汽车构造与原理（底盘）课件：汽车转向系统

汽车转向系统汽车转向系统学习模块一机械转向系统的结构与工作原理问题一：汽车为什么需要转向系统？问题二：转向器的作用是什么？问题三：机械转向系统缺点是什么？任务描述学习模块一机械转向系统的结构与工作原理一辆2016款大众速腾轿车，行驶里程约为95000公里，该车主反映车辆在颠簸路面上行驶时，方向盘抖动很厉害，车主不仅要求检修车辆，还希望维修技师解释汽车转向系统的结构原理以及常见故障。假设你是维修技师，需要完成检修任务、并回答客户提出的问题。学习模块一机械转向系统的结构与工作原理学习目标能解释机械转向系的功用、类型和应用。能解释机械转向系统的结构原理。能拆装与检查机械转向器。一、转向系统作用与组成1.转向系的作用汽车转向系统的作用就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。2.汽车转向系统组成转向操纵机构转向器转向传动机构一、转向系统作用与组成二、汽车转向原理1.汽车转向车轮的运动规律汽车转向时，要保证每个车轮都是纯滚动而不发生侧滑，必须使汽车车轮转向轨迹符合一定的规律，必须使各个车轮的轴线都相交于一点，即使所有的车轮能围绕它们的共同圆心转动，交点O称为转向中心。二、汽车转向原理从转向中心O到外侧转向轮与地面接触点的距离R称为汽车转弯半径。转弯半径尺越小，则汽车转向所需场地就越小，汽车的机动性也越好。二、汽车转向原理2.汽车转向系统角传动比转向盘的转角增量与同侧转向车轮相应的转角增量之比，称为转向系角传动比。转向系角传动比iw是转向器的角传动比i1与转向传动机构的角传动比i2的乘积。iw=i1×i2三、汽车转向系统类型与应用1.传统机械式转向系统转向操纵机构机械转向器转向传动机构三、汽车转向系统类型与应用2.液压助力转向系统伺服油泵油管供油装置液压助力转向系统（HPS）是在机械转向系统基础上额外加装了一套液压助力系统，助力装置控制阀三、汽车转向系统类型与应用3.电控液压助力转向系统控制液体流量的电磁阀电控液压助力转向系统（ECHPS）是在液压助力转向系统基础上增加了转矩传感器车速传感器以及转向控制单元三、汽车转向系统类型与应用4.电动助力转向系统转向器电动助力转向系统(EPAS或EPS)包括机械部分和控制部分，主要由电动机离合器和转向柱总成电子控制单元ECU转矩传感器车速传感器三、汽车转向系统类型与应用5.四轮转向系统四轮转向(fourwheelSteering，简称4WS)是指汽车转向过程中，4个车轮可根据前轮或行车速度等信号同时相对车身偏转。四轮转向汽车的后轮可以与前轮同向偏转，可以反向偏转。三、汽车转向系统类型与应用6.线控动力转向系统线控转向系统主要由转向盘模块、前轮转向模块、电控单元（ECU）3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成。四、机械转向系结构1.方向盘方向盘由轮圈，轮辐和轮毂组成。四、机械转向系结构2.转向柱转向柱是转向系统连接方向盘和转向器的元件。通过转向柱，驾驶员把扭矩传递给转向器，带动转向器实现转向。（1）可分离式吸能转向柱四、机械转向系结构2.转向柱从结构上能使转向轴和转向柱管在受到冲击后，轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效地缓和转向盘对驾驶员的冲击，减轻其所受伤害的程度。（2）缓冲吸能式转向柱四、机械转向系结构2.转向柱（3）可调节式转向柱可调节式转向柱有机械调节（手动）和电动调节两种，转向柱一般都配有电动转向锁。四、机械转向系结构2.转向柱1）机械式调节转向柱机械式调节转向柱是通过两组金属薄片来固定的，每组各有八个钢片，每四个钢片均可进行轴向调节，钢片上用于调节的间隙是轴向布置的。四、机械转向系结构2.