项目四任务1 转向系统结构与原理

项目四新能源汽车转向系统检修任务一

转向系统结构与原理

中国人民大学出版社

中国人民大学出版社

【案例导入】一辆家用新能源汽车进厂维修，车主反映在行驶过程中进行转向时，发现方向盘越来越沉重，车主担心车轮有安全隐患，要求尽快维修。维修技师张组长交待你对转向横拉杆和球头进行更换，接到任务你应该如何开展工作？中国人民大学出版社

【知识介绍】一、汽车转向系统概述（一）汽车转向系统的类型、组成与作用1.转向系统的作用汽车转向系统的主要作用是保持车辆直线行驶或根据道路条件控制汽车的行驶方向，确保汽车能够按照驾驶员的意图安全、准确地行驶。良好的转向系统可以提高汽车的操控性、稳定性和安全性，使驾驶更加轻松和愉快，不同类型的转向系统根据其工作原理和特点，可以满足不同类型汽车和驾驶环境的需求。2.转向系统的类型为适应不同的驾驶需求和道路条件，汽车转向系统的结构形式多样，有机械式、液压助力式、电子控制助力式等几种。其中机械式转向系统是最基本的形式，它直接通过驾驶员的操作力来控制车轮的转向；液压助力式转向系统通过液压泵提供辅助力，减轻驾驶员的操作力，适用于大型车辆或需要较大转向力的场合；电子控制助力式转向系统则通过电机提供辅助力，可以根据车速和转向角度自动调整助力大小，提高驾驶舒适性和安全性，广泛应用于现代汽车。中国人民大学出版社

转向系统的组成汽车转向系统形式多种多样，多由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，具体包括转向盘、转向轴、转向器、转向节、转向拉杆、转向横拉杆等部件。转向盘是驾驶员操作的部件，通过转向轴将力传递到转向器；转向器负责将驾驶员的操作力转换为车轮的转向运动；转向节和转向拉杆负责将转向器的动作传递到车轮；转向横拉杆则用于连接左右两个转向节，保证转向的同步性。中国人民大学出版社

（二）转向操纵机构1.转向操纵机构的作用转向操纵机构是汽车的重要组成部分，它将驾驶员的转向意图传递给转向轮，使车辆按照驾驶员的意愿改变行驶方向，转向操纵机构直接影响着车辆的操控性能、安全性和驾驶舒适性。中国人民大学出版社

（三）转向器1.转向器的作用转向器是汽车转向系统中的一个核心组件，其主要作用是将驾驶员通过转向盘输入的旋转运动转换为转向轮所需的线性运动，并且在这个过程中对力进行放大，以克服转向轮在行驶过程中遇到的阻力。转向器的工作原理是通过齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮等机械结构，实现力的传递和运动的转换。转向器的设计对于汽车的操控性能和驾驶安全至关重要。它需要确保转向系统的反应灵敏、准确，同时还要保证在各种驾驶条件下的可靠性和耐用性。中国人民大学出版社

电子助力转向器（EPS）使用电动机直接提供转向助力，而不是通过液压系统。它可以更精确地控制助力的大小，提供更好的燃油经济性和响应性。电子助力转向器的结构如图中国人民大学出版社

自动驾驶辅助转向系统目前安装在可自动驾驶的车辆上，可以根据车辆的速度和其他因素动态调整转向比，以提高操控性和稳定性。自动驾驶辅助转向器外观如图中国人民大学出版社

（四）转向传动机构1.转向传动机构的作用转向传动机构的作用是驾驶员通过方向盘施加的力通过转向传动机构传递到转向轮，使车轮按照驾驶员的意图进行转向。转向传动机构通常包括多个关节和连杆，可以将方向盘的旋转运动转换为车轮的摆动运动。通过齿轮、齿条等机构，可以将驾驶员施加的较小力矩放大，以克服车轮与地面之间的摩擦力。缓冲和吸收震动：转向传动机构中的某些部件（如橡胶衬套）可以吸收来自路面的震动，减少传递到方向盘的震动，提高驾驶舒适性。2.与非独立悬架匹配的转向传动机构与非独立悬架相匹配的转向传动机构通常与悬架系统作为一个整体进行设计，当一侧的车轮遇到路面凸起或凹陷时，另一侧的车轮也会受到影响。转向轮通过刚性连接的传动机构与转向器相连，这可能导致在不平路面上行驶时转向性能受到影响。与非独立悬架相匹配的转向传动机构如图中国人民大学出版社

与独立悬架匹配的转向传动机构与独立悬架相匹配的转向传动机构通常采用断开式设计，每个转向轮可以相对于车架或车身独立运动，而不会相互影响。由于独立悬架的车轮可以独立响应路面的变化，转向传动机构需要能够适应每个车轮的独立运动，以确保转向的精确性和灵活性。独立悬架相匹配的转向传动机构如图中国人民大学出版社

（一）电子液压助力转向系统1.作用及组成电子液压助力转向系统结合了传统液压助力转向系统的优点和电子控制技术，以提供更精确、更稳定的转向助力。通过电动机驱动液压助力泵，为转向盘提供辅助力，使驾驶者在打方向拐弯、泊车、调头时更加轻松省力。这种助力系统能够根据车速和转向角度的变化，自动调节辅助力的大小，从而确保驾驶者在各种行驶条件下都能获得最佳的转向手感。电子液压助力转向系统由液压助力齿轮齿条机构、液压助力缸、储液罐、液压助力泵、控制单元、电磁阀、等。电子液压助力转向系统如图中国人民大学出版社

