汽車轉向系統,轉向系統是什么意思

轉向系主要由轉向操縱機構(方向盤)、轉向器和轉向傳動機構組成。轉向系的主要功能是實現汽車行駛方向的操縱和控制。目前轉向系統也引入了電子控制技術，以降低轉向操縱力、提高轉向精度。

轉向系統概述
　　用來改變或保持汽車行駛方向的機構稱為汽車轉向系統(steering system)。汽車轉向系統的功能就是按照駕駛員的意愿控制汽車的行駛方向。汽車轉向系統對汽車的行駛安全至關重要，因此汽車轉向系統的零件都稱為保安件。
類型
　　汽車轉向系統分為兩大類：機械轉向系統和動力轉向系統。
　　完全靠駕駛員手力操縱的轉向系統稱為機械轉向系統。
　　借助動力來操縱的轉向系統稱為動力轉向系統。動力轉向系統又可分為液壓動力轉向系統和電動助力動力轉向系統。
機械轉向系統簡介

　　機械轉向系以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。
　?。?）轉向操縱機構
　　轉向操縱機構由方向盤、轉向軸、轉向管柱等組成，它的作用是將駕駛員轉動轉向盤的操縱力傳給轉向器。
　?。?） 轉向器
　　轉向器(也常稱為轉向機)是完成由旋轉運動到直線運動(或近似直線運動)的一組齒輪機構，同時也是轉向系中的減速傳動裝置。 目前較常用的有齒輪齒條式、循環球曲柄指銷式、蝸桿曲柄指銷式、循環球-齒條齒扇式、蝸桿滾輪式等。我們主要介紹前幾種。
　　1）齒輪齒條式轉向器
　　齒輪齒條式轉向器分兩端輸出式和中間（或單端）輸出式兩種。
　　兩端輸出的齒輪齒條式轉向器如圖4所示，作為傳動副主動件的轉向齒輪軸11通過軸承12和13安裝在轉向器殼體5中，其上端通過花鍵與萬向節叉10和轉向軸連接。與轉向齒輪嚙合的轉向齒條4水平布置，兩端通過球頭座3與轉向橫拉桿1相連。彈簧7通過壓塊9將齒條壓靠在齒輪上，保證無間隙嚙合。彈簧的預緊力可用調整螺塞6調整。當轉動轉向盤時，轉向器齒輪11轉動，使與之嚙合的齒條4沿軸向移動，從而使左右橫拉桿帶動轉向節左右轉動，使轉向車輪偏轉，從而實現汽車轉向。中間輸出的齒輪齒條式轉向器如圖5所示，其結構及工作原理與兩端輸出的齒輪齒條式轉向器基本相同，不同之處在于它在轉向齒條的中部用螺栓6與左右轉向橫拉桿7相連。在單端輸出的齒輪齒條式轉向器上，齒條的一端通過內外托架與轉向橫拉桿相連。
　　2）循環球式轉向器
　　循環球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構型式之一， 一般有兩級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個鋼球，以實現滾動摩擦。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側面有兩對通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內。轉向螺母外有兩根鋼球導管，每根導管的兩端分別插入螺母側面的一對通孔中。導管內也裝滿了鋼球。這樣，兩根導管和螺母內的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球"流道"。轉向螺桿轉動時，通過鋼球將力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動，形成"球流"。在轉向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內循環，不會脫出。
　　3）蝸桿曲柄指銷式轉向器
　　蝸桿曲柄指銷式轉向器的傳動副(以轉向蝸桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉向蝸桿轉動時，與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運動，并帶動搖臂軸轉動。
　?。?）轉向傳動機構
　　轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節，使兩側轉向輪偏轉，且使二轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。
　　1）與非獨立懸架配用的轉向傳動機構