转向柱2）电动式调节转向柱电动式调节转向柱带有减速器的电机与箱式摇臂是固定在一起，带有转向柱管的导板盒与调整座组装在一起，螺杆拧在调整座的内螺纹内。四、机械转向系结构四、机械转向系结构2.转向柱3）电动转向柱锁（ELV）转向柱锁的作用是当驾驶员从钥匙筒拔出钥匙后，转向柱便被锁杆锁住。四、机械转向系结构3.转向传动机构（1）与非独立悬架配用的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给转向轮，使两侧转向轮偏转角按一定关系变化，以实现汽车顺利转向。与非独立悬架配用的转向传动机构一般由转向摇臂转向直拉杆转向节臂两个转向梯形臂转向横拉杆四、机械转向系结构1）转向摇臂转向摇臂的作用是把转向器输出的力和运动传给转向直拉杆和转向横拉杆，进而推动转向轮偏转。四、机械转向系结构2）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。四、机械转向系结构3）转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，转向横拉杆由横拉杆体和旋装在两端的接头组成，横拉杆体用钢管制成。四、机械转向系结构（2）与独立悬架配用的转向传动机构当转向轮采用独立悬架时，由于每个转向轮都需要相对于车架（或车身）做独立运动，转向传动机构中的转向梯形必须是断开式的。四、机械转向系结构红旗CA7560型轿车转向传动机构与两端输出的齿轮齿条式转向器配用的转向横拉杆四、机械转向系结构4.循环球转向器（1）循环球转向器的结构与工作原理循环球式转向器主要由螺杆、螺母、转向器壳体以及许多小钢球等部件组成，它由两级传动副、壳体、钢球和间隙调整装置等组成。第一级传动副是螺杆—螺母传动副，第二级是齿条—齿扇传动副。齿条位于螺母的下平面，故螺母既是一级传动副的从动件，也是二级传动副的主动件。四、机械转向系结构4.循环球转向器（2）循环球转向器的特点1）正传动效率很高，转向轻便。2）布置方便。特别适合大、中型车辆和动力转向系统配合使用；易于传递驾驶员操纵信号；逆效率高、回位好。3）通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。4）转向稳定性好。四、机械转向系结构4.循环球转向器（2）循环球转向器的特点齿轮齿条式转向器主要由转向器壳体、转向齿轮、转向齿条等组成。齿轮齿条式转向器结构简单、灵敏度高、可靠性好、质量轻、传动效率高、使用寿命长。五、机械转向系统常见故障常见故障故障现象故障可能的原因故障的排除方法转向沉重转向打方向盘时，感觉转向沉重。1.转向器故障。2.横、直拉杆球头销装配过紧或接头缺油。3.转向节主销与衬套配合过紧。4.转向轴或柱管弯曲，互相摩擦或卡住。5.轮胎气压不足。6.车轮定位不正确。1.检修转向器，检查转向器润滑油。2.检修横、直拉杆球头销。3.检修转向节主销衬套。4.检修转向轴。5.检查与补充轮胎气压。6.检查与调整车轮定位。方向盘自由行程过大、转向不灵敏汽车转向时，方向盘自由行程过大，转向不到位。1.转向器传动副啮合间隙过大或轴承松旷。2.转向轴与转向盘连接部位松动。3.转向传动机构各球头销处或连接处松动。4.前轮轮毂轴承间隙过大。5.转向节主销与衬套磨损松旷。6.前轮定位不准。1.检修转向器传动副啮合间隙与轴承。2.检修转向轴与转向盘连接是否松动。3.检修转向传动机构各球头销是否松动。4.检查与调整前轮轮毂轴承间隙。5.检修转向节主销衬套。6.检查、调整前轮定位。方向盘抖动汽车行驶时方向盘有明显抖动现象。1.转向轮存在不平衡。2.车轮定位不准确。3.前轴或车架弯扭变形。4.转向传动机构与前悬架的运动互相干涉。5.转向器传动副啮合间隙或轴承间隙太。6.转向传动机构或前轮轮毂轴承松旷。1.转向轮进行动平衡检修。2.检查、调整车轮定位。3.检修前轴或车架弯扭变形。4.检修转向传动机构的运动干涉情况。5.检査、调整转向器传动副啮合间隙或轴承间隙。