客车动力转向系统
第五章 汽车转向系统动力学,
第五章汽车转向系统动力学问题的提出汽车转向系统动力学是研究驾驶员给系统以转向指令后汽车在曲线行驶中的运动学和动力学特性。
这一特性影响到汽车操纵的方便性和稳定性，所以也是汽车安全性的重要因素之一，因而成为汽车系统动力学中重要研究内容之一。
汽车操纵稳定性是与汽车的车速密不可分的，早期的低速汽车还谈不上稳定性的问题，最早出现稳定性的问题，是在具有较高车速的轿车上或赛车上，目前，随着车速的不断提高，轿车、大客车、载货汽车的设计都离不开汽车操纵稳定性的研究。
近年来，有许多学者研究这一问题，并取得很多成果。
操纵性不好的汽车的主要表现：1.“飘” －有时驾驶员并没有发出转向的指令，而汽车开始自己改编本方向，使人感到汽车漂浮2.“贼”－有时汽车像受惊的马，忽东忽西，汽车不听驾驶员的指令；3.“反应迟钝”－驾驶员虽然发出指令。
但是汽车还没有转向反映，转向过程反应较慢；4.“晃”－驾驶员发出了稳定的转型指令，可使汽车左右摇摆，行驶方向难以稳定，当汽车受到路面不平，或者是侧向风扰动时，汽车就会出现左右摇摆；5.“丧失路感”－正常汽车转弯的程度，会通过转向盘在驾驶员的手上产生相应的感觉，有些汽车操纵性不好的汽车，特别是在汽车车速较高时，或转向急剧时会丧失这种感觉，这会增加驾驶员操纵困难，或影响驾驶员的正确判断6.“失去控制”－某些汽车的车速超过一个临界值以后，驾驶员已经不能控制器行驶的方向。
汽车的操纵稳定性：在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
汽车的操纵性：汽车能及时而准确的反映驾驶员主观操作的能力，也就是按照驾驶员的愿望维持或改变原来的行驶路线的能力。
汽车的稳定性：汽车在外力干扰下，仍能保持或很快恢复原来行驶状态和方向，而不致丧失控制、发生侧滑或翻车的能力。
101两者的关系：操纵性的丧失常导致侧滑、回转、甚至翻车；而稳定性的破坏也往往使汽车失去操纵性，处于危险状态。
汽车构造第3版(陈家瑞)：动力转向系
二、电动式动力转向系统
普通动力转向系的助力特性是不变的，且 与车速无关，这会导致停车及低速时，转 向盘操纵沉重，中速时较轻快，当车速增 高时更加轻快。如果考虑停车及低速时的 轻便性，则使高速时操纵力过小，路感下 降，易出现转向过度。反之会使停车及低 速时操纵力过大，转向沉重，效率下降。 为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需 要的力都是最佳值，必须采用更先进的电 子控制动力转向系统。
一、 液压式动力转向系的组成及原理
1.液压常流滑阀式动力转向装置
液压常流滑阀式动力转向装置的基本组成 如图19-1所示，主要包括转向储油罐、转向 油泵、转向控制阀、转向动力缸等。
图19-1 液压常流滑阀式动力转向装置
1-滑阀 2-反作用柱塞 3-滑阀复位弹簧 4-阀体 5-转向螺杆 6-转向直拉杆 7-转向摇臂 8-转向动力缸 9-转向螺母 10单向阀 11-安全阀 12-节流孔 13-溢流阀 14-转向储油罐 15-转向油泵
线行驶位置。如果滑阀不能回到中间位置， 汽车将在行驶中跑偏。
在对装的反作用柱塞2的内端，复位弹簧3 所在的空间，转向过程中总是与动力缸高 压油腔相通。此油压与转向阻力成正比， 作用在柱塞2的内端。转向时，要使滑阀移 动，驾驶员作用在转向盘上的力，不仅要 克服转向器内的摩擦阻力和复位弹簧的张 力，还要克服作用在柱塞2上的油液压力。 所以，转向阻力增大，油液压力也增大， 驾驶员作用于转向盘上的力也必须增大， 使驾驶员感觉到转向阻力的变化情况。这 种作用就是“路感”。
液压常流滑阀式动力转向系统，结构复杂、 体积大，所以大多应用于大型货车、客车 和工程机械上。而小型汽车上主要应用的 是液压常流转阀式动力转向装置。
2.液压常流转阀式动力转向装置的工作原 理
液压常流转阀式动力转向装置的基本 组成如图19-2所示，也是有转向油泵、转向 动力缸、转向控制阀等组成。
某客车转向系统匹配计算报告
XXXXXXX转向系统计算书编制：审核：批准：前言XXXXXXXXXXXXXXXXXX市场的需求而开发的旅游客车。
转向系统设计既要满足整车设计要求，又要遵循以下原则：1.尽可能采用通用件，提高零部件的通用性；2.系统良好的可靠性、操纵性；3.系统及零部件调整及维修的便利性。
1、输入数据前轴负荷：N G 441008.945001=⨯≤。
转向器参数：转向泵参数：发动机参数：2、根据原地转向阻力矩R M 选择转向器根据半经验公式，原地转向阻力矩可由下式计算：PG f M R 313=--------------公式1 式中：R M 车轮转向阻力矩Nm ；f 轮胎与地面的滑动磨擦系数，一般取f =0.7； 1G 前轴负荷（N ）；P 前轮气压(MPa)（双钱轮胎气压830kPa ）； 代入数据得：Nm M R 90.237183.04410037.03==转向器最大输出扭矩K M 选取时，要满足R K M M ≥，一般取Nm M M R K 9.211712.1=≥，这样可以较好发挥转向器的效率，并保持液压系统有一个良好的工况。
