汽车的常用转向系统的性能分析

1、毕 业 论 文 （设计）论文题目：汽车的常用转向系统的性能分析摘 要汽车转向系统是用来改变和恢复汽车行驶方向保持汽车直线行驶的机构，对转向轮的正常运转和汽车的安全行驶影响很大。汽车转向系一旦有问题，很用以造成事故。因此汽车转向系的技术状况对与保证汽车行驶安全、减轻驾驶劳动强度、提高运输效率、延长车辆使用寿命有着十分重要的作用。在使用中，由于汽车转向系统工作条件恶劣，转速与负荷经常变化，长期弯曲、扭矩剪切和道路不平引起的冲击载荷同时受到各种因素的影响，其零部件必然会产生不同程度的弯曲、扭曲变形和绣缺裂纹断裂损失，从而影响汽车的操纵轻便性、经济性和安全性。为使汽车正常行驶必须采取经常性的检修、维护

2、措施，防止不应有的损坏及时查明故障隐患并予以消除，使之保持完好的技术状况。熟练掌握汽车转向系统的结构原理、使用维护和故障诊断及汽车诊断仪的熟练使用等技术，这对于我们从事汽车行业的人员至关重要。关键词：动力转向，汽车诊断仪（四轮定位仪），故障诊断 目录1 引言 2类型 3机械转向系统简介 3.1转向操纵机构 3.2转向器 3.3转向传动机构 4动力转系统简介 4.1液压式动力转向系统 4.2电动助力动力转向系统 4.3线控转向系统5 汽车转向系统性能优劣的比较及其决定因素分析 5.1各转向系统性能优劣的比较 5.1.1机械转向系统 5.1.2液压助力转向系统 5.1.3电液助力转向系统 5.1.

3、4电动助力转向系统 5.1.5线控转向系统 5.2汽车转向系统性能优劣的决定因素分析 5.2.1电控液压助力转向系统 5.2.2电动助力转向系统 5.2.3线控转向系统 6转向系统养护 6.1定期检查储液罐内动力转向液液面高度 6.2动力转向系的清洗、换油与保护 7汽车前桥转向系统 7.1汽车前桥系统的功用和结构 7.11汽车前桥系统的功用和结构 7.12前桥的型式和结构特点 7.2汽车前桥转向系统的使用维修与检测 7.21 车轮定位检测与调整 7.22汽车前桥转向系统的故障诊断实例 8总结 参考文献 致辞 1引言在汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，进行转向运动，驾驶员通过对方向盘的操纵来

4、对转向运动进行控制，从而使车辆按照驾驶员意图进行动作。 汽车转向系统的功能就是使车辆在行驶过程中按照驾驶员意图来实现车辆的转向功能:在各种运行工况下将路面信息反馈给驾驶员，使驾驶员获得真实的“路感”信息;配合行驶系统在受到路面冲击和意外的情况下对车辆进行控制，保持车辆行驶过程中的操纵稳定性和安全性。 因此，转向系统是任何车辆都不可或缺的组成部分，转向系统设计的好坏直接关系到车辆的操纵稳定性、安全性等整车性能，特别是汽车向智能化方向发展，现代汽车电子技术、计算机技术及控制技术的发展对汽车电子系统的推动，如何设计现代汽车转向系统已经成为当前众多汽车厂家和科研机构的重要课题。本论文就是在这样的背景下

5、开展对汽车转向系统的研究的。通过对各种汽车转向系统的硬件构成、控制理论、性能优点等方面的特性进行分析对比，以期能获得比目前转向系统更加优越的性能，满足广大用户对车辆操纵稳定性、安全性、燃油经济性等方面提出的新要求。2类型汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。 借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。 3机械转向系统简介汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列

6、的杆件传递到转向车轮的，普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。机械转向系统的基本组成：机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机 三大部分组成。转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管住等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。传统的汽车转向系统是机械系统以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系。图2.1机械转向系统结构图

7、3.1转向操纵机构方向盘也称转向盘，主要有环圈、辐条与盘毂等组成。按辐条位置不同分为对称式和非对称式。通常方向盘用花键连接在转向轴的上端，转动方向盘式 转向轴是转向器的主动件蜗杆，随着转动而和蜗杆相啮合的从动件侧带动转向垂臂摆动，再经过转向总拉杆和转向节臂使左转向节以及装在转向节上的左转向轮绕主销偏转。同时左梯形臂经转向横拉杆和右梯形臂，使右转向节及右转向轮按一定规律绕主销向同一方向偏移相应角度。其常见故障现象主要有：转向沉重，直线侧向跑偏，前轮摆阵，转向不足，转向不稳和转向盘不能回正。常见故障其成为汽车转向系统的通病。 3.2转向器转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直

