汽車設(shè)計 課件 第7章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計

汽

車

設(shè)

計汽車設(shè)計汽車底盤現(xiàn)代設(shè)計第7章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計汽車設(shè)計本章內(nèi)容7.1概述7.2機械式轉(zhuǎn)向器方案設(shè)計7.3

機械式轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)7.4動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計7.5

轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計7.6

轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計7.7線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車設(shè)計7.1概論圖7-1示出一種汽車的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（即手動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），其由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)組成。采用動力轉(zhuǎn)向的汽車，還有動力系統(tǒng)，即動力轉(zhuǎn)向油泵、油管、動力轉(zhuǎn)向器等，見圖7-2。汽車設(shè)計

近年來，許多轎車上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中裝設(shè)了防傷裝置，這是為了減輕駕駛員在撞車時受到的傷害。在圖7-2所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中網(wǎng)格狀的轉(zhuǎn)向軸18就是一種防傷裝置。在發(fā)生撞車事故時，駕駛員的胸部位置會撞上轉(zhuǎn)向盤，當(dāng)這種撞擊力達到設(shè)定值時上述網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)向軸就被壓潰、發(fā)生塑性變形（如圖7-3所示），同時吸收能量、限制對駕駛員的沖擊力，從而減輕對駕駛員的傷害。汽車設(shè)計對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求●保證汽車擁有足夠小的最小轉(zhuǎn)彎半徑，以使其能夠在有限的狹小場地內(nèi)能進行轉(zhuǎn)彎行駛?！癖ＷC汽車轉(zhuǎn)彎行駛時所有的車輪都繞一個共同的瞬時轉(zhuǎn)向中心進行旋轉(zhuǎn)，各個車輪的側(cè)偏角都要趨于一致，并且在滿足性能要求時應(yīng)盡可能小，以延長輪胎壽命、防止汽車行駛時的輪胎噪聲?！癫倏v輕便。●在完成轉(zhuǎn)向過程后，轉(zhuǎn)向盤能夠自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)?！窦骖櫢咚傩旭倳r的操縱穩(wěn)定性和低速行駛時的轉(zhuǎn)向迅速、輕便的要求?！駷闇p輕駕駛員的疲勞，應(yīng)盡可能減少地面對轉(zhuǎn)向車輪的沖擊而傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖?！駪壹軐?dǎo)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)（桿系）匹配適當(dāng)，使車輪上、下跳動（懸架壓縮、伸張）時由上述兩種機構(gòu)的運動干涉所引起的車輪前束角變化盡可能??；汽車轉(zhuǎn)向行駛、車身發(fā)生側(cè)傾時，由上述兩種機構(gòu)運動干涉所引起的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車輪前束角變化）盡可能小或有利于不足轉(zhuǎn)向；由懸架中橡膠元件的受力變形所引起的車輪前、后移動要盡可能不引起前束角的變化。●在汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的間隙應(yīng)盡可能小。為了減少間隙的變化，有特定的調(diào)整機構(gòu)來消除因磨損而產(chǎn)生的間隙?！裨谲嚨溨?，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架或車身變形而后移時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。汽車設(shè)計7.2機械式轉(zhuǎn)向器方案分析與設(shè)計