2.1原地转向时作用在转向盘上的手力如果忽略摩擦损失，根据能量守恒原理，h R M M 2为：+==sg w h R i d d M M ηβϕ0 -----------------公式2 式中：h M 为作用在转向盘上的力矩；0w i 为转向系角传动比；+sg η为转向器正效率，取0.85。
0w i 又由转向器角传动比w i 和转向传动机构角传动比'w i 所组成，其中27.23=w i 、12'w L L i =。
1L 为垂臂长210mm ，2L 为转向节臂长234mm 。
作用在转向盘上的手力h F 为：swhh D M F 2= -----------------公式3 式中：sw D 为转向盘直径。
将公式2代入公式3后得到： N i L D L M F sg w sw R h 795x 14.0x 0.850.45x 0.23421x 2371.9x 0.2221===+η按上式计算出的作用力超出了人的正常体力范围，但采用动力转向即可解决这一问题。
客车动力转向系统的设计布置及常见问题分析
上世纪80年代初期，国内大部分客车都是在货车底盘上加装车身而来。
由于货车底盘的前悬较短并且发动机前置，导致车内空间运用率不高，车内噪声较大。
随着国民经济的发展，我国高速公路也在飞速发展，人们对出行及旅行的舒适性、安全性规定越来越高，交通密度的增长和车速的提高对客车的转向性能都提出了更高的规定。
客车转向系统设计的好坏直接影响着客车的驾驶稳定性、安全性和操纵灵活性。
下面简要介绍客车动力转向系统的设计布置及常见问题的分析。
1、客车动力转向系统的设计要点1.1 客车动力转向的设计规定(1)转向轮转角和驾驶员转动方向盘的转角应保持一定的比例关系。
(2)动力转向系统失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。
(3)减轻驾驶员作用在转向盘上的手力，同时还应有路感，并随转向阻力的增长而增大。
(4)方向盘应能平稳回位，保证汽车的直线行驶能力。
(5)转向系统应能在车辆转弯时灵活平稳地将扭力传到前轮。
(6)不允许路面不平引起的振动导致方向盘回跳或方向失控。
1.2 动力转向器的选择动力转向系统由于具有转向操纵灵活、轻便，能吸取路面对前轮产生的冲击，设计时转向器结构形式的选择也灵活多样等优点，因此，已在各国的汽车制造中普遍采用。
我国大客车一般采用的是整体式－液压动力转向器，其工作原理如图1所示。
液压式动力转向以液体的压力作动力来完毕转向加力。
其特点是油液工作压力可达6-10MPa，甚至更高，所以结构紧凑，动力缸尺寸小、重量轻；因油液具有不可压缩性，故灵敏度高；油液的阻尼作用可以用来吸取路面冲击；动力装置无需润滑。
其缺陷是结构复杂，对加工精度和密封规定高等。
动力转向器型号的选择须根据前桥负荷、整车的布置等因素来综合考虑。
转向器选择的合适与否对整个转向系统起着至关重要的作用。
1.3 转向器及中间过渡臂的布置转向器及中间过度臂的合理布置对于整车的行驶稳定性有非常重要的作用。
每一种转向器对其安装都有规定，在满足转向器安装规定的情况下，应根据整车的前转向桥和前悬挂的特点，保证转向拉杆和前悬挂的运动干涉在允许的范围内。
电动客车机电双源转向系统的设计与实现
第3期客车技术与研究BUS&COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.3202139电动客车机电双源转向系统的设计与实现胡其丰1'2,文健峰「2,何亮匕张天1(1.中车时代电动汽车股份有限公司，湖南株洲412007；2.长沙中车智驭新能源科技有限公司，长沙410000)摘要:针对目前电动客车在行驶中动力电池或其他系统出现严重故障时，整车控制器需要切断高压，导致转向助力无法维持等问题，本文提出一种机电双源转向系统，当整车断电后仍能正常维持车辆的转向助力，提高了车辆的安全性，并能实现车辆制动的冗余以及解决电动压缩机机油乳化问题。
关键词：电动客车；机电双源；转向系统中图分类号：U469.72；U463.4文献标志码：A文章编号：1006-3331(2021)03-0039-04 Design and Realization of Electro-mechanical Dual Source Steering System forElectric BusesHU Qifeng1，2,WEN Jianfeng1，2,HE Liang1，2,ZHANG Tian(1.CRRC Tims Electric Vehicle Co.,Ltd.,Zhuzhou412007,China；2.Changsha CRRC Intelligent Control and New Energy Technology Co.,Ltd.,Changsha410000,China) Abstract:Aiming at the problems that the vehicle controller needs