8、线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。我们主要介绍前几种。 1）齿轮齿条式转向器 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种2。 两端输出的齿轮齿条式转向器，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合

9、的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器如图5所示，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 2）循环球式转向器循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。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。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

10、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。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球"流道"。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成"球流"。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。 3）蜗杆曲柄指销式转向器 蜗杆曲柄指销式转向器的传

11、动副(以转向蜗杆为主动件，其从动件是装在摇臂轴曲柄端部的指销。转向蜗杆转动时，与之啮合的指销即绕摇臂轴轴线沿圆弧运动，并带动摇臂轴转动。 3.3转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。 1）与非独立悬架配用的转向传动机构 与非独立悬架配用的转向传动机构主要包括转向摇臂2、转向直拉杆3转向节臂4和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆6和左、右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥之后。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂5与横拉杆6在与道

12、路平行的平面(水平面)内的交角90。 在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆3横置，并借球头销直接带动转向横拉杆6，从而推使两侧梯形臂转动。   2）与独立悬架配用的转向传动机构 当转向轮独立悬挂时，每个转向轮都需要相对于车架作独立运动，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。 3）转向直拉杆 转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有

13、压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。 4）转向减振器 随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。 4动力转向系统使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅

14、靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机)，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务3。 4.1液压式动力转向系统其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵7、转向油管8、转向油罐6 以及位于整体式转向器4 内部的转向控制阀及转向动力缸5 等。当驾驶员转动转向盘1 时，通过机械转向器使转向横拉杆9 移动，

15、并带动转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。 优缺点：能耗较高,尤其时低速转弯的时候，觉得方向比较沉，发动机也比较费力气。又由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统。 4.2电动助力动力转向系统简称电动式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。减速机构助力电机检测传感器转向机构控

16、制单元 图2.2电动助力转向系统工作过程示意图图2.3三种电动助力转向系统如图2.3所示为电动助力转向系统的三种类型，电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上增加信号传感装置、控制单元和转向助力机构。EPS的转向轴由靠扭杆相连的输入轴和输出轴组成，输出轴通过传动机构带动转向拉杆使车轮转向，输出轴除通过扭杆与输入轴相连外，还经行星齿轮减速机构一离合器与助力电动机相连。驾驶者在操纵转向盘时，给输入轴输入了一个角位移，输入轴和输出轴之间的相对角位移使扭杆受扭，扭矩传感器将扭杆所受到的扭矩转化为电压信号输入电控单元；与此同时，车速传感器检测到的车速信号也输入电控单元，电控单元综合转向盘的输入力矩、转

17、动方向以及车速等输入信号，判断是否需要助力以及助力的方向。若需要助力，则依照既定的助力控制策略计算电动机助力转矩的大小并输出相应的控制信号给驱动电路，驱动电路提供相应的电压或电流给电动机，电动机输出转矩由蜗轮蜗杆传动装置放大再施加给转向轴，从而完成实时控制助力转向；若出现故障或车速超出设定值则停止对电动机供电，系统不提供助力，同时，离合器分离以避免转向系统受电动机惯性力矩的影响，系统转为人工手动助力。 优缺：能耗低，灵敏，电子单元控制，节省发动机功率，助力发挥比较理想 4.3线控转向系统（电子转向系统）汽车电子转向系统是一种全新概念的转向系统，它取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，操纵装置接

18、受驾驶员指令，经过总线发送消息并从控制装置获得相应的反馈;同时转向控制单元由操纵装置接受驾驶员的指令，而转向执行装置则接受来自转向控制单元的控制命令，实现转向车轮对应角度的转向，通过一系列的软件协调使它们之间的运动关系达到和谐，因而可以实现一系列传统转向系统所不能实现的功能。基本工作原理：汽车线控转向系统的工作原理是，转向盘转角传感器将检测到的转向数据信号以及汽车运动中的各种信息通过数据总线传递给电控单元，屯控单元对这些信息综合分析，根据自身的内部控制策略，向转向执行系统发出指令，进行转向操作。与此同时，电控单元通过分析转向盘转角、车轮转角等信号，控制转向盘回正电机，从而模拟出相应的“路感”。

