汽车转向系统
汽车转向系统名词解释
汽车转向系统名词解释
汽车转向系统是汽车不可或缺的重要组成部分，它有助于汽车在转弯或驾驶方向改变时保持正确的方向。
转向系统一般由几个主要部分组成，它们是方向盘，转向机构、轮胎和车轮。
方向盘是转向系统的核心部件，它可以带动车辆进行转向操作，车主可以通过右转方向盘或左转方向盘来改变车辆的方向，这一操作会导致车辆的前轮偏向右或左，从而达到转向的目的。
转向机构由方向盘、轮轴、轮轴拉杆、流水轮、齿轮等组件组成。
它的主要作用是将方向盘的电动力传输到车轮上，从而使车轮的转向起作用，完成车辆的转向操作。
轮胎是汽车的重要部件，它与车轮一起发挥重要作用，它可以增强汽车的抓地力，减少汽车的驾驶阻力，这样汽车在转弯、加减速等操作时可以更轻松、更快捷地完成操作。
最后是车轮，车轮不但可以带动汽车前进，同时也提供给汽车更好的转向操作。
当汽车发生转向时，车轮会更改形状，从而有效调整车辆的滚动惯性，使汽车以路线的轨迹行驶。
汽车的转向系统是非常复杂的一个系统，因此驾驶者必须了解这套系统，才能更好地掌握汽车的驾驶方式。
另外，汽车发生转向时涉及到很多组件，因此，驾驶者需要经常检查汽车的转向系统是否处于良好的状况，以确保驾驶安全。
总之，汽车的转向系统是汽车结构中不可缺少的重要部件，它可以更有效地帮助汽车改变方向，并确保驾驶安全，因此，驾驶者们需
要了解汽车的转向系统，确保汽车的可靠性和安全性。
汽车转向系统分类
汽车转向系统是车辆的一个重要组成部分，它用于控制车辆的方向，使车辆能够转弯、保持稳定性以及响应驾驶员的指令。
汽车转向系统可以根据其工作原理和构造方式进行分类。
以下是一些常见的汽车转向系统分类：
机械转向系统：机械转向系统是汽车转向系统的传统形式。
它包括一个转向轴、转向杆、转向连杆和转向齿轮等机械部件。
机械转向系统通过机械连接将驾驶员的转向输入转化为前轮的转向动作。
这种系统常见于早期的汽车，如老式卡车和一些经济型车型。
液压助力转向系统：液压助力转向系统使用液压泵和液压缸来辅助驾驶员进行转向。
液压助力转向系统通过液压压力来减轻驾驶员在转向时的努力，使转向更轻松。
这种系统广泛应用于大多数现代轿车和卡车。
电动助力转向系统（EPS）：电动助力转向系统使用电动马达来提供转向助力。
它与车辆的电子控制系统相连，可以根据车速、驾驶条件和驾驶员的输入来调整转向助力级别。
EPS系统通常更为节能且可以提供更多的定制化选项，因此在现代汽车中越来越常见。
四轮转向系统：四轮转向系统可以进一步分为四种类型，分别是前轮转向、后轮转向、四轮同向转向和四轮逆向转向。
这些系统允许前轮和/或后轮在转向时以不同的方式运动，以提供更好的操控性和稳定性。
自动驾驶系统：自动驾驶车辆通常配备了高级的电子和传感器系统，以便自主进行转向和操控。
这些系统可以根据车辆的环境感知和导航信息来自主进行转向，而无需驾驶员的干预。
这些是汽车转向系统的一些常见分类，汽车制造商在不同的车型中可能会选择不同类型的转向系统，以满足性能、经济性和驾驶体验等要求。
汽车转向系统概述
作用在后倾角的垂直力
力矩 (Fzl Fzr)d sin sin
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作用在后倾角的垂直力
左、右车轮力矩方向相反，通过转接杆系 趋于平衡，平衡取决于左、右车轮载荷相 等。
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作用在后倾角的垂直力
载荷和后倾角影响到前束，并且不平衡的 载荷或者几何布置的不对称可能产生转向 偏移。
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第二种转向系统几何误差
对于转接杆位于车轮中心线后部的情况， 如果车轮向上跳动，则转接杆末端弧线轨 迹会产生向左转向运动，反之，车轮回弹 将产生向右转向运动。转向运动对于右侧 车轮相反。因此，当车辆沿道路行驶时， 每一个跳动循环都将产生前轮的前束和前 张。
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误差影响
由于这种情况下左、右车轮对称，所以车 身侧倾时两车轮会同时向一个方向旋转。
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不足转向
不足转向梯度为 Kstrg Wf (r p)
Wf —前轮载荷 r—车轮半径 Kss
p —与回正力矩相关的轮胎拖矩 —后倾角
Kss —轮胎与转向盘之间的转向刚度
后倾角和回正力矩的作用效果增加存在柔顺 性转向系统的不足转向。
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制动稳定性
在自由滚动条件下可有效产生类似于4度到 8度后倾角作用效果的轮胎回正力矩也可以 在制动过程中，改变转向方向。
用于改善低速操纵性能的反向后轮转向，不适于 高速转向，这是因为后轮的方向运动会带来过多 转向的影响。
四轮转向的主要优点来自于对瞬态转向特 性较好的控制。
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四轮转向
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不同四轮转向系统的侧向加速度响应