to cut off the high-voltage thereby causing the steering power cannot be maintained continuously when the power battery or other systems of the electric buses are in serious failure，this paper proposes an electro-mechanical dual source steering system，which can maintain the steering of the vehicle even after the power is cut off during driving，to improve the safety of the vehicle and realize the redundancy of vehicle braking and solve the problem of electric compressor oil emulsification.Key words:electric bus;electro-mechanical dual source;steering system国家标准《电动客车安全技术条件》要求:车辆在行驶过程中，出现需要整车主动断B级高压电的车辆异常情况时，在车速大于5km/h时应保持转向系统维持助力状态或至少保持转向助力状态30s后再断B级电［1］。
汽车电动助力转向系统研究现状及趋势
(5)提高了操纵稳定性。当驾驶员转动转向盘一角度，然后松开时，EPS系统能够自动调整使车轮回正。同时还可利用软件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结构，实现起来很困难。
(6)系统结构简单，占用空间小，布置方便。由于该系统具有良好的模块化设计，所以不需要对不同的系统重新进行设计、试验、加工等，不仅节省了费用，也为设计不同的系统提供了极大的灵活性，而且更易于生产线装配。相对于液压助力转向系统，EPS没有油泵、油管和发动机上的皮带轮，使得设计该系统时有更大的余地，而且该系统的控制模块可以和齿轮齿条设计在一起或单独设计，发动机部件的空间利用率极高。
转向柱助力式电动助力转向器(C-EPS)的助力电机固定在转向柱的一侧，通过减速增扭机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向(图2)。这种形式的电动助力转向系统结构简单紧凑、易于安装。现在多数EPS就是采用这种形式。此外，C-EPS的助力提供装置可以设计成适用于各种转向柱，如固定式转向柱、斜度可调式转向柱以及其它形式的转向柱。但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪声的影响，电机的体积较小，输出扭矩不大，一般只用在小型及紧凑型车辆上。
由于技术、制造和维修成本等原因，目前汽车转向系统仍以液压助力的HPS(包括 ECHPS、EHPS)为主。线控转向系统由于成本高以及现有法规限制等原因，在近期很难在车辆上装配。EPS具有节能与环保等诸多优点，EPS取代HPS是今后一段时间内汽车转向系统发展的趋势。
从EPS控制策略的发展趋势来看，今后控制信号将不再仅仅依靠车速与扭矩信号，而是根据转向角、转向速度、横向加速度、前轴重力等多种信号进行与汽车特性相吻合的综合控制，以获得更好的转向路感。目前已经开始这方面的研究。
客车转向系统的维护和检修
客车转向系统的维护和检修摘要：客车转向系统正处于使用过程中，由于相关部件的摩擦、振动、碰撞和自然侵蚀，将使其技术性能逐步恶化，因此，必须进行预防性维修工作。
通过维护，可以减少磨损部件，经常保持良好的技术状态，还可以减少燃料和其他材料的消耗，降低运输成本，保证运输任务的顺利完成。
关键词：客车；转向系统；维护；检修1 转向系统各级维护的作业范围1.1日常维护日常维护以润滑和紧固为主。
其主要操作内容为所有常规项目，检查并拧紧外露零件的螺丝和螺母；按要求润滑所有润滑点，并消除任何故障。
主要的维护工作集中在检查和调整上。
维护和控制系统各零位、部件均有良好的性能，确保一级维修间隔在正常运行范围内。
其主要工作内容；检查每个接头的紧固；从外检转向机构，调整并排除检测到的故障；拆卸轮毂轴承，添加和更换润滑脂；增加舵机的齿轮油；轮胎改变等。
1.2二级维护以总成解体清洗、检查、调整为中心维护所有转向系统总成部件的性能，确保在二次维修间隔内正常运行。
其主要内容包括所有操作项目的日常维护、舵机的清洗、检查和调整；拆卸和清洗前桥，检查转向臂、转向节、转向节销和衬套以及推力轴承的技术状况。
2 转向系统的各级维护的作业项目和内容在各个层次上都有许多维护项目和总线控制系统的内容。
在工作性质上，主要是清洗、检查、紧固、调整和润滑。
在维修时，只要是维修项目，根据技术要求，全面、细致地准备，确保车辆具备良好的技术条件，确保在任何情况下都能可靠地工作。