機械轉(zhuǎn)向器是指完全靠人力操縱的轉(zhuǎn)向器，其通過提供一定的機械增益（傳動比）來減小駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力（即轉(zhuǎn)向力）。轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，對轉(zhuǎn)向器有如下基本要求?！裨谄囆旭倳r提供準(zhǔn)確而輕便的轉(zhuǎn)向控制，同時轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角范圍不允許過大。這要求轉(zhuǎn)向器的自由行程（由傳動零件之間的間隙引起）盡可能小，傳動比適當(dāng)，駕駛員主動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時的機械效率（正效率）高，可能還需要動力助力?！袷沟孛鎸η拜喌臄_動盡可能少地被傳到轉(zhuǎn)向盤上，同時還要讓駕駛員能夠感覺得到路面狀況（粗糙程度、附著力的大小等）的變化。這要求在前輪因受到地面干擾而試圖轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時轉(zhuǎn)向器的機械效率適當(dāng)?shù)氐?，即逆效率適當(dāng)?shù)氐?。●不能妨礙汽車完成轉(zhuǎn)向后、返回直線行駛狀態(tài)時的前輪自動回正，這又要求轉(zhuǎn)向器的逆效率適當(dāng)?shù)馗?。●停車（車速為零）轉(zhuǎn)向時駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的力（轉(zhuǎn)向力）應(yīng)該被減小到最低限度。為了使駕駛員能夠比較舒服地進行停車轉(zhuǎn)向，一般要求采用動力助力。停車轉(zhuǎn)向時所需要的轉(zhuǎn)向力一般是最大的?！袷蛊嚲哂辛己玫母咚俨倏v穩(wěn)定性。這一般要求轉(zhuǎn)向器的自由行程、摩擦盡可能小，有適當(dāng)?shù)膫鲃颖群蛣恿χΓㄔ诓捎脛恿χΦ那闆r下）。汽車設(shè)計7.2.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器目前，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器被廣泛應(yīng)用在所有的前置-前輪驅(qū)動轎車上以及一些前置-后輪驅(qū)動轎車。圖7-4示出一種兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其中齒輪是輸入元件，齒條是輸出元件。圖7-5示出一種采用兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其所示系統(tǒng)中，采用的是麥克弗森式獨立懸架，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置位置比較低，在這種情況下一般都采用兩端輸出式。在采用其他獨立懸架的汽車中，如果采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，一般都是兩端輸出式。圖7-6示出一個與雙橫臂式獨立懸架匹配的兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器汽車設(shè)計汽車設(shè)計

圖7-8示出一個采用中央輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。只有在采用麥克弗森式獨立懸架和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、并且轉(zhuǎn)向器布置位置比較高的情況下，才采用中央輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。在采用這種懸架、轉(zhuǎn)向連桿布置方式的情況下為了獲得較小的干涉轉(zhuǎn)向角（前束角變化），一般需要采用較長的轉(zhuǎn)向連桿。汽車設(shè)計在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，當(dāng)轉(zhuǎn)動齒輪時，齒條進行移動，而不是轉(zhuǎn)動。所以，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器自己沒有轉(zhuǎn)向器角傳動比，而是有齒條增益GR：其中，GR是齒條增益，mm/r；Δnh是轉(zhuǎn)向盤所轉(zhuǎn)動圈數(shù)的增量，r；Δd是齒條的位移增量，mm。齒條增益GR增大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比就會減小。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點●構(gòu)造比較簡單；●成本較低；●效率高，轉(zhuǎn)向輕便；●可以自動防止齒輪和齒條之間的松動，并且具有均勻的固有阻尼；●有利于改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛性；●轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)僅包括轉(zhuǎn)向連桿和轉(zhuǎn)向節(jié)，零件少、占用空間?。ㄟ@正是所有前置-前輪驅(qū)動型汽車都采用這種轉(zhuǎn)向器的原因）。汽車設(shè)計齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的缺點●由于只有齒輪與齒條一對傳動副，其摩擦小且傳動效率高，由路面不平對車輪的沖擊所引起的轉(zhuǎn)向盤反擊較大；●轉(zhuǎn)向連桿受斜向力作用，連桿中的應(yīng)力較大；●當(dāng)轉(zhuǎn)向連桿采用兩端輸出式設(shè)計時連桿的設(shè)計長度會受到限制；●前輪轉(zhuǎn)向角的大小取決于齒條的位移，為了獲得足夠大的車輪轉(zhuǎn)角有時只有采用較短的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，這樣會使整個轉(zhuǎn)向裝置受力較大；●隨著車輪轉(zhuǎn)向角的增大，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比下降，使得汽車在駐車時轉(zhuǎn)向會很費力；●該轉(zhuǎn)向器在非獨立懸架中不能采用。汽車設(shè)計7.2.2整體式轉(zhuǎn)向器整體式轉(zhuǎn)向器以轉(zhuǎn)向搖臂軸作為輸出元件，包括蝸桿曲柄指銷式、蝸桿蝸輪式、蝸桿滾輪式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器等。汽車設(shè)計整體式轉(zhuǎn)向器的缺點整體式轉(zhuǎn)向器（的缺點主要是因為其沒有布置轉(zhuǎn)向連桿系統(tǒng)的空間，所以很難在前置-前輪驅(qū)動形式的轎車上采用。而當(dāng)采用獨立懸架的前置-后輪驅(qū)動汽車采用這種轉(zhuǎn)向器時，需要額外附加斷開式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)。這不僅僅會增加整車的重量和成本，而且經(jīng)濟性也不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。整體式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點●可以與非獨立懸架匹配使用●可以承受較大的力●具有較大的車輪轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)角范圍可達±45°●可以采用較長的轉(zhuǎn)向節(jié)臂或梯形臂來減小轉(zhuǎn)向搖臂和中央拉桿中的載荷●轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)可以設(shè)計得使其傳動比隨車輪轉(zhuǎn)角變化很小●對地面沖擊載荷不敏感。汽車設(shè)計整體式轉(zhuǎn)向器角傳動比的定義：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量之比，即其中，是轉(zhuǎn)向器角傳動比；是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；是轉(zhuǎn)向搖臂軸的轉(zhuǎn)角增量。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的力學(xué)模型如右圖所示，