　　與非獨立懸架配用的轉向傳動機構主要包括轉向搖臂2、轉向直拉桿3轉向節臂4和轉向梯形。在前橋僅為轉向橋的情況下，由轉向橫拉桿6和左、右梯形臂5組成的轉向梯形一般布置在前橋之后，如圖9 a所示。當轉向輪處于與汽車直線行駛相應的中立位置時，梯形臂5與橫拉桿6在與道路平行的平面(水平面)內的交角＞90。
　　在發動機位置較低或轉向橋兼充驅動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90，如圖9 b所示。若轉向搖臂不是在汽車縱向平面內前后擺動，而是在與道路平行的平面向左右搖動，則可將轉向直拉桿3橫置，并借球頭銷直接帶動轉向橫拉桿6，從而推使兩側梯形臂轉動。
　　2）與獨立懸架配用的轉向傳動機構
　　當轉向輪獨立懸掛時，每個轉向輪都需要相對于車架作獨立運動，因而轉向橋必須是斷開式的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的。
　　3）轉向直拉桿
　　轉向直拉桿的作用是將轉向搖臂傳來的力和運動傳給轉向梯形臂(或轉向節臂)。它所受的力既有拉力、也有壓力，因此直拉桿都是采用優質特種鋼材制造的，以保證工作可靠。直拉桿的典型結構如圖11所示。在轉向輪偏轉或因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向節臂的相對運動都是空間運動，為了不發生運動干涉，上述三者間的連接都采用球銷。
　　4）轉向減振器
　　隨著車速的提高，現代汽車的轉向輪有時會產生擺振（轉向輪繞主銷軸線往復擺動，甚至引起整車車身的振動），這不僅影響汽車的穩定性，而且還影響汽車的舒適性、加劇前輪輪胎的磨損。在轉向傳動機構中設置轉向減振器是克服轉向輪擺振的有效措施。轉向減振器的一端與車身（或前橋）鉸接，另一端與轉向直拉桿（或轉向器）鉸接。
動力轉向系統
　　使用機械轉向裝置可以實現汽車轉向，當轉向軸負荷較大時，僅靠駕駛員的體力作為轉向能源則難以順利轉向。動力轉向系統就是在機械轉向系統的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的。轉向加力裝置減輕了駕駛員操縱轉向盤的作用力。轉向能源來自駕駛員的體力和發動機(或電動機)，其中發動機(或電動機)占主要部分，通過轉向加力裝置提供。正常情況下，駕駛員能輕松地控制轉向。但在轉向加力裝置失效時，就回到機械轉向系統狀態，一般來說還能由駕駛員獨立承擔汽車轉向任務。
　　(1) 液壓式動力轉向系統 .其中屬于轉向加力裝置的部件是：轉向液壓泵7、轉向油管8、轉向油罐6 以及位于整體式轉向器4 內部的轉向控制閥及轉向動力缸5 等。當駕駛員轉動轉向盤1 時，通過機械轉向器使轉向橫拉桿9 移動，并帶動轉向節臂，使轉向輪偏轉，從而改變汽車的行駛方向。與此同時，轉向器輸入軸還帶動轉向器內部的轉向控制閥轉動，使轉向動力缸產生液壓作用力，幫助駕駛員轉向操作。由于有轉向加力裝置的作用，駕駛員只需比采用機械轉向系統時小得多的轉向力矩，就能使轉向輪偏轉。
　　優缺點：能耗較高,尤其時低速轉彎的時候，覺得方向比較沉，發動機也比較費力氣。又由于液壓泵的壓力很大，也比較容易損害助力系統。
　　(2) 電動助力動力轉向系統，簡稱電動式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在機械轉向機構的基礎上，增加信號傳感器、電子控制單元和轉向助力機構。
　　電動式EPS 是利用電動機作為助力源，根據車速和轉向參數等因素，由電子控制單元完成助力控制，其原理可概括如下：當操縱轉向盤時，裝在轉向盤軸上的轉矩傳感器不斷地測出轉向軸上的轉矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據這些輸入信號，確定助力轉矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉動方向，調整轉向輔助動力的大小。電動機的轉矩由電磁離合器通過減速機構減速增矩后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力。例如，?？怂沟腅HPAS電子液壓系統由電腦根據發動機轉速、車速以及方向盤轉角等信號，驅動電子泵給轉向系統提供助力。助力感覺非常的自然。因此很多人對?？怂狗较虻母杏X相當不錯，轉向操控感覺可以說是隨心所欲。有些車也號稱采用電子助力，但是只是電機助力，沒有液壓輔助，容易產生噪音。助力效果也遠不如?？怂惯@一類型的電子助力。