19、5 汽车转向系统性能优劣的比较及其决定因素分析 汽车转向系统性能的优劣对汽车整体安全性和操纵性能至关重要，因此各汽车生产厂家和研究机构都致力于研究性能更加优越的转向系统。本章先对各转向系统性能做一比较，然后从以下几个主要转向系统入手分析影响和决定汽车转向系统性能的因素。5.1 各转向系统性能优劣的比较5.1.1机械式转向系统优点：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。缺点：虽然纯机械式转向系统工作可靠，但是也存在其自身无法克服的缺点。传统机械转向系统由于方向盘和转向车轮之间是机械的连接，因此转向传动比相对固定，即角传递特性无法

20、改变，导致汽车的转向响应特性无法控制，传动比无法随汽车转向过程中的车速、车辆的侧向加速度等参数的变化而进行补偿，而且受驾驶员技术的影响比较大，驾驶员必须在转向过程之前就对车辆的转向特性进行一定的操作补偿来控制车辆按照驾驶员意愿进行运动，这就无形中增加了驾驶员操作的精神和体力负担。5.1.2 液压助力转向系统优点：（1）减轻驾驶员的疲劳强度。动力转向可以减小驾驶员的转向操纵力，提高转向轻便性。（2）提高转向灵敏度。可以比较自由地根据操纵稳定性要求选择转向器传动比，不会受到转向力的制约。允许转向车轮承受更大的负荷，不会引起转向沉重问题。（3）衰减道路冲击，提高行驶安全性。液压系统的阻尼作用可以衰减

21、道路不平度对转向盘的冲击。缺点：（1）选定参数完成设计之后，助力特性就确定了，不能再进行调节与控制，因此协调轻便性与路感的关系困难，从而影响操纵稳定性；而按高速性能设计转向系统时，低速时转向力往往过大。（2）即使在不转向时，油泵也一直运转，增加了能量消耗。（3）存在渗油与维护问题，提高了保修成本，且泄漏的液压油会对环境造成污染。5.1.3 电液助力转向系统优点：电液助力转向系统通过电控使驾驶员在低速时的转向手力减小，而在高速时的转向手力适当增大，从而使汽车操纵稳定性与汽车的操纵轻便性达到和谐统一。电液助力转向系统可以解决传统机械转向系统由于转向器固定传动比而造成的转向“轻”与“灵”之间的矛盾。

22、缺点：但是由于其发展是基于液压助力系统的，因此无论是电动液压助力转向系统还是电控液压助力转向都与传统液压助力系统同样存在着液压油泄漏的问题。这在环境保护和可持续发展意识逐渐增强的今天，无疑是一个不小的缺陷。5.1.4 电动助力转向系统（1）EPS系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性。（2）EPS系统只在转向时电动机才提供助力，因而能减少燃料消耗。（3）由于EPS系统由电动机提供助力，电动机由蓄电池供电，因此EPS能否助力与发动机是否起动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能

23、提供助力。（4）EPS系统取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声。（5）EPS系统没有液压回路，比HPS更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期。（6）EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染，更加环保。（7）由于低温下油的粘性较大，HPS系统在低温下启动发动机后，转向操纵力较高，而电动助力转向系统在低温下不会增加转向操纵力和发动机负荷，因而其具有良好的低温工作性能。5

24、.1.5 线控转向系统（1） 方便汽车总布置设计。由于电子转向系统没有机械连接，省去了转向器，皮带轮等机械部件，从而为发动机舱的空间布置节省了空间，给总布置带来极大的方便。驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件，可以减少事故发生时对驾驶员的伤害。同时由于减少了部件，可以从一定程度上提高车辆系统的可靠性。（2） 提高车辆操纵性能，提高交通系统安全性。由于没有了机械传动，可以实现转向系统的传动比任意设置，通过软件设计可以使传动比的设置能满足不同的驶工况和不同的驾驶员喜好，并能够根据方向盘转角和车速的数据对转向响应特性进行补偿，使汽车转向特性在高低速以及大角度和小角度转向时能够保持较好的操纵性能，最

25、大限度的减轻驾驶员的负担，提高“人一车闭环系统”的主动安全性。 （3） 有效改善驾驶员的“路感”。电子转向系统中，方向盘和转向车轮之间没有机械连接，驾驶员的“路感”信息完全通过模拟生成。在回正力矩的控制方面可以选择从信号中提取最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息来反馈给驾驶员，使转向盘仅向驾驶员提供有用的信息，而将其他信号屏蔽，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”，减轻驾驶员的脑力负担，提高对道路条件的跟踪特性。（4） 提高转向系统的响应速度和准确性。由于电子转向系统减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使转向系统在惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和