其方程如下所示：

，其中，t是螺桿螺距；r是齒扇節(jié)圓半徑。從式中可以得到這種轉(zhuǎn)向器的角傳動比為汽車設(shè)計7.3機械式轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)7.3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動比的定義：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量的平均值之比。即

其中，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比；Δ是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；、分別是左、右轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)角增量。在采用整體式轉(zhuǎn)向器的情況下，轉(zhuǎn)向器以下的零件組成轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向搖臂（垂臂）、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、

轉(zhuǎn)向節(jié)、梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿等。這種轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比的定義：轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量與兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量的平均值之比，即可以看出，在采用整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)角傳動比的乘積就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比，即 在使用整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的角傳動比在0.85~1.1之間，可以粗略認為是1。這樣，有。即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比一般可以近似認為等于轉(zhuǎn)向器的角傳動比。汽車設(shè)計7.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動比在實用中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動比定義為 其中，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動比；是在轉(zhuǎn)向節(jié)上克服的轉(zhuǎn)向阻力矩，由作用在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩組成；是駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩；是轉(zhuǎn)向系的角傳動比；是轉(zhuǎn)向器在實際載荷下的效率；是轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)在實際載荷下的效率。只能用實驗的方法確定和。在實用中，整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩傳動比定義為 其中，是轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)矩傳動比；是轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)向阻力矩；是轉(zhuǎn)向器角傳動比；是轉(zhuǎn)向器在實際載荷下的效率。一般有如下關(guān)系： 即可以近似認為，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動比就是轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩傳動比。汽車設(shè)計7.3.3轉(zhuǎn)向器的效率只能使用試驗方法才能確定在實際載荷下的轉(zhuǎn)向器正效率。圖示為對整體式轉(zhuǎn)向器進行效率試驗的示意圖，其中的轉(zhuǎn)向器殼固定。在進行正效率試驗時，需要主動在轉(zhuǎn)向器輸入軸上施加一個轉(zhuǎn)矩，測量傳到轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)矩。有如下關(guān)系：，

其中，是轉(zhuǎn)向器角傳動比；是轉(zhuǎn)向器在實際載荷下的正效率。提高轉(zhuǎn)向器正效率有助于減小駕駛員需要施加的轉(zhuǎn)向力。在進行逆效率試驗時，需要主動在轉(zhuǎn)向器輸入軸上施加一個轉(zhuǎn)矩，測量傳到轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)矩。有如下關(guān)系： ，

汽車設(shè)計逆效率轉(zhuǎn)向器分類可逆式轉(zhuǎn)向器

可逆式轉(zhuǎn)向器：路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動回正，減輕駕駛員的疲勞，提高行駛安全性。車輪沖擊力大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長時間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛不可逆式轉(zhuǎn)向器不可逆式轉(zhuǎn)向器：車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤車輪受到的沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。既不能保證車輪自動回正，駕駛員又缺乏路面感覺?，F(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于前兩種轉(zhuǎn)向器之間，車輪沖擊只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。在不平路面上行駛時，駕駛員并不十分緊張；轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器小。汽車設(shè)計3.影響轉(zhuǎn)向器效率的因素影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。（1）轉(zhuǎn)向器的類型

汽車上常用的轉(zhuǎn)向器形式有：循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式等幾種。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的效率最高，因為其只有一對傳動副。轉(zhuǎn)向器的效率除了與設(shè)計有關(guān)以外，與制造質(zhì)量也關(guān)系密切。（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率