56
不同四轮转向系统的车体侧滑角
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感谢！
汽车转向系统概述
汽车转向系统认识
2
转向系统
iω2 节相应的转角增量之比； 节相应的转角增量之比； iω
iω = 4.转向系统的力传动比 4.转向系统的力传动比
向 臂 :转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比； 转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比； iω2 = 转 摇
1. 2.转向中心：所有车轮的轴线的交点O 2.转向中心：所有车轮的轴线的交点O 转向中心 3.理想关系式： 3.理想关系式： 理想关系式
B cotα = cot β + L
4.汽车转弯半径 4.汽车转弯半径R : 汽车转弯半径 由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离 由转向中心 到外转向轮与地面接触点的距离 5.最小转弯半径与外转向轮最大偏转角的关系为: 最小转弯半径与外转向轮最大偏转角的关系为:
∆θ
∆θ转 节 向
∆转盘 θ 向 :两个转向轮所受到的转向阻力与驾驶员作用 iω = iω1iω2 ∆转节 θ 向 在转向盘上的手力之比 ；
iP
5.转向系“ 5.转向系“轻”与“灵”之间的矛盾 ： 转向系 转向系统角传动比越大， 转向系统角传动比越大，则为了克服一定的地面转 向阻力矩所需的转向盘上的转向力矩便越小， 向阻力矩所需的转向盘上的转向力矩便越小，在转向 盘直径一定时，驾驶员应加于转向盘的手力也越小— 盘直径一定时，驾驶员应加于转向盘的手力也越小 而所需的转向盘转角过大——不够灵敏。 不够灵敏。 轻。而所需的转向盘转角过大 不够灵敏 解决办法： 解决办法： 1.采用传动比可变的转向器 1.采用传动比可变的转向器 2.采用动力转向系统 2.采用动力转向系统
三.汽车转向系统的类型和组成
2.动力转向系统 2.动力转向系统 定义： ①定义： 兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向 系统。 系统。
汽车转向系统.
1—轮圈
2—轮辐
3—轮毂
2．转向轴、转向柱管及其吸能装置
转向轴是连接转向盘和转向器的传动件， 转向柱管固定在车身上，转向轴从转向 柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬 套上。
轿车除要求装有吸能式转向盘外， 还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击 的吸能装置。转向轴和转向柱管吸能装 置的基本工作原理是：当转向轴受到巨 大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱 管或支架产生塑性变形、转向轴产生错 位等方式，吸收冲击能量。
1．液压助力转向系统 1）常压式 其特点是无论转向盘处于中立位置还是转向 位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，系 统工作管路中总是保持高压。
2）常流式液压 助力转向系统
其特点是 转向油泵始终 处于工作状态， 但液压助力系 统不工作时， 基本处于空转 状态。多数汽 车都采用常流 式液压助力转 向系统。
2．液压助力转向系统的转向控制阀 1）滑阀式转向控制阀
阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀， 称为滑阀式转向控制阀，简称滑阀。
2）转阀式转向控制阀
阀体绕其轴线转动来控制油液流量的转向控制阀， 称为转阀式转向控制阀，简称转阀。
3．常流式液压助力转向系统的结构布置方案
机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组 装在一起，这种三合一的部件称为整体式动力转向器。另一 种方案是只将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，该 部件称为半整体式动力转向器，转向动力缸则做成独立部件。 第三种方案是将机械转向器作为独立部件，而将转向控制阀 和转向动力缸组合成一个部件，称为转向加力器。
4、转向盘自由行程：
转向盘在空转阶段中的角行程。
自由行程过大：转向不灵敏。 自由行程过小：路面冲击大，驾驶员过度紧张。
转向操纵机构
汽车转向系统
汽车工程基础
动力转向系的组成及工作原理 2、工作原理： 工作原理：
当汽z车直线行驶时， 当汽z车直线行驶时，转向控 制阀2将转向油泵6 制阀2将转向油泵6泵出来的工作 液与油罐相通， 液与油罐相通，转向油泵处于卸 荷状态， 荷状态，动力转向器不起助力作 当汽车需要向右转向时， 用。当汽车需要向右转向时，驾 驶员向右转动转向盘， 驶员向右转动转向盘，转向控制 阀将转向油泵泵出来的工作液与 腔接通， 腔与油罐接通， R腔接通，将L腔与油罐接通，在 油压的作用下，活塞向下移动， 油压的作用下，活塞向下移动， 通过传动结构使左、 通过传动结构使左、右轮向右偏 从而实现右转向。 转，从而实现右转向。向左转向 情况与上述相反。 时，情况与上述相反。
汽车工程基础
循环球式转向器
第二级齿条 齿扇传动副