26、准确性能得到大幅度提高。（5） 提高汽车的稳定性能。电子转向系统通过前轮转向控制算法，不仅能实现动态稳定控制系统的功能，而且能够与汽车上的其它主动安全设备如ABS,汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动侧向导航等功能结合使用，从而实现系统对汽车的整体控制，提高汽车的稳定性能。（6） 提高转向操纵方便性。电子转向系统能提高操纵的方便性，有研究表明，未来车辆转向系统的转向运动可以通过操纵杆来实现，从而能提高转向操纵的方便性。 总之，线控转向在EPS的基础上，将转向系统的发展又推进了一步，它将为实现汽车智能化驾驶提供技术支持。5.2 汽车转向系统性能优劣的决定因素分析5.2.1 电控液压助力转向系统

27、不少司机在驾驶带有助力转向系统的车辆时，时常会将方向打死，这样做很容易对助力转向系统造成损坏。使用液压助力转向系统，若将方向打到头，助力系统内的液压油因方向打死，通道接近封闭，造成压力升高，这时助力泵因液压油不能畅通流动，造成泵轴转动阻力增大，泵轴所遇到的增大的阻力通过转动盘和转动皮带传递至发动机。如果这时发动机是怠速情况，很容易造成怠速不稳或熄火。通常在液压助力转向泵上有一个压力感应器，它会把压力情况传到行车电脑，行车电脑会加大发动机的喷油量，提高转速，防止熄火，但行车电脑所给出的加大喷油量是有限的，如果方向打死时间过长，发动机最终还是会因转速过低而熄火，这时，驾驶员通常会人为地加大油门，这

28、样做会使助力泵的油路系统压力过高，造成助力泵寿命减短或损坏。而使用电动助力转向系统，若方向长时问处于打死状态，极易造成电动机烧毁。正确使用转向助力系统的方法为：打方向时不要将方向打死，如果发现方向打到头，要稍微回下方向，这样不仅不影响转向效果，而且还能保护助力转向系统不受损坏。如果注意听的话，当把方向打死时，发动机的声音和助力泵(或电动机)的声音会和平常情况下有所不同，稍微回一点儿方向，这种声音就会消失。无论是液压助力转向系统，还是电动助力转向系统，若遇到必须将方向打死的情况，打死方向的时间尽量不要超过5S。5.2.2 电动助力转向系统如图3.1所示为电动助力转向系统的结构示意图，根据它的结构

29、和使用情况本节阐述影响其性能优劣的因素主要从以下几个方面入手。 图3.1 电动助力转向系统示意图（1）电动机：电动机根据ECU的指令输出适宜的转矩，一般采用无刷永磁电动机，无刷永磁电机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。其最大电流一般为30A左右。电压为DC12V，额定转矩为10N·m左右。电机是EPS的关键部件之一，对EPS的性能有很大的影响。由于控制系统需要根据不同的工况产生不同的助力转矩，具有良好的动态特性并容易控制，这些都要求助力电机具有线性的机械特性和调速特性。此外，还要求电机低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻、可靠性高、抗干扰能力强。（2）电磁离合器：

30、电磁离合器是保证电动助力只在预定的范围内起作用。当车速、电流超过限定的最大值或转向系统发生故障时，离合器便自动切断电动机的电源，恢复手动控制转向。此外，在不助力的情况下，离合器还能消除电动机的惯性对转向的影响。为了减少与不加转向助力时驾驶车辆感觉的差别，离合器不仅具有滞后输出特性，同时还具有半离合器状态区域。（3）减速机构：减速机构用来增大电动机传递给转向器的转矩。它主要有两种形式：双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。（4）扭矩传感器：扭矩传感器安装于转向柱上用来检测转向盘转矩的大小和方向，以及转向盘转角的大小和方向，它是EPS的控制信号之一。扭矩传感器主要有接触式和非接触式两种。常用的接触

31、式（主要是电位计式）传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式三种类型，而非接触式转矩传感器主要有光电式和磁电式两种。（5）电动助力转向系统助力特性：大家都知道，汽车在低速停车入库时，驾驶员转向所需的手力较大;而高速行驶时转向所需的手力则较小。因此，电动助力转向系统的助力大小也应该是变化的，即随着车辆行驶和转向状态的改变而改变。具体来说，就是电动机助力大小应随着车速和转向手力或转向角大小的变化而变化，此变化趋势称之为转向助力特性曲线，它是决定转向轻便性、转向路感和操纵稳定性的首要条件。对液压助力转向，助力与液压油压力成正比，故一般用液压油压力与转向盘力矩(及车速)的变化关系曲线来表示助力特性，而对

