車的安全性和駕駛的方便性。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(hào)。主控制器控制轉(zhuǎn)向盤模塊和轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的協(xié)調(diào)工作。 汽車轉(zhuǎn)向系的作用是保持或者改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛中，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。轉(zhuǎn)向系對(duì)汽車行駛的適應(yīng)性、安全性都具有重要的意義。不滿組這項(xiàng)要求會(huì)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(dòng)。 （ 5）保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)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(shí)，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。 （ 11）方向盤左置。 （ 13）當(dāng)汽車前行向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向盤向左向右的回轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力不能有顯著的差別。 本 章主要研究?jī)?nèi)容：總結(jié)分析相關(guān)文獻(xiàn)，分析各轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)劣所在，結(jié)合實(shí)際情況初步選定所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器類型。 10 第 2章 液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器方案分析及確定 汽 車的轉(zhuǎn)向系根據(jù)其轉(zhuǎn)向能源的不同，可分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力式轉(zhuǎn)向系。常見的有齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等。中、小型轎車以及前軸軸荷小于 的客車、貨車，多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。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。 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)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。反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，同時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。 11 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的四種形式 根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)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，前軸梯形；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，如圖 。 12 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到 75％ —80％；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條與齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來做整體式 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損后，調(diào)整嚙合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變 化。根據(jù)銷子 數(shù)量不同，又分為單銷和雙銷之分。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的減速增扭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置 [9]，其功用是增大轉(zhuǎn)向盤傳動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)的力并改變力的傳遞方向?，F(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向器已演變定型，中型和重型汽車多采用循環(huán)球式 轉(zhuǎn)向器，小型車多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本文為輕型車轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)，故采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 13 1活塞； 2齒條； 3右轉(zhuǎn)彎油管 圖 右轉(zhuǎn)彎時(shí)液壓油缸動(dòng)作 1—橫拉桿； 2—左轉(zhuǎn)進(jìn) 油管； 3—右轉(zhuǎn)進(jìn)油管； 4—右轉(zhuǎn)進(jìn)油口； 5—轉(zhuǎn)向輸入軸； 6—旋轉(zhuǎn)式控制閥； 7—出油口； 8—進(jìn)油口； 9—左轉(zhuǎn)進(jìn)油口； 10—?jiǎng)恿Ω祝?11—活塞； 12—轉(zhuǎn)向齒條； 13—防塵套。齒條活塞兩邊的齒條套管都被密封起來，形成兩個(gè)分開的油液腔，連接左、右轉(zhuǎn)向回路。 齒輪齒條式液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器與其他形式的轉(zhuǎn)向器比較，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向 器最主要的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)量較??；傳動(dòng)效率高達(dá) 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(dòng)小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，能自動(dòng)消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時(shí)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。根據(jù)這套助 14 力裝置提供能源不同分為液壓式 動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和電動(dòng)式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。 液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器有常壓式和常流式兩種。對(duì)于常流式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器，其液壓泵始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，通過機(jī)械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向控制閥 (轉(zhuǎn)閥或者滑閥 )處于與某一轉(zhuǎn)彎方向相應(yīng)的工 作位置時(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的相應(yīng)工作腔與回油管路隔絕，轉(zhuǎn)而與油泵輸出管路相同，而動(dòng)力缸的另一腔仍然通回油管路。于是轉(zhuǎn)向油泵輸出壓力急劇升高，直到足以推動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞為止。 比較而言，常流式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、油泵壽命較長(zhǎng)、泄漏量較少、功率消耗也較少，因此，目前除少數(shù)重型汽車采用常壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器外，其他大量的汽車均采用常流式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。也有將各部分分離組裝的產(chǎn)品，但是這種產(chǎn)品目前已不多見。 如圖 所示，汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)閥處于中間位置。此時(shí)，上、下腔油壓相等且很小，齒條一活塞 19 既沒有受到轉(zhuǎn)向螺桿的軸向推力，也沒有受到上、下腔因壓力差造成的軸向推力。 參見圖 ，汽車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤使短軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過其下端軸銷子帶動(dòng)閥芯同步轉(zhuǎn)動(dòng)， 這個(gè)扭距也通過具有彈性的扭桿軸傳給下端軸蓋，下端軸蓋邊緣上的缺口通過固定在閥體上的銷子帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)，閥體通過其下端缺口和銷子，把轉(zhuǎn)向力矩傳給螺桿。這個(gè)轉(zhuǎn)矩促使扭桿軸發(fā)生彈性扭轉(zhuǎn)，造成閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，兩者產(chǎn)生相對(duì)角位移。通上動(dòng)力腔的進(jìn)油縫隙增大而回油縫隙減小 (或關(guān)閉 )，油壓升高，上、下動(dòng)力腔產(chǎn)生油壓差，齒條一活塞便在上、下動(dòng)力腔油壓差的作用下移動(dòng)，產(chǎn)生助力作用。 16 (a)左行駛 (b)右行駛 圖 左右行駛時(shí)轉(zhuǎn)閥的工作情況 右轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向器工作過程與左轉(zhuǎn)彎時(shí)基本相似，如圖 所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤停在某一位置不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥體隨轉(zhuǎn)向