6.检查转向传动机构或前轮轮毂轴承松旷。感谢观看！汽车转向系统汽车转向系统学习模块二动力转向系统的结构与工作原理问题一：动力转向系统有什么优点？问题二：动力转向系有哪些类型？问题三：动力转向系有哪些部分组成？任务描述学习模块二动力转向系统的结构与工作原理一辆丰田卡罗拉汽车行驶了7万公里进入修理厂要求检修汽车，车主抱怨汽车行驶时车身晃动明显，并且伴随有吱吱的金属摩擦声，其不仅要求检修车辆，还希望维修技师解释车辆异响的原因。假设你是维修技师，需要完成检修任务、并回答客户提出的问题。学习模块二动力转向系统的结构与工作原理学习目标能解释动力转向系的功用、类型和应用。能解释动力转向系的结构原理。能拆装齿轮齿条转向器。一、动力转向系统类型动力转向系统（powersteeringsystem）是将发动机或电动机作为主要转向能源的转向系统，主要的类型有液压助力转向（HPS）、电控液压助力转向（EHPS）和电动助力转向（EPS）。二、液压助力转向系统液压助力转向系统主要由转向盘、转向柱、机械转向器、转向助力油泵、转向动力缸、转向控制阀、安全阀、贮油罐及油管组成。二、液压助力转向系统1.液压助力转向器的类型（1）整体式助力转向器整体式助力转向器将机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀组合成一个整体，安装在转向轴的下端。二、液压助力转向系统1.液压助力转向器的类型（2）半整体式助力转向器半整体式助力转向器将转向控制阀与机械式转向器组合在一起，而转向动力缸设作为独立部件。二、液压助力转向系统2.转向助力油泵转向助力油泵是动力转向装置的动力源，由发动机驱动工作。转向油泵有齿轮式叶片式转子式二、液压助力转向系统3.整体转阀式液压助力转向器（1）整体转阀式助力转向器结构整体动力转向器由循环球－齿条齿扇式机械转向器、转阀式转向控制阀和转向动力缸组成。二、液压助力转向系统3.整体转阀式液压助力转向器（2）整体转阀式液压助力转向器工作原理1）当汽车直线行驶时：转阀处于中间位置二、液压助力转向系统3.整体转阀式液压助力转向器2)当汽车左转向时：3)汽车右转向时工作原理基本相似，不同的是由于转向方向相反。三、电动助力转向系统电子控制单元ECU扭矩传感器车速传感器电动机减速机构转向柱总成电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上，增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等。主要由三、电动助力转向系统三、电动助力转向系统1.电动助力转向的优点不转向时不消耗功率，与液压转向系统相比,可降低燃油消耗3%～5%；改善车辆操纵性能，助力大小可通过控制单元中的软件来控制，容易实现随车速等的变化而变化；结构紧凑、重量轻；工作噪音小；结构比液压转向系统简洁，无油泵、液压油、橡胶软管、油罐等；符合环保要求，车辆报废时，不需处理液压油、橡胶软管等，也无液压油的泄漏问题；安装简化（特别对于发动机后置和中置的车辆,可节省装配时间）。三、电动助力转向系统2.电动助力转向的类型电动式EPS可分为转向轴助力式、转向齿轮助力式和转向齿条助力式三类。类型特点转向柱助力式齿条助力式齿轮助力式结构布置助力电动机、控制器以及转矩传感器配置在转向柱。助力电动机配置在齿条轴上。助力电动机设置在转向器的齿轮轴上。安装优势系统结构紧凑，安装到车辆上时极为简便。助力电动机可安装在齿条轴上的任意位置处，增加了配置设计的自由度。助力电动机位于车箱外，可在保持静噪性的前提下，获得更大的辅助力。特点除用于固定式转向柱外，还适用于可倾斜式等所有类型的转向柱。采用减速比很大的助力电动机，抑制了惯性力，具有优异的操纵感。与变比率式转向器组合使用，可实现助力电机的小型化，提供操纵特性优异的转向系统。示意图三、电动助力转向系统3.