32、于电动助力转向，助力与直流电机电流成比例，故可采用电机电流与方向盘力矩、车速的变化关系曲线来表示助力特性。合理的转向助力特性曲线不仅可保持汽车低速行驶时转向轻便灵活，而且可保持中高速行驶时的路感和操纵稳定性。在控制器设计前必须先确定转向助力特性曲线，以便在此基础上对系统性能进行综合设计，因此如何确定助力特性曲线成了电动助力转向系统研究的首要目标之一。电动助力转向系统理想的助力特性曲线能够协调好转向灵敏性与路感之间的关系，具有较好的转向稳定性和操纵性能，低速时转向轻便舒适，高速时转向稳定，能尽可能减小逆向传递的摩擦力矩，以提高转向力中的“信噪比”，路面对方向盘的反向冲击小。浙江正田汽车电动转向有

33、限公司的毕大宁对EPS进行了研究，推出了B氏模型，作为汽车转向程序设计的依据。图3.2中T为电动机的助力矩，M为驾驶员转动方向盘的操纵转矩，V为车速，由图中可以看出EPS转向系统随方向盘转向力矩和车速的变化关系，电动机的助力随着车速的增加逐渐减小，而随着转向手力矩的增大而增大。B氏模型反映了转向时的助力变化特性，但有以下几点不足：方向盘转矩较小时电动机应当不予助力，这是既可以节约能量，也可以避免因电机频繁起动而引起的故障。当方向盘转矩较大时电动机助力应保持恒定，而不应再增长，这是为了避免电动机电流过大而损坏。B氏模型中当车速为120km/h，转动方向盘时电机仍有小电流的助力，通常当车速大于80

34、km/h电机应当不再助力或反向抑制力矩。不过，B氏模型仍然比较形象客观的反映了电机助力矩、车速和方向盘转矩之间的关系。 图3.2 B氏模型5.2.3 线控转向系统如图3.3所示为汽车线控转向系统结构示意图，本节分析影响其性能优劣的因素主要从其结构功能入手。 图3.3 线控转向系统结构示意图 （1）转向盘模块：转向盘模块主要包括转向盘、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器和转向盘回正电机。转向盘模块的主要功能足当驾驶员转动转向盘时，转向盘转角传感器将测得的转向盘转角传递给电控单元，而转向盘回正电机接受电控单元所发出的转矩信号，产生刚正力矩，从而提供给驾驶员相应盼“路感”信息。（2）转向执行模块：转

35、向执行模块主要包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件。转向执行模块的主要功能是，转角传感器将测得的车轮转角信号反馈给电控单元，并接受电控单元的指令，通过转向机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。转向执行模块目前使用较多的有两种：一是利用两个或者四个轮毂电机驱动转向轮，电机牵引力产生绕主销的转向力矩，实现阿克曼转角。另一种利用一个转向电机驱动齿轮齿条转向器。（3）电控单元：电控单元对转向盘转角、前轮转角以及车速等信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向转向盘回正电机和转向执行电机发送指令，控制电机协调工作，保证汽车在各种工况下都具有理想的动态响应，减小驾驶员在转

36、向时随车速变化的补偿频率，从而减轻驾驶员的负担。另外，电控单元还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判断在当前状态下驾驶员的转向操作足否合理，当驾驶员发出不合理指令，汽车趋于非稳定状态时，线控转向系统会屏蔽驾驶员的错误指令，强行介入转向操作，自动进行稳定控制，以合理的方式自动驾驶车，使之尽快恢复到稳定状态。（4）回正力矩：根据等效方向盘回正力矩的实际来源，它受到轮胎回正力矩、主销定位产生的回正力矩及考虑主销定位参数时轮荷回正力矩等因素的影响。 图3.4 纵向力和侧向力的偏移如图3.4示纵向力和侧向力的偏移给出的是轮胎纵向力和侧向力的偏移。轮胎本身所产生的回正力矩是因为纵向力产生侧向偏移+，和侧向力