2.工作原理驾驶员转动转向盘，转向管柱上的扭矩传感器检测到转向意图，并将信号传递给控制单元。控制单元接收到转向角度或转矩信号后，根据预设的转向助力曲线和车辆当前的工况，计算出所需的液压助力信号，控制单元向液压助力泵发送指令，控制其开始工作。液压助力泵由电动机驱动，根据控制单元的指令调整输出压力。在低速时，产生的助力较大，以增强转向性能，在高速时，产生的助力较小，以保证稳定性，液压助力泵产生的压力油通过油管输送到液压助力齿轮齿条机构的液压缸中，液压缸中的活塞在液压油压力作用下移动，将液压能转换为机械能，推动转向机构，从而辅助车轮转向。当驾驶员停止转动方向盘时，液压油流回储油罐，转向系统回到中立位置，随着车辆的行驶和驾驶员的转向操作，上述过程会不断循环，液压油在循环过程中会发热，需要通过散热装置进行冷却，同时，液压油也需要过滤以去除杂质，保证系统的长期稳定运行。电子液压助力转向系统的优点在于它能够在不同的车速下提供适当的转向助力，从而改善了转向性能和车辆的稳定性，同时，由于电动机驱动的液压助力泵只在需要时工作，因此相比传统的液压助力系统，电子液压助力转向系统能够降低能耗并提高燃油效率。中国人民大学出版社

3.电子液压助力转向系统的结构（1）液压助力泵电子液压助力转向系统液压助力泵由电动机驱动，它的作用是为转向系统提供压力油，以帮助驾驶员在转向时减轻操作力度。电子液压助力转向系统的液压助力泵如图中国人民大学出版社

（2）液压助力齿轮齿条机构液压助力齿轮齿条机构利用液压力来提供助力，从而协助驾驶员为车辆轮胎的转向动作提供动力。液压助力齿轮齿条机构如图中国人民大学出版社

（3）机械可调式转向柱

机械可调式转向柱通常包括倾斜调节和伸缩调节两种功能，使驾驶员可以调整方向盘的上下角度和前后距离。这种转向柱的设计有助于提高驾驶的舒适性和安全性，因为它允许驾驶员找到最适合自己的驾驶位置，从而减少驾驶疲劳和提高驾驶集中度。机械可调式转向柱如图中国人民大学出版社

（二）电子控制助力转向系统电子控制转向系统（EPS）是目前最流行的助力转向系统，它使用电动机直接提供转向助力，省去了液压系统所需的油泵、油管等部件。EPS系统只在转向时消耗能量，不转向时不消耗能量，因此更加节能和环保。EPS系统可以根据车速和转向力矩自动调整助力大小，提供更好的驾驶体验和更高的安全性。1.作用及组成汽车电子控制助力转向系统（EPS）是一种先进的转向技术，它主要由转角传感器、转矩传感器、ESP电子控制单元、助力电动机、减速机构等组成，通过电动机提供转向助力与传统的液压助力转向系统相比具有更低的能耗损失。电子控制助力转向系统的组成如图4-20所示。中国人民大学出版社

中国人民大学出版社

2.工作原理汽车转向时，转矩及转角传感器把检测到转向盘扭矩及转角信号的大小和方向经处理后传给电子控制单元，电子控制单元同时接收车速传感器检测到的车速信号，然后根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电机的旋转方向和助力扭矩的大小，同时电流传感器检测电路的电流，对驱动电路实施监控，最后由驱动电路驱动电机工作，实施助力转向。其工作原理如图中国人民大学出版社

3.电子控制助力转向系统主要部件（1）转矩传感器转矩传感器用来检测转向盘转矩和转角的大小和方向，它是电子控制助力转向系统的控制信号之一。转矩传感器主要有接触式和非接触式两种，常用的接触式转矩传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式，非接触式转矩传感器主要有光电式和磁电式。目前非接触式转矩传感器应用较为广泛。常见非接触式转矩传感器外观如图中国人民大学出版社

（2）减速机构电子控制助力转向系统中的减速机构通常由涡轮和蜗杆组成。蜗杆与转向助力电动机的输出轴啮合，减速机构的输出轴即为转向柱轴，通过蜗杆驱动涡轮将转向助力电动机输出的高速低转矩转换为低速高转矩，提供足够的转向力矩。同时，减速机构还起到增大输出转矩、降低电动机负载和降低噪声等作用，电子控制助力转向系统中的减速机构如图中国人民大学出版社

（3）助力电动机助力电动机根据控制单元的指令输出适宜的助力转矩，是电子控制助力转向系统的动力源，多采用无刷永磁式直流电动机。助力电动机对电子控制助力转向系统的性能有很大影响，是电子控制助力转向系统的关键部件之一，因此其要具有低转速、大转矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量小等特点，而且要求可靠性高、易控制。助力电动机如图中国人民大学出版社

（4）EPS电子控制单元EPS电子控制单元是电动转向系统的控制核心，其主要由壳体、盖、控制电路板和铝基板等组成。EPS控制单元的作用是接受转矩传感器、车速传感器、转角传感器以及车辆点火信号，并进行分析处理，控制提供给助力电动机的转向电流，从而控制提供给转向系统的转向助力的大小。在电源、电动机等其他部件正常工作时，其本身的可靠性应比较高，硬件本身不易出现故障。EPS电子控制单元如图中国人民大学出版社

【任务实施】一、实操准备工作（一）教学组织形式（1）学生分工：建议操作团队由4位学生组成，2人一组，一组为操作组，1人操作，1人辅助，另一组为观察组，以先学习和工单记录为主。（2）教师职责：学生操作时，负责巡视记录、指导帮扶，时刻关注学生的操作安全。（3）企业导师/实习指导教师：以企业角度为学生讲解、示范。（二）场地设备要求（1）准备好实训车辆及维修资料，如表4-1所示，实车和教材上可能有差异，根据实训车辆维修资料进行检查。（2）准备好转向横拉杆和球头更换工具、设备等（部分展示