第一级螺杆 螺母传动副
汽车工程基础
循环球式转向器
汽车工程基础
蜗杆曲柄指销式转向器
传动副的组成： 传动副的组成： 主动件：转向蜗杆； 主动件：转向蜗杆； 从动件：指销。 从动件：指销。
汽车工程基础
转向传动机构
汽车工程基础
与非独立悬架配用的转向传动机构
汽车工程基础
齿轮齿条式转向器
汽车工程基础
循环球式转向器
一般采用两级传动： 一般采用两级传动： 第一级为螺杆螺母传动副； 第一级为螺杆螺母传动副； 第二级为齿条齿扇传动副。 第二级为齿条齿扇传动副。 特点： 特点： 正传动效率高达90%~95%，转向省力； ，转向省力； 正传动效率高达 寿命长，工作平稳； 寿命长，工作平稳； 逆效率也很高，容易打手。 逆效率也很高，容易打手。
14 汽车构造-第十三章 汽车转向系统
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第四节 轿车四轮转向系统
二、前轮主动转向系统 为了全面改进汽车在各种使用条件下的转向性能，有的汽车采用前轮主动转 向系，如图13-24所示。
图13-24 前轮主动转向系示意图
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1-转向器 2-电控单元 3-转向电动机 4-转向角度叠加机构
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• 前轮主动转向系的组成见图13-25，它是在电控动力转向系的基础上 增加可变转向传动比的双排行星齿轮机构。
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一、转向操纵机构
1.转向盘
图13-6 转向盘的构造 a)三根辐条 b)四根辐条 c)转向盘外观
1—轮缘 2—轮辐 3—轮毂
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一、转向操纵机构
2.安全转向柱 对于轿车，要求转向柱套管必须备有缓和冲击的吸能装置。安全转向柱 和转向柱套管的吸能装置有多种形式。其基本结构原理是，当受到巨大 冲击时，安全转向柱产生轴向位移，使支架或某些支承件产生塑性变形， 从而吸收冲击能量。
3
2.动力转向系统
图13-2所示为液压式动力转向系的结构图。
图13-2 液压式动力转向系结构图
1-转向盘 2-安全转向柱 3-转向传动轴 4-转向万向节 5-护罩 6-转向横拉杆
7-球头销 8-转向器 9-储油罐 10-转向助力泵 11-转向动力缸 12-回油管
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4
2.动力转向系统
传给转向传动机构。 • 汽车上采用许多种结构形式的转向器，如齿轮齿条式、循环球式等。
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1.齿轮齿条式转向器
齿轮齿条式转向器的结构与工作原理如图13-8所示。
图13-8 齿轮齿条式转向器工作原理示意图 1-防尘罩 2-转向齿轮 3-转向齿条 4-转向传动轴
汽车构造-第23章汽车转向系统
04
电控助力转向系统
工作原理
传感器监测转向盘力矩和车速
01
传感器监测驾驶员施加在转向盘上的力矩和车速，并将信号发
送给电控单元。
电控单元计算助力大小
02
电控单元根据传感器信号计算出所需的助力大小，并输出控制
信号。
电机驱动助力机构
03
电机根据电控单元的控制信号，驱动助力机构产生助力，帮助
驾驶员完成转向操作。
汽车构造-第23章汽 车转向系统
目 录
• 汽车转向系统概述 • 机械转向系统 • 液压助力转向系统 • 电控助力转向系统 • 汽车转向系统的维护与保养
01
汽车转向系统概述
转向系统的定义与功能
转向系统定义
汽车转向系统是用来改变或保持 汽车行驶方向的机构。
转向系统功能
确保驾驶员能够按照自己的意愿 控制车辆的行驶方向，提高驾驶 安全性。
液压泵
总结词
液压泵是液压助力转向系统的核心部件，负责产生液压动力。
详细描述
液压泵通常由发动机或电动泵驱动，通过旋转或往复运动将油液加压，产生足 够的液压动力。液压泵的种类很多，常见的有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等。
液压缸
总结词
液压缸是液压助力转向系统的执行机构，负责将液压动力转 化为转向力矩。
详细描述
转向轴
转向轴是连接转向器和转向盘的重要 部件，负责将驾驶员的转向操作传递 给转向器。
转向轴的刚度和强度对汽车的操控性 能和安全性有重要影响，因此需要采 用高强度材料和先进的制造工艺。
转向轴通常由轴管和轴头组成，轴管 是轴头的载体，轴头则与转向器连接， 通过轴承和密封件等部件实现转动和 密封功能。
转向器
液压缸由活塞、缸体和密封件等组成，当加压的油液进入液 压缸后，推动活塞杆运动，产生力矩，进而帮助驾驶员完成 转向操作。液压缸的设计和制造要求很高，需要保证密封性 能和耐久性。
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一、课题来源
课题《某车型转向系统优化设计》来源于某整车开发项目。
二、国内外现状
在汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一。