　　優缺：能耗低，靈敏，電子單元控制，節省發動機功率，助力發揮比較理想
設計要求
　　1)汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。
　　2)轉向輪具有自動回正能力。
　　3)在行駛狀態下，轉向輪不得產生自振，轉向盤沒有擺動。
　　4)轉向傳動機構和懸架導向裝置產生的運動不協調，應使車輪產生的擺動最小。
　　5)轉向靈敏，最小轉彎直徑小。
　　6)操縱輕便。
　　7)轉向輪傳給轉向盤的反沖力要盡可能小。
　　8)轉向器和轉向傳動機構中應有間隙調整機構。
　　9)轉向系應有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。
　　10)轉向盤轉動方向與汽車行駛方向的改變相一致。
　　正確設計轉向梯形機構，可以保證汽車轉彎行駛時，全部車輪應繞瞬時轉向中心旋轉。
　　轉向輪的自動回正能力決定于轉向輪的定位參數和轉向器逆效率的大小.合理確定轉向輪的定位參數，正確選擇轉向器的形式，可以保證汽車具有良好的自動回正能力。
　　轉向系中設置有轉向減振器時，能夠防止轉向輪產生自振，同時又能使傳到轉向盤上的反沖力明顯降低。
　　為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉角，其最小轉彎半徑能達到汽車軸距的2~2.5倍。
　　轉向操縱的輕便性通常用轉向時駕駛員作用在轉向盤上的切向力大小和轉向盤轉動圈數多少兩項指標來評價。
　　轎車轉向盤從中間位置轉到第一端的圈數不得超過2.0圈，貨車則要求不超過3.0圈。
發展趨勢
　　改革開放以來，我國汽車工業發展迅猛。作為汽車關鍵部件之一的轉向系統也得到了相應的發展，基本已形成了專業化、系列化生產的局面。有資料顯示，國外有很多國家的轉向器廠，都已發展成大規模生產的專業廠，年產超過百萬臺，壟斷了轉向器的生產，并且銷售點遍布了全世界。
　　1、現代汽車轉向裝置的設計趨勢
　　1.1適應汽車高速行駛的需要
　　從操縱輕便性、穩定性及安全行駛的角度，汽車制造廣泛使用更先進的工藝方法，使用變速比轉向器、高剛性轉向器?！白兯俦群透邉傂浴笔悄壳笆澜缟仙a的轉向器結構的方向。
　　1.2充分考慮安全性、輕便性
　　隨著汽車車速的提高，駕駛員和乘客的安全非常重要，目前國內外在許多汽車上已普遍增設能量吸收裝置，如防碰撞安全轉向柱、安全帶、安全氣囊等，并逐步推廣。從人類工程學的角度考慮操縱的輕便性，已逐步采用可調整的轉向管柱和動力轉向系統。
　　1.3低成本、低油耗、大批量專業化生產
　　隨著國際經濟形勢的惡化，石油危機造成經濟衰退，汽車生產愈來愈重視經濟性，因此，要設計低成本、低油耗的汽車和低成本、合理化生產線，盡量實現大批量專業化生產。對零部件生產，特別是轉向器的生產，更表現突出。
　　1.4汽車轉向器裝置的電腦化
　　汽車的轉向器裝置，必定是以電腦化為唯一的發展途徑。
　　2、現代汽車轉向裝置的發展趨勢
　　2.1現代汽車轉向裝置的使用動態
　　隨著汽車工業的迅速發展，轉向裝置的結構也有很大變化。汽車轉向器的結構很多，從目前使用的普遍程度來看，主要的轉向器類型有4種：有蝸桿肖式（WP型）、蝸桿滾輪式（WR型）、循環球式（BS型）、齒條齒輪式（RP型）。這四種轉向器型式，已經被廣泛使用在汽車上。
　　據了解，在世界范圍內，汽車循環球式轉向器占45％左右，齒條齒輪式轉向器占40％左右，蝸桿滾輪式轉向器占10％左右，其它型式的轉向器占5％。循環球式轉向器一直在穩步發展。在西歐小客車中，齒條齒輪式轉向器有很大的發展。日本汽車轉向器的特點是循環球式轉向器占的比重越來越大，日本裝備不同類型發動機的各類型汽車，采用不同類型轉向器，在公共汽車中使用的循環球式轉向器，已由60年代的62．5％，發展到現今的100％了(蝸桿滾輪式轉向器在公共汽車上已經被淘汰)。大、小型貨車大都采用循環球式轉向器，但齒條齒輪式轉向器也有所發展。微型貨車用循環球式轉向器占65％，齒條齒輪式占35％。
　　綜合上述對有關轉向器品種的使用分析，得出以下結論：
　　·循環球式轉向器和齒輪齒條式轉向器，已成為當今世界汽車上主要的兩種轉向器；而蝸輪#0；蝸桿式轉向器和蝸桿肖式轉向器，正在逐步被淘汰或保留較小的地位。
　　·在小客車上發展轉向器的觀點各異，美國和日本重點發展循環球式轉向器，比率都已達到或超過90％；西歐則重點發展齒輪齒條式轉向器，比率超過50％，法國已高達95％。