對于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，而忽略軸承和其他地方的摩擦損失，其正效率可表示為

式中，

是蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角（螺線升角）；

是摩擦角，

，f是摩擦系數(shù)。

其逆效率可表示為

從上式可見，導(dǎo)程角（螺線升角）

增大，使正、逆效率都增大。所以，應(yīng)該選一個合適值，使正、逆效率達到綜合平衡。

當(dāng)導(dǎo)程角

≤p時，逆效率

≤0，表明這種轉(zhuǎn)向器是不可逆式的。因此，為使轉(zhuǎn)向器有適當(dāng)?shù)哪嫘?，?dǎo)程角的最小值必須大于摩擦角。螺線的導(dǎo)程角一般選在8°~10°之間。汽車設(shè)計7.4動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計7.4.1動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述為了在采用適當(dāng)轉(zhuǎn)向傳動比的情況下減小駕駛員需要施加到轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，會在汽車上使用動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了減小轉(zhuǎn)向力，轉(zhuǎn)向器的一個發(fā)展方向是提高其機械效率，為此發(fā)明了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。但是，沿著這個方向的發(fā)展是有限度的，其效率很難超過85%。另外一個減小轉(zhuǎn)向力的發(fā)展方向是增大轉(zhuǎn)向器的傳動比。但是，如果傳動比過大，為了使汽車轉(zhuǎn)向時前輪擺動一定角度而需要駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的圈數(shù)過多（轉(zhuǎn)向從容性差），這也是不能接受的。而采用動力轉(zhuǎn)向是同時保證上述轉(zhuǎn)向輕便性與轉(zhuǎn)向從容性的有效措施。汽車設(shè)計動力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點●大幅減小了停車轉(zhuǎn)向力，使駕駛員可以比較輕松地進行停車轉(zhuǎn)向。汽車行駛中的轉(zhuǎn)向力也得到了減小，有利于減輕駕駛員的疲勞?！駵p少了轉(zhuǎn)向盤從一端到另一端的極限轉(zhuǎn)動圈數(shù)，一般在2.5~3圈之間，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱比較從容，有利于選擇最佳轉(zhuǎn)向角傳動比，而不必考慮轉(zhuǎn)向沉重問題。●減小了路面干擾對轉(zhuǎn)向盤的影響。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有自動抵抗這種干擾的特性，特別是在比較差的路面上行駛時，有利于減輕駕駛員的駕駛疲勞感?！裨谄囆旭倳r，某個輪胎突然爆破的情況下，可以更好地阻止車輛的突然轉(zhuǎn)向，從而改善整體的安全性?！裨谵D(zhuǎn)向車輪承受較大負荷的情況下，轉(zhuǎn)向力還可以保持在合理的范圍以內(nèi)，有利于增大汽車總體布置的自由度。動力轉(zhuǎn)向的缺點●比機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜、成本高；●使汽車油耗有一定程度的增大；●有可能引起振動、噪聲問題。汽車設(shè)計由于動力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點是主要的，所以其應(yīng)用范圍在不斷擴大。在現(xiàn)代汽車上得到最廣泛應(yīng)用的是液壓動力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動力轉(zhuǎn)向泵、動力轉(zhuǎn)向油管（包括壓力油管、回油管、吸油管等）、動力轉(zhuǎn)向器和動力轉(zhuǎn)向油罐等組成，它具有如下一些優(yōu)點：●具有固有的自潤滑特性；●可以很容易地產(chǎn)生高壓；●可以在很小的空間傳遞很大的力；●很大的力可以很容易地施加和解除；●液體的不可壓縮性使得其可以精確地控制運動；●它是一種封動力轉(zhuǎn)向器閉的系統(tǒng)，可以防止異物侵入；●可以容易地安裝在可以獲得的安裝空間之內(nèi)。汽車設(shè)計

圖示為一種整體式動力轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球式動力轉(zhuǎn)向器），這種動力轉(zhuǎn)向器的方向控制閥是轉(zhuǎn)閥。7.4.2整體式動力轉(zhuǎn)向器汽車設(shè)計1.整體式動力轉(zhuǎn)向器的工作原理

圖示出一種在轎車上采用的整體式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動機工作時，其曲軸通過皮帶輪帶動動力轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)動，向外輸出液壓油。液壓油的流向依次是（見上頁圖）：①動力轉(zhuǎn)向泵；②壓力油管；③轉(zhuǎn)向器殼體上的壓力油口；④轉(zhuǎn)閥閥體外圓中央環(huán)形槽；⑤閥體中的中心油孔A7；⑥閥體內(nèi)圓的四個軸向槽。然后，進一步的油流流向由轉(zhuǎn)閥的工作狀態(tài)控制。汽車設(shè)計2.對動力助力工作過程的基本理解