它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能很重要。
在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动，我们通过方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行驶意图，转向系的作用是保证汽车在行驶中能适应道路情况改变行驶方向，或保持稳定的直线行驶。
汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统、线控转向系统4个基本发展阶段。
1. 纯机械式转向系统∶机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。
但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。
2. 液压助力转向系统∶80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。
在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering，简称EHPS)系统。
变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。
电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。
液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。
由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。
3. 汽车电动助力转向系统(EPS) ∶ EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo车上，随后又配备在Alto上。
此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。
EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。
日本早期开发的EPS仅低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。
新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。
4.线控转向系统：线控转向系统(Steering by Wire-SBW)是更新一代的汽车电子转向系统，线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。
当代汽车发展的趋势是安全、节能、环保。
转向的好坏直接影响汽车行驶方向。
由于科技的不断发展，转向系统由传统机械转向到现在的电子助力转向，轻便又安全。
现在最新的技术汽车线控转向系统的设计以减轻驾驶员的体力和脑力劳动、提高整车主动安全性为根本出发点，使汽车性能适合于更多非职业驾驶员的要求，对广大消费者有着巨大的吸引力。
三、综合分析
为了分析转向系统满足法规情况的问题，本课题试图通过CATIA V5建立起的转向系统实体模型，然后进行性能参数提取和转向安全法规要求获得，在此基础上应用EXCEL或MATLAB软件对其关键性能参数进行编程优化分析，使其在不同载荷和受力情况下均满足转向法规要求。
在实体模型建立过程中，需充分考虑转向系统本身与周边零部件的运动干涉情况，同时考虑在参数提取过程中不同装配情况下对性能参数的影响。
在性能参数提取过程中需结合整车布置予以考虑。
在转向法规要求获得过程中，尽量依照最新法规要求和即将出台的法规要求。
然后结合转向系统最新程式，进行转向系统优化计算的公式和程序的编制。
本课题将充分运用现有的转向系统的最新计算理论，结合本课题实际情况，着重进行转向传动机构关键性能参数的优化分析。
如当汽车处于转向过程中转向
力和内、外轮转向角的变化规律，即为转向梯形底角的优化分析。
通过以上工作，可以初步预知在整车上应用该转向系统是否合乎法规要求，尽量提高转向系统传动效率，并作为下阶段试验的理论依据。
四、方案论证
本课题针对某微型客车转向系统安全法规满足情况主要进行以下几方面的研究：
1．应用CATIA V5软件进行转向系统的布置及数模建立，并进行数据转换：本转向传动机构为整体式，数模可简化为对称式；
2．转向系统性能参数提取及法规要求的获取：转向梯形获取方式为-----过转向横拉杆球铰中心投影到主销轴线的垂足的连线的平面；
3．用EXCEL或MATLAB软件完成转向系统的参数优化并进行强度校核使之满足法规要求，校核内容主要有：转向盘总转动圈数、自由及极限转向状态下的传动比、转向阻力矩的变化、转向自动回正速度等。
六、参考文献
[1] 张洪欣，汽车设计[M].北京机械工业出版社, 1994.4.
[2] 余志生，汽车理论[M].机械工业出版社,2006.8
[3] 陈家瑞, 汽车构造[M].人民通迅出版社,2006.2
[4] 谢龙汉，CATIA V5零件设计[M].清华大学出版社，2005.1
[5] 张智星，MATLAB程序设计与应用[M].清华大学出版社，2003.8
[6] 胡建军，汽车转向技术进展分析[J].液压与气动，2006.12。