37、FY产生纵向偏移Dx而对轮胎坐标系原点产生的力矩。纵向力的侧向偏移与垂直力的侧向偏移相同，而侧向力的纵向偏移则是由轮胎不同的侧偏特性所决定的。因此可以得到轮胎的回正力矩Mtr可由公式31算得。 Mtr =FY·Dx-FX·（y +y) (31)在高速行驶时，方向盘回正力矩受侧向力影响较大，该函数表征的是方向盘回正力矩与侧向力的关系。在零侧向力附近时有大的梯度，保证驾驶员对汽车行驶状态的掌握，随着侧向力增大，该梯度能迅速减小到一个合理值，保证方向盘回正力矩不会超过驾驶员的体力承受范围。相同道理可得出主销回正力矩和轮荷回正力矩等因素对转向性能影响较大。6转向系统养护及常见故障现

38、象现代原中高级轿车和重型汽车普遍采用动力转向系统，不仅大大改善了汽车操纵轻便性，还提高了汽车行驶安全性。动力转向系统是在机械转向系的基础上加设一套依靠发动机输出动力的转向加力装置而形成的。目前轿车普遍采用齿轮条式动力转向机构。这种转向器结构简单、操纵灵敏性高、转向操纵轻便，而且由于转向器完全封闭的，平时不需检查调整6。6.1定期检查储液缺罐内动力转向液液面高度热态时(约66，用手摸感觉烫手)，其液面高度必须在HOT(热)和COLD(冷)标记之间。如果是冷态(约为21)，则液面高度必须在ADD(加)和CLOD(冷)标记之间。如果液面高度不符合要求，必须加注DEXRON2型动力转向液(液力传动油)

39、。 6.2动力转向系的清洗、换油与保护动力转向系的清洗、换油与保护应在有动力转向换油的设备的汽车养护中心进行，使用专用设备，用动力转向系统强力清洗剂首先换出动力转向系统中的旧油，然后用清洗剂清洗动力转向系统，最后用新油(加动力转向保护剂)再次换出动力转向清洗剂，直至换油结束。动力转向系的清洗、换油与保护作业通常应行驶5万km进行一次。这样能确保动力转向系工作更安全更可靠，避免出现早期损坏7。6.3转向系统常见故障现象及维修：（1）汽车转弯行驶时，转动转向盘很吃力（2）汽车转向时，转向盘沉重的判断与排除；低速摆头的判断与排除；高速摆头的判断与排除；行驶跑偏的判断与排除；单边转向不足的判断与排除；

40、动力转向系统转向沉重的判断与排除；动力转向系统有噪音的判断与排除。 （1）转向沉重的判断与排除不能自动回位1、检查汽车是否超载或前部装载过多，前轮胎气压是否过低，若轮胎气压偏低，应充气使之达到规定值。2、支起前桥，用手转动转向盘试验。若感到转向盘轻便，说明前轴或车架变形，前轮定位失准等，应检查校准；若转向仍感沉重，说明故障在转向器或转向传动机械，与前桥和车桥无关。3、拆下转向摇臂，转动转向盘试验。若感觉转向轻便，说明故障在转向传动机构；用手左右扳动前轮试验，检查转向节主销与衬套的配合情况，若扳动车轮比较费力，说明转向节主销润滑不良或配合间隙过小，应加注润滑脂或调整配合间隙；检查转向节止推轴承，

41、若轴承缺油或损坏，应更换；检查转向拉杆各球头的润滑和松紧度情况，若拉杆球头过紧，应加注润滑脂或调整拉杆球头的松紧度，若转向仍然沉重，说明故障在转向器；应检查转向器内润滑油量和质量若润滑油液面过低，说明转向器内缺少润滑油，应添加至规定位置若润滑油变质，应更换润滑油；检查转向器自由行程，若自由行程过小，说明转向器啮合转动副啮合间隙过小，应调整；转动转向盘，查听转向轴与套管有夫碰擦声，若有碰擦声，说明转向轴或套管变形，应校直；检查转向传动轴万向节，若万向节缸油，应加注润滑脂，若万向节十字轴轴承损坏，应更换；检查转向器蜗杆上下轴承的预紧度，若预紧度过大，应调整；经上述检查均正常，应拆检转向器，检查转向

42、器内部的轴承、衬套、啮合副齿有损坏或严重磨损等，根据检视情况，更换相应零部件。（2）低速摆头的判断与排除故障故障现象：汽车在低速行驶时，感到方向不稳，产生前轮摆振1、外观检查   检查车辆是否装载货物超长，而引起前轮承载过小，检查后轮胎气压是否过低，应充气使之达到规定值，检查前悬架弹簧是否错位、拆断或固定不良，若错位，应拆卸修复；若折断，应更换，若固定不良，应按规定力矩拧紧。2、检查转向盘自由行程由一人握紧转向摇臂，另一个转动转向盘试验，若自由行程过大，说明转向器啮合传动副间隙过大，应调整。放开转向摇臂，仍由一人转动转向盘，另一人在车下观察转向拉杆球头销，若有松旷现象，说明