在圖中所示的是極端狀態(tài)，即一側(cè)油缸腔體完全與動力轉(zhuǎn)向泵出油口相通，另一側(cè)油缸室完全與油罐相通，系統(tǒng)中油壓很高（例如10MPa或14MPa），泵處于限壓狀態(tài)。這種狀態(tài)一般出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向阻力較大的情況下，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪已經(jīng)處于其極限轉(zhuǎn)角位置、并且已經(jīng)碰上限位塊而駕駛員繼續(xù)加大施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力時。但是，對于大部分轉(zhuǎn)向狀態(tài)，施加在扭桿上的轉(zhuǎn)矩比較小，扭桿的扭角不足以使閥芯相對于閥體轉(zhuǎn)動到閥間隙都堵死的狀態(tài)。汽車設(shè)計

來自泵的高壓油的大部分進入1號油缸腔，另一部分直接通過閥間隙返回回油管。閥間隙的大小便決定了助力油缸兩側(cè)的壓力差的大小和助力的程度。上述閥間隙的變化與扭桿的扭角成正比，即與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力成正比。駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力越大，扭桿的扭角就越大，閥間隙的變化就越大，在助力活塞兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差就越大，從而助力就越大。

當(dāng)駕駛員釋放方向盤（施加的轉(zhuǎn)向力為零）時，在扭桿的作用下，閥芯在閥體內(nèi)又恢復(fù)到中性位置，在助力活塞兩側(cè)的壓力差為零。如果汽車在行駛中，則車輪上的回正力矩便會推動車輪、轉(zhuǎn)向盤返回正常直行位置。如果扭桿過細、剛度過小，就有可能出現(xiàn)其彈性恢復(fù)力不足以克服轉(zhuǎn)閥內(nèi)部、轉(zhuǎn)向管柱中摩擦力矩、使轉(zhuǎn)閥恢復(fù)到中性位置的情況。在這種情況下，在助力活塞的兩側(cè)還會殘存一些壓力差，阻止前輪自動回正。汽車設(shè)計3.轉(zhuǎn)閥的特性曲線

轉(zhuǎn)閥的功能特性用兩種曲線來描述。（1）響應(yīng)曲線，即壓力差-轉(zhuǎn)角（閥芯相對閥體的轉(zhuǎn)角）曲線。這種曲線表明，為了在助力活塞兩側(cè)建立一定的助力壓力差需要有多大的相對轉(zhuǎn)角。決定轉(zhuǎn)閥壓力差-轉(zhuǎn)角特性的主要因素是：①閥間隙隨著閥芯相對于閥體的轉(zhuǎn)角的變化特性；②動力轉(zhuǎn)向泵的流量。（2）壓力差-轉(zhuǎn)向力矩（閥力）曲線。這種曲線表明，為了在助力活塞兩側(cè)建立一定的轉(zhuǎn)向助力壓力差而需要施加多大的轉(zhuǎn)向力矩。壓力差-轉(zhuǎn)向力矩（閥力）曲線由上述壓力差-轉(zhuǎn)角曲線、扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦特性等共同決定。汽車設(shè)計7.4.3齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器

圖示出一個中央輸出式齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器。其中，助力油缸缸筒5通過螺紋安裝在轉(zhuǎn)向器殼體4的一端；助力活塞10安裝在活塞桿7上，用螺母11固定；活塞桿的一端安裝在齒條一端的圓柱孔中，用一個銷釘固定；8號件是活塞桿的支承，9號件是活塞桿的油封；助力油缸的1號腔、2號腔分別通過油管2、3與轉(zhuǎn)閥1接通。汽車設(shè)計

圖示出一個典型的用于齒輪齒條式動力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)閥。其中，轉(zhuǎn)閥殼體1通過注塑3固定在轉(zhuǎn)向器殼體2上；4號件即是輸入短軸，又是閥芯，即在輸入短軸外圓上制出用于助力控制的軸向槽；在閥體外圓上制有三道環(huán)槽，用四道密封環(huán)隔開；扭桿5的上端通過扭桿固定銷釘4A固定在閥芯（輸入短軸）的上端，扭桿5的下端通過花鍵固定在齒輪7上。這種轉(zhuǎn)閥的工作原理與前述整體式轉(zhuǎn)向器的相同，只是結(jié)構(gòu)得到了簡化。汽車設(shè)計