　　·由于齒輪齒條式轉向器的種種優點，在小型車上的應用(包括小客車、小型貨車或客貨兩用車)得到突飛猛進的發展；而大型車輛則以循環球式轉向器為主要結構。
　　2.2循環球式轉向器特點
　　·循環球式轉向器的特點是：效率高，操縱輕便，有一條平滑的操縱力特性曲線。
　　·布置方便。特別適合大、中型車輛和動力轉向系統配合使用；易于傳遞駕駛員操縱信號；逆效率高、回位好，與液壓助力裝置的動作配合得好。
　　·可以實現變速比的特性，滿足了操縱輕便性的要求。中間位置轉向力小、且經常使用，要求轉向靈敏，因此希望中間位置附近速比小，以提高靈敏性。大角度轉向位置轉向阻力大，但使用次數少，因此希望大角度位置速比大一些，以減小轉向力。由于循環球式轉向器可實現變速比，應用正日益廣泛。
　　·通過大量鋼球的滾動接觸來傳遞轉向力，具有較大的強度和較好的耐磨性。并且該轉向器可以被設計成具有等強度結構，這也是它應用廣泛的原因之一。
　　·變速比結構具有較高的剛度，特別適宜高速車輛車速的提高。高速車輛需要在高速時有較好的轉向穩定性，必須保證轉向器具有較高的剛度。
　　·間隙可調。齒條齒扇副磨損后可以重新調整間隙，使之具有合適的轉向器傳動間隙，從而提高轉向器壽命，也是這種轉向器的優點之一。
　　我國的轉向器生產，除早期投產的解放牌汽車用蝸桿#0；滾輪式轉向器，東風汽車用蝸桿肖式轉向器之外，其它大部分車型都采用循環球式結構，并都具有一定的生產經驗。目前解放、東風也都在積極發展循環球式轉向器，并已在第二代換型車上普遍采用了循環球式轉向器。由此看出，我國的轉向器也在向大量生產循環球式轉向器發展。
　　2.3轉向器生產專業化
　　循環球式轉向器在國外實現了專業化生產，同時以專業廠為主、大力進行試驗和研究，大大提高了產品的產量和質量。在日本“精工”(NSK)公司的循環球式轉向器就以成本低、質量好、產量大，逐步占領日本市場，并向全世界銷售它的產品。德國ZF公司也作為一個大型轉向器專業廠著稱于世。它從1948年開始生產ZF型轉向器，年產各種轉向器200多萬臺。還有一些比較大的轉向器生產廠，如美國德爾福公司SAGINAW分部；英國BURM#0；AN公司都是比較有名的專業廠家，都有很大的產量和銷售面。專業化生產已成為一種趨勢，只有走這條道路，才能使產品質量高、產量大、成本低，在市場上有競爭力。
　　2.4動力轉向是發展方向
　　動力轉向系統的應用日益廣泛，不僅在重型汽車上必須裝備，在高級轎車上應用的也較多，在中型汽車上的應用也逐漸推廣。主要是從減輕駕駛員疲勞，提高操縱輕便性和穩定性出發；次要是從減小因在高速行駛中前輪突然爆胎而造成的事故出發。雖然帶來成本較高和結構復雜等問題，但由于優點明顯，還是得到很快的發展。
　　動力轉向有3種形式：整體式、半分置式及聯閥式動力轉向結構。目前3種形式各有特點，發展較快，整體式多用于前橋負荷3～8t汽車，聯閥式多用于前橋負荷5#0；18t汽車，半分置式多用于前橋負荷6t以上到超重型汽車。
　　從發展趨勢上看，國外整體式轉向器發展較快，而整體式轉向器中轉閥結構是目前發展的方向。
轉向系統養護
　　　現代原中高級轎車和重型汽車普遍采用動力轉向系統，不僅大大改善了汽車操縱輕便性，還提高了汽車行駛安全性。動力轉向系統是在機械轉向系的基礎上加設一套依靠發動機輸出動力的轉向加力裝置而形成的。目前轎車普遍采用齒輪條式動力轉向機構。這種轉向器結構簡單、操縱靈敏性高、轉向操縱輕便，而且由于轉向器完全封閉的，平時不需檢查調整。
　　動力轉向系統的養護主要是：
　　1、定期檢查儲液缺罐內動力轉向液液面高度。熱態時(約66℃，用手摸感覺燙手)，其液面高度必須在HOT(熱)和COLD(冷)標記之間。如果是冷態(約為21℃)，則液面高度必須在ADD(加)和CLOD(冷)標記之間。如果液面高度不符合要求，必須加注DEXRON2型動力轉向液(液力傳動油)。
　　2、動力轉向系的清洗、換油與保護。動力轉向系的清洗、換油與保護應在有動力轉向換油的設備的汽車養護中心進行，使用專用設備，用動力轉向系統強力清洗劑首先換出動力轉向系統中的舊油，然后用清洗劑清洗動力轉向系統，最后用新油(加動力轉向保護劑)再次換出動力轉向清洗劑，直至換油結束。動力轉向系的清洗、換油與保護作業通常應行駛5萬km進行一次。這樣能確保動力轉向系工作更安全更可靠，避免出現早期損壞，延長使用壽命。