在进行维修工作时，应观察和检查转向系统的所有部件，特别是每台机器部件的连接处。
确保油污损害和松动。
所有的螺栓和螺母都不应松动，并应安装弹簧垫圈、平垫圈、开销、锁线和锁板。
当拆卸和安装主机部件上的螺栓和螺母时，必须仔细检查。
例如，螺钉的变形和螺钉的断裂应该更换。
所有紧固的螺栓和螺母应按规定用扭扳手拧紧。
客车前轴长期使用后，会产生磨损、变形、疲劳裂纹等配套部件，引起轮毂的对准变化，降低车辆的机动性，加速轮胎的磨损。
客车转向系统的设计
大客车转向系统设计方法摘要：简要介绍大客车转向系统零件选型及匹配设计方法关键词：大客车；转向系统；设计方法；前言转向系统作为汽车的重要系统之一，直接决定着车辆的操纵稳定性，安全性。
而大客车作为大型生命载体，对转向系统可靠性要求更高，设计时来不得半点马虎，下面就以WG6120CHAE 型车辆转向系统设计为例从客车装配厂家的角度简要介绍一下大型客车转向系统的设计方法。
1、转向器的选型1.1根据前轴的轴荷选定方向机类型一般转向轴轴荷超过3.5吨，推荐使用动力转向器，动力转向器液压缸的缸径要求大于m 5.42（m 为前轴轴荷），对比厂家转向器的参数选择即可。
转向轴轴荷小于3.5吨的车辆，原则上可以不使用动力转向器，但应特别注意转向垂臂长度，车桥转向节上臂的回转半径，注意力矩计算，使转向盘不至沉重。
1.2国内转向器厂家一般根据转向轴轴来对应相关转向器产品，例如东风转向器厂IPS45的转向器对应的前轴是4.5吨，IPS55的转向器对应的前轴是5.5吨，IPS65的转向器对应的前轴是6.5吨，所以选型时可以直接对应选择就是了。
对于我司生产的WG6120CHAE 型车，因前轴载荷为6.5吨，所以选用了东风的IPS65型转向器，并根据布置形式选定了左旋左输出旋向，传动比为21.48：1，摇臂轴转角为±47.5°，方向盘总圏数为5.67圏。
IPS65型转向器2、转向系统匹配设计2.1确定内外轮转角，转向梯形及最大转弯直径选定转向器之后，我们首先要根据车辆的转弯直径的要求计算实际所需转向轮转角。
老标准以外轮中心画出来的轨迹为车辆的最大转弯直径，不太准确，新标准以通道圆直径不大于25m ，通道宽度不大于6.7米来定义转弯直径则更合理。
WG6120CHAE 型车相关参数首先找出车轮的旋转中心，转向轮的旋转中心是主销延长线与地面的交点。
现求出左右转向轮旋转中心联线的距离：中L =销B +2×r ×tg ɑ=1974.4 ①式考虑了主销后倾角的轴距：轴L =L+ r ×sin β=6312.9 ②式计算车辆的外轮转角外β=ctg 内β+B/L ③式车辆最内点的最小转弯半径 内r =轴L / tg 外β-[B-( B-中L )/2] ④式车辆最外点的最小转弯半径 外r =22)()B r L L +++内前（ ⑤式计算出车辆最外点的最小转弯半径后直接乘以2倍，便计算出了车辆的最大转弯直径，而通道宽度见下式：通道B =外r -[B L L r r -+-⨯2)(前外外] ⑥式对于WG6120CHAE 型车，我们设定前内轮转角为47°，那么依据①式和③式，我们可以算出前外轮转角为38.8° ，这可做为给车桥厂签订协议时转向梯形的依据。
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一、转向系作用
• 定义： 转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。它可以保证在
汽车转向行驶时，各车轮之间有协调的转角关系，绕同一旋转中心旋转。 • 功能： ➢ 驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销旋转，操纵（改变和保持）汽车 行驶的方向。
角输入(助力转向)和力输入(高速行驶) ➢ 凭借转向盘的反作用力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾 驶者，即路感（road feeling） • 汽车转向系统是控制其行驶路线和方向的重要装置，它直接影响汽 车的操纵性和稳定性，是高速车辆的生命线。
客车动力转向系统
第一单元：转向系统的作用和组成 一、转向系统的作用 二、转向系统的组成
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一、转向系作用
• 汽车的基本性能是行驶、转向、减速和 停车。
• 其中的转向功能则由转向系统来实现。
2、齿轮齿条式转向器
按助力方式分 1、机械转向器
2、液压助力转向器
3、电动助力转向器
按阀的形式分 1、转阀式动力转向器
2、滑阀式动力转向器
3、板阀式动力转向器
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二、转向系的组成
循环球式转向器
• 转向器输出端的运动形式有两种，一种是线位移(如小型汽车上使用 的齿轮齿条式转向器)，另一种是角位移(如商用车上使用循环球式转向 器)。