圖示為一種兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒條殼體14一般是用鋁合金制造的，鋼制的助力油缸缸筒9安裝在其一端；助力活塞6安裝在齒條13上，其兼起活塞桿的作用；齒條的軸承有兩處，一是在齒輪處，另外一處在齒條的一端，即齒條軸承3A；助力油缸的油封包括齒條油封3、O形油封4、齒條油封10和O形油封11，用于防止外泄漏，而助力活塞環(huán)7用于防止內(nèi)泄漏；在齒條中央制有通氣孔12，以連通齒條兩端的密封護套1，使它們內(nèi)部的氣壓達到平衡；助力油缸通過油管接頭5、8與油管連接，再通過油管與轉(zhuǎn)閥相連。汽車設(shè)計7.4.4轉(zhuǎn)閥特性曲線的計算

圖示為轉(zhuǎn)閥的分析模型。當(dāng)汽車的發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，動力轉(zhuǎn)向泵就向動力轉(zhuǎn)向器輸出流量

，其首先通過供油孔（中心油孔）E進入在閥體內(nèi)圓上制出的四條軸向油槽F。然后，流量

分成了兩部分，即

和

。

（1）流量

流向左側(cè)，通過閥間隙

進入在閥芯外圓上制出的四條軸向油槽

。這個流量又進一步分成兩部分，其中

進入動力轉(zhuǎn)向油缸；-通過閥間隙

進入在閥體內(nèi)圓上制出的四條軸向油槽

，然后通過在閥芯上制出的回油孔流入閥芯的中央，該處通過回油管與油罐相通，是低壓區(qū)。（2）流量

流向右側(cè)，通過閥間隙

流入在閥芯外圓上制出的四條軸向油槽

，與來自油缸的流量

會合。流量（

+

）通過閥間隙

進入在閥體內(nèi)圓上制出的四條油槽

，然后通過在閥芯上制出的回油孔流入閥芯中央低壓區(qū)。汽車設(shè)計

根據(jù)液壓原理中的薄壁小孔理論，有如下方程：其中，假設(shè)在閥芯中央低壓區(qū)的壓力為零；忽略了內(nèi)泄漏；是動力轉(zhuǎn)向泵的輸出壓力；、分別是在油槽、中的壓力；是閥間隙的流量系數(shù)，=0.7；是油的密度，=870kg/m3。在已知閥間隙

、

、

、

隨著閥芯相對于閥體的轉(zhuǎn)角而發(fā)生變化的特性和流量

、

時，就可以從左式解出

、

、

。而助力活塞兩側(cè)的壓力差為

汽車設(shè)計7.4.5動力轉(zhuǎn)向泵

在轎車等輕型汽車上，動力轉(zhuǎn)向泵一般通過皮帶輪由發(fā)動機驅(qū)動。在許多中、重型貨車上動力轉(zhuǎn)向泵由空氣壓縮機的曲軸驅(qū)動，動力轉(zhuǎn)向泵與空氣壓縮機同軸，安裝在其后方。動力轉(zhuǎn)向泵的作用是把機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，并且通過動力轉(zhuǎn)向油管輸送給動力轉(zhuǎn)向器。1.對動力轉(zhuǎn)向泵的要求

●在發(fā)動機怠速時能夠提供足夠的液壓油流量和壓力，以滿足停車轉(zhuǎn)向的要求；●工作效率高，以減小能耗；●在轉(zhuǎn)速一定時流量波動要小，以有利于降低噪聲；●工作可靠、耐久性好；●工作溫度在希望的范圍之內(nèi)；●帶有限壓閥，限制系統(tǒng)中的最高油壓（起安全作用）；●帶有流量控制閥，以限制動力轉(zhuǎn)向泵向動力轉(zhuǎn)向器輸送的最大流量，從而降低泵的功率消耗、降低溫度、減小振動和噪聲、降低壓力；●尺寸小、重量輕、成本較低。汽車設(shè)計2.動力轉(zhuǎn)向泵的低速工作模式