43、球头销或球碗磨损过甚，弹簧折断或调整过松，应先更换损坏的零件，再进行调整。3、调查以上检查均正常，可支起前桥，并用手沿转向节轴轴向推拉前轮，凭感觉判断是否松旷，若有松旷感觉，可由另一人观察前轴与转向节连接部位，若此处松旷，说明转向节主销与衬套的配合间隙过大或前轴主销孔与主销配合间隙过大，应理换主销及衬套。若此处不松旷，说明前轮毂轴承松旷，应重新调整轴承的预紧度。4、若非上述原因所致，应对前轴进行检查，检查前轮定位是否正确，若不正确，应调整，检查前轴是否变形，若有变形应进行校正。（3）、高速摆头的判断与排除故障现象：汽车在高速或某一个较高车速行驶时，出理转向盘发抖，行驶不稳定。1、外观检查检查后

44、轮胎气压是否过低，若气压过低，应充气使之达到规定值。检查前桥、转向器及转向传动机构是否松动，若松动，应紧固。检查前减振器是否漏油，若漏油或失效，应更换。检查左右悬架弹簧是不时折断或弹力减弱，若有折断或弹力减弱，应更换。检查悬挂弹簧是否固定可靠，若松动，应紧固。2、支起起动桥，用三角架塞住非驱动轮，起动发动机并逐步使汽车换入高速档，使驱动轮达到车身摆振的车速，若此时车身和转向盘出现抖动，说明传动轴严重弯曲或松旷，驱动桥齿轮啮合间隙过大，应更换或调整，若此时车身和转向盘不抖动，说明故障在前桥。3、检查前轮是不时偏摆支起前桥，在前轮轮辋过上放一划针，慢慢地转动车轮，查看轮辋是否偏摆过大，若轮辋偏摆过

45、大，应更换。拆下前轮，在车轮动平衡仪上检查，前轮的动平衡情况，若不平衡量不大，应加装平衡块予以平衡。4、经上述检查均正常，应检查车架和前轮是否正常，用前轮定位仪检查前轮是否正确，若不正确，应调整，检查车架有无变形，若有变形，应校正。（4）、行驶跑偏的判断与排除故障现象：汽车直线行驶时，必须紧握转向盘。若稍松转向盘，便会自动跑向一边。1、外观检查检查左、右两前轮轮胎气压是否一致，若不一致检查左、右两前轮轮胎的磨损程度，若磨损不一致，应更换磨损严重的轮胎。检查左、右两前轮轮胎的花纹是否一致，如花纹不一致，应更换轮胎，使花纹一致。将汽车停放在平坦地面上，查看汽车前部高度是否一致，若高度不一致，车辆左

46、右倾斜，说明悬架弹簧折断或弹力减弱，应更换。2、用手触摸跑偏一方的车轮制动毂和轮毂轴承部位，感觉温度情况，若感觉车轮制动毂特别热，说明轮制动器间隙过小或回位不彻底，应检查调整。若感觉轮毂特别热，说明该轮轴承过紧，应重亲调整轴承预紧度。3、测量前后桥左右两端中心的距离是否相等，若不相等，说明轴距短的一边钢板弹簧错位，车轴或半轴套管转曲等，应检查维修。用前轮定位仪检查前轮定位是否正确，若不正确，应调整。（5）、单边转向不足的判断与排除故障现象：汽车左右转向时，出现某一边转向角过小1、外观检查检查转向拉杆有无变形，若有变形，应校直。检查悬架弹簧有无变形，钢板弹簧中心螺栓有无折断，若有变形或折断，应更

47、换。检查前轴有无变形，若有变形，应校直。2、若汽车在维修后出现单边转向不足将汽车停放在平坦的地面上，支起前桥，将转向盘一边转到底，再回转另一边到底，记住转向盘转动的总圈数，将转向盘由一边转过总圈数的一半，检查前轮是否处于直线行驶位置，若前轮不处于直线行驶位置，说明转向摇臂安装位置不对，应拆下重新安装，若转向盘转不到总圈数的一半，转向角限位螺钉就顶住转向节，说明转向角限位螺钉调整不当，应重新调整。2、经上述检查均正常，应拆检转向器，检查转向器内是否有异物卡住，转向器啮合传动副磨损过甚或变形等，检查检视情况，更换相应零部件。（6）、动力转向系统转向沉重的判断与排除故障现象：汽车转弯行驶时，感到转向