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二、转向系的组成
转向器主要分类
按结构分
1、循环球式转向器
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二、转向系的组成
循环球式转向器
机械原理： 施加在方向盘上的转向力经转向传动轴传递至转向螺杆总成内
的输入轴(阀芯)，通过转向螺杆与转向螺母间的滚球丝杠副， 把输 入轴及转向螺杆的左、右旋转运动转变成转向螺母的往复直线运动; 再经转向螺母与输出轴之间的齿条齿扇副，将转向螺母的往复直线 运动转变成输出轴的正、反向转动，转向臂(垂臂)随之前后摆动， 进而通过横直拉杆系统实现汽车左、右转向。
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二、转向系的组成
循环球式转向器
转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆 的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。
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二、转向系的组成
循环球式转向器
编号
名称
编号
名称
编号
名称
1
螺杆
4
压盖螺钉
7
螺母大胶圈
2
螺母
5
压盖
8
螺母大密封环
3
钢球
6
导管 9、10 螺母小密封环、小胶圈
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二、转向系的组成
分类：按动力源
机械转向系= 转向操纵机构+转向器+转向传动机构 动力转向系=转向操纵机构+动力转向器+转向传动机构+转向助力装置。
机械转向系统以驾驶员的体力为转向能源，其中所有的传力件都是机械 件；动力转向系统兼用驾驶员的体力和发动机动力为转向能源，其转向系统 中需要增加动力转向装置。
汽车中的发动机、传动系统、行使 系能保证汽车的行使。但是汽车在行使 过程中经常需要改变行使的方向，而且 在行使中车轮受到外力作用会改变行使 的方向，这就需要有一个机构可以使汽 车回到原来的行使方向。这个机构就是 我们今天要探讨的转向系统。
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8
二、转向系的组成
转向操纵机构
转向器安装在车架上，而驾驶员坐在驾驶室内，所以驾驶员要操纵转 向器，必须有一系列中间传动装置，这就是转向操纵机构。
组成：转向盘、转向轴、转向传动轴、转向万向节 作用：作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 安全式转向柱:为了保证驾驶员的安全，减轻在意外事故中受伤害， 小型汽车一般采用能有效缓和方向盘对驾驶员的冲击的安全式转向柱。 可调式转向柱:驾驶员不同的驾驶姿势和身材对转向盘的操作位置有 不同的要求，而且转向盘的这一位置往往会与驾驶员进出座位的方便性产 生矛盾，为了更加舒适的、可靠的操纵转向系统，客车上一般采用了可以 调节转向盘位置的可调式转向柱。
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二、转向系的组成机械Fra bibliotek向系统1-方向盘 2-转向轴 3- 万向节 4-传动轴 5-转向器 6-摇臂 7-直拉杆 8-转向节臂 9、13-转向节 10、12-梯形臂 11-横拉杆
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上壳体
侧盖 下壳体
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二、转向系的组成
循环球式转向器
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二、转向系的组成
循环球式转向器
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二、转向系的组成
转向器
• 转向器：俗称方向机，转向系中的减速增矩传动装置。
• 转向器的功能：将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂 的摆动，降低运动速度，增大转向力矩并改变转向力矩的传动方向。
循环球式转向器是当前广泛使用的一种结构，一般有两 级传动副。这种结构在高级轿车和客车、货车均多采用。
第一级是螺杆--循环球--螺母传动副 为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并 不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。 第二级是齿条齿扇传动副。
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