一啟動發(fā)動機，動力轉(zhuǎn)向泵就開始轉(zhuǎn)動，就有油被旋轉(zhuǎn)的葉片泵出，其通過泵油道和在出油聯(lián)合接頭16側(cè)壁上鉆出的油孔進入出油聯(lián)合接頭16，有流量輸出到壓力油管。由于在出油聯(lián)合接頭16中有了流量，在其喉管處的壓力就低于在柱塞右側(cè)的壓力。而喉管處的低壓力通過控制油道傳到流量控制柱塞17的左側(cè)。在限壓球閥20兩側(cè)的壓力差不足以使其打開，其保持關(guān)閉狀態(tài)。所以，在流量控制柱塞17的左、右兩側(cè)產(chǎn)生了壓力差。動力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速越高，通過出油聯(lián)合接頭16向壓力油管輸出的流量就越大，上述壓力差就越大。當(dāng)上述壓力差足以克服流量控制彈簧22的預(yù)緊力時，流量控制柱塞17就開始向左方移動。當(dāng)動力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速低于時，泵體中的增壓通道保持處于關(guān)閉狀態(tài)，葉片所泵出的油全部輸送到壓力油管、轉(zhuǎn)向器。在這種狀態(tài)時，動力轉(zhuǎn)向泵的輸出流量與其轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)發(fā)動機怠速、汽車低速行駛時，動力轉(zhuǎn)向泵處于這種工作狀態(tài)。汽車設(shè)計3.動力轉(zhuǎn)向泵的流量控制狀態(tài)

當(dāng)動力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速高于時，在流量控制柱塞17左、右兩側(cè)所產(chǎn)生的壓力差足以克服流量控制彈簧22的壓緊力、使柱塞向左方移動足夠遠，使泵體中的增壓通道被打開，葉片所泵出的油一部分被輸送到壓力油管、轉(zhuǎn)向器；另外一部分以高速沖入增壓通道，由于增壓通道的設(shè)計保證其沿著與吸油道相切的方向沖入，起到射流泵的作用，幫助從油罐中把油吸入，同時還使泵的低壓油腔中的壓力有所升高。這些都有利于泵的高速工作。在這種狀態(tài)時，動力轉(zhuǎn)向泵輸出到壓力油管、轉(zhuǎn)向器的流量基本上保持不變；在限壓球閥20兩側(cè)的壓力差不足以使其打開，保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)汽車以中、高速行駛時，動力轉(zhuǎn)向泵處于這種工作狀態(tài)。

4.動力轉(zhuǎn)向泵的限壓狀態(tài)

在動力轉(zhuǎn)向泵處于限壓狀態(tài)時，流量控制柱塞17始終處于快速左、右振動狀態(tài)，增壓通道被不斷地快速打開、關(guān)閉，以此來限制整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的最大油壓（泵內(nèi)、壓力油管、轉(zhuǎn)向器中的壓力基本上相等）。但是，由于油壓較高（對于轎車，一般約為10MPa；對重型貨車，最高的約為17MPa），葉片所泵出的油都在泵內(nèi)循環(huán)，油溫迅速上升。所以，動力轉(zhuǎn)向泵的限壓狀態(tài)一般僅允許持續(xù)幾秒鐘；否則，泵便會由于過熱而損壞。動力轉(zhuǎn)向泵的最高允許工作溫度一般不超過135℃。

在動力轉(zhuǎn)向泵處于限壓狀態(tài)時一般都會發(fā)出比較特殊的振動、噪聲，這時應(yīng)該馬上減小施加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩，直至這種振動、噪聲消失。汽車設(shè)計5.動力轉(zhuǎn)向泵的特性曲線

圖示為一個動力轉(zhuǎn)向泵在輸出壓力為4.8265MPa時的輸出流量與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。壓力4.8265MPa大致相當(dāng)于一些汽車在良好路面上進行停車轉(zhuǎn)向所需要的壓力。可以看出，在喉管直徑不同時，開始進行流量控制的轉(zhuǎn)速不同，最大輸出流量也不同。隨著喉管直徑的增大，開始進行流量控制的轉(zhuǎn)速升高，最大輸出流量增大。

圖示為上述動力轉(zhuǎn)向泵在輸出壓力為0.34475MPa時的輸出流量與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。壓力0.34475MPa大致相當(dāng)于汽車在公路上直線行駛（駕駛員對轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)矩為零或接近為零）時的壓力?？梢钥闯?，在喉管直徑不同時，開始進行流量控制的轉(zhuǎn)速不同，最大輸出流量也不同。隨著喉管直徑的增大，開始進行流量控制的轉(zhuǎn)速升高，最大輸出流量增大。汽車設(shè)計

圖7-44示出上述動力轉(zhuǎn)向泵在不同輸出壓力時所需要的輸入功率與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。在輸出壓力一定時，泵所需要的輸入功率隨著轉(zhuǎn)速線性增大。而且，輸出壓力越大，所需要的輸入功率隨著轉(zhuǎn)速增大的斜率越大。