电动助力转向（EPS）的结构与工作原理（以卡罗拉轿车为例）（1）卡罗拉电动助力转向EPS结构组成卡罗拉电动助力转向主要由转向扭矩传感器、转向电机、减速装置、转角传感器、EPSECU、齿条轴的外壳、左右横拉杆等组成。三、电动助力转向系统3.电动助力转向（EPS）的结构与工作原理（以卡罗拉轿车为例）（2）卡罗拉电动助力转向EPS工作原理三、电动助力转向系统3.电动助力转向（EPS）的结构与工作原理（以卡罗拉轿车为例）三、电动助力转向系统4.转向扭矩传感器的结构与工作原理转向扭矩传感器包括分相器单元1与分相器单元2两部分，分别安装在方向盘的输入轴和转向小齿轮的输出轴上。三、电动助力转向系统4.转向扭矩传感器的结构与工作原理卡罗拉转向扭矩传感器的分解图三、电动助力转向系统5.转角传感器的结构与工作原理丰田卡罗拉转角传感器属于电磁感应式传感器，它及时将转向电机的转向及转向角度信号反馈给EPSECU，形成一个闭环控制。四、主动转向系统1.主动转向系统的优点主动转向系统可以根据车速调整转向比和转向力，从而使转向更为灵活、驻车更为容易、高速行驶时更为稳定。（1）由于制动和转向都介入，车辆的稳定性得到提高。（2）在少数极限行驶工况下，可以部分或完全放弃制动的介入，可使车辆稳定过程更舒适。四、主动转向系统2.主动转向系统的功能主动转向系统控制单元根据车速和驾驶者所实施的转角，计算出转向角应该增大还是减小。控制单元通过控制电机，驱动转向器工作。3.主动转向系统的结构与工作原理（1）主动转向系统控制单元该控制单元用于计算出电机驱动转向器的转角，以便实现可变转向传动比，一般是根据车速和司机所实施的转角来确定的。四、主动转向系统四、主动转向系统3.主动转向系统的结构与工作原理（2）主动转向系统电动机械驱动装置主动转向系统内集成了一个电动机械驱动装置（同时也是执行元件），转向角的校正是通过执行元件带动转向主动齿轮转动而实现的。这个执行元件由一个轴齿轮构成，用一个电机来驱动。四、主动转向系统四、主动转向系统3.主动转向系统的结构与工作原理（3）主动转向电机主动转向电机采用三相永久激励型的同步电机，其转子与空心轴固定在一起，由8个磁极可变的永久磁铁构成。定子由6个线圈组构成，线圈布置在执行元件壳体内，由控制单元来进行触发控制。四、主动转向系统3.主动转向系统的结构与工作原理（4）主动转向系统转向锁在正常工作状态下，只要发动机已经关闭，控制单元就停止给主动转向锁的线圈供电，在弹簧力的作用下，将主销推入卡槽，主动转向锁锁止。四、主动转向系统3.主动转向系统的结构与工作原理（5）电机位置传感器（6）基准传感器（7）ESP传感器五、四轮转向系统1.四轮转向的优缺点优点改善车辆高速行驶的稳定性，能有效降低车辆侧滑事故的发生，明显改善车辆高速行驶的稳定性及安全性，缩小车辆低速转向时的转弯半径。四轮转向(fourwheelSteering，简称4WS)是指汽车转向过程中，4个车轮可根据前轮或行车速度等信号同时相对车身偏转。缺点成本高，增加了大量装置，可靠性下降，主要应用于法拉利、兰博基尼、奥迪、宝马、雷克萨斯等高端车型和大型货车。五、四轮转向系统2.四轮转向类型四轮转向系统按工作方式划分机械式液压式电动式2.四轮转向类型（1）机械式四轮转向系统五、四轮转向系统机械式四轮转向系统前后轮都设置有转向器，两转向器之间用机械装置连接，前轮转向角决定后轮转向角。2.四轮转向类型（2）电控液压式四轮转向系统五、四轮转向系统电控液压式四轮转向系统主要由转向盘、转向油泵、前动力转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、电子控制单元、后轮转向系统组成。2.四轮转向类型（3）电动式四轮转向系统五、四轮转向系统电动式四轮转向系统主要由输入传感器（主、副前轮转角传感器；主、副后轮转角传感器；后轮转速传感器和车速传感器）、电控单元和前、后轮转向执行器等组成。五、四轮转向系统后轮转向执行