48、沉重，液压助力作用有短暂的丧失1、检查转向油泵驱动部分的情况，用手压下转向油泵的驱动皮带，若压下量过大，说明驱劝皮带过紧，需调整。起动发动机，使发动机处于怠速运转，突然提高发动机的转速，检查转向油泵驱动皮带有无打滑现象，如有打滑现象，说明驱动皮带过松或磨损过甚，应调整或更换。2、检查转向油液在储液罐中的液面高度，若转向油液液面处于下线或“MIN”线以下，说明转向油液不足，应添加至规定位置。3、检查转向油液储液罐内的滤清器，取下滤清器，观察滤网的状况，若发现滤网过脏，说明滤清堵塞，应清洗。若发现滤网破裂，应更换。4、检查系统中是否会有空气，起动发动机，并使其处于怠速运转，然后来回转动几次转向盘，

49、观察转向油液的状况，若发现转向油液中有泡沫或油液混浊，说明转向系统中有空气混入，应排除。检查转向油泵的进油管是否破裂，若有破裂，应更换。检查各管路接头是否松动，若松动，应紧固。检查转向油泵轴上的密封环是否损坏，若漏油应更换。5、检查转向系统的油压，用压力表连接在转向油泵和转向助力器之间，使发动机处于怠速运转，关闭压力表阀门，若10S内压力达不到固定值，说明转向油泵压力不足，应拆检维修。将转向盘转到左或右极限位置，打开压力表阀门，若压力达不到规定值，说明转向助力器有故障或阀调整不当，应折检调整。6、检查发动机怠速时的转速，起动发动机，并使其处于怠速运转，观察此时发动机转速表的指示值，若指示值偏低

50、，或转速不稳，说明发动机怠速过低，应调整。（7）、动力转向系统有噪音的判断与排除故障现象：汽车转向时，转向油泵处产生响声1、检查储油罐内转向油液面高度，若液面低于下线或“MIN”线以下，说明转向油液液面过低，应添加至规定位置。若转向油液消耗过快，说明有严重漏油处，应检查排除。2、检查转向油泵驱动部分的情况，用手下压转向油泵的驱动皮带，若压下量过大，说明驱动皮带过松，应调整。3、检查转向油压中是否有空气，打开储油罐盖，启动发动机并使其处于怠速运转，来回转动几次转向盘，观察转向油液中是否有气泡，若有气泡，说明转向油液中混入空气，应排除。4、检查储油罐滤网是否堵塞，油管路布置是否正确，取下储油管滤网

51、，如发现过脏，说明油液循环不畅，应清洗，若油管路弯折、凹瘪，应更换。5、经上述检查均正确，应拆检转向油泵，检查叶片是否有划痕，检查泵体是否有划痕，根据拆检情况，更换相应的零件。7汽车前桥转向系统7.1汽车前桥转向系统的功用与结构 前桥一般位于汽车的前端，也称转向桥或驾驶桥，是通过悬架与车架相连除用于承受地面与车架之间的垂直载荷外还承受制动力和测向力构成的力矩，并保证转向轮作滚动而不滑动。前桥承受汽车的前部重量，利用它的两端通过主销与转向节连接，以转向节的摆动来实现汽车的转向。常见轿车前桥系统由弹簧悬架稳定杆减震器控制臂及传动轴等组成7.12前桥的型式和结构特点汽车的车桥分类有转向桥、驱动器、转

52、向驱动器和支撑桥。汽车的前桥一般按车轮的作用及悬架的结构型式进行分类。前桥按悬架的不同结构型式分为非断开式和断开式两种。非断开式前桥中部是刚性整体通过非独立悬架与车身相连。断开式前桥由左右 两段前桥组成，通过活动关节式结构与前桥主传动器壳相连，断开式前桥中间部分为活动关节式结构与独立悬架配用。7.2汽车前桥转向系统的使用维护与检修7.21车轮定位检测与调整检验前轮定位的意义：由于目前汽车大多采用前轮转向一般称为前轮定位。前轮定位失准，将会出现汽车操纵性变坏和直线行驶稳定性降低，及转向沉重或行驶不稳等现象，同时将增加转向系统的负荷加速转向机构和轮胎的磨损，并导致发动机的油耗增加8。目前汽车前桥转向