圖7-45示出上述動力轉(zhuǎn)向泵在不同輸出壓力時所需要的輸入轉(zhuǎn)矩與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。在輸出壓力一定時，泵所需要的輸入轉(zhuǎn)矩基本上不隨著轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，基本上是個常數(shù)。但是，輸出壓力不同，這個轉(zhuǎn)矩常數(shù)不同。汽車設(shè)計3.動力轉(zhuǎn)向泵的安裝

動力轉(zhuǎn)向泵應(yīng)該很剛性地安裝在發(fā)動機上，如果采用安裝支架，其剛度應(yīng)該盡可能大。泵安裝高度一般應(yīng)該高于動力轉(zhuǎn)向器。發(fā)動機向各個方向轉(zhuǎn)動、振動不應(yīng)該引起皮帶輪的前后振動，因為這會在動力轉(zhuǎn)向泵的驅(qū)動軸上引起軸向力。7.4.6動力轉(zhuǎn)向油罐1.動力轉(zhuǎn)向油罐的功能

●用于向動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)添加液壓油；●用于檢查動力轉(zhuǎn)向液壓油的液面高度；●為動力轉(zhuǎn)向液壓油的熱膨脹提供空間（油溫范圍為-40~149℃）；●當(dāng)動力轉(zhuǎn)向油管膨脹時（例如動力轉(zhuǎn)向泵限壓時）提供補償液壓油；●用于除去動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的空氣。汽車設(shè)計2.動力轉(zhuǎn)向油罐的類型

●整體式油罐直接安裝在動力轉(zhuǎn)向泵上的油罐稱為整體式油罐。整體式油罐的制造成本、保修成本都比較低。在有安裝空間的情況下盡可能采用整體式油罐?！襁h距離油罐不直接安裝在動力轉(zhuǎn)向泵上的油罐稱為遠距離油罐。這種油罐主要用在安裝空間緊張的場合。在布置中，這種油罐離開泵的距離應(yīng)該盡可能短，建議不超過450mm。采用遠距離油罐的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的冷啟動性能不如采用整體式油箱的系統(tǒng)好；由于有更多的潛在泄漏點，成本較高；當(dāng)發(fā)動機上的垂直加速度超過25g時，不能裝在發(fā)動機上。汽車設(shè)計3.動力轉(zhuǎn)向油罐的設(shè)計指南

（1）油罐應(yīng)該具有足夠的容積，一般要求不小于600mL。（2）油罐中空氣體積與液壓油體積的比率為1：2~1：2.5（例如在總?cè)莘e為600mL的油罐中，空氣體積為200mL，油的體積為400mL）。（3）油罐應(yīng)該帶有加油頸和回油管接頭；安裝油罐蓋，其功能包括：密封，即液壓油封閉在油罐之內(nèi)；提供油面高度指示器；通大氣，即允許空氣進入、排出油罐，保持油罐中適當(dāng)?shù)臍鈮海欣诶鋮s。（4）回油管接頭能夠使油順暢地從轉(zhuǎn)向器流向油罐，并不引起渦流（它會把摻入空氣的油吸入泵的進油口），為此回油管接頭一般布置在油罐低部（總是在油面以下至少50mm），以免回油打破油面，引起空氣吸入；油罐的吸油口也必須總是位于油面以下（至少50mm），必須使由回油引起的渦流不集中在進油口。（5）在油罐中適當(dāng)設(shè)置阻隔板，以控制流動、減小油中的含空氣量，防止引起油的泡沫化。（6）在任何情況下（例如急轉(zhuǎn)向、爬陡坡時），與吸油管相連的吸油口都在油面以下。（7）能為動力轉(zhuǎn)向泵提供順暢的供油，防止由回油引起的氣泡進入吸油管。（8）設(shè)置磁鐵槽，把磁鐵安放在渦流最小的位置，并適當(dāng)固定，以收集外來的鐵和鋼粒子。（9）油罐中的工作油面應(yīng)該高于動力轉(zhuǎn)向泵，在整體式油罐中油面至少應(yīng)該比泵的進油口高30mm。汽車設(shè)計3.動力轉(zhuǎn)向油罐的設(shè)計指南（10）外部顏色一般建議采用黑色。（11）油罐的材料應(yīng)該能夠滿足使用溫度的要求，一般的工作溫度范圍是-40~+150℃。

對于遠距離油罐還有如下設(shè)計要求：吸油管的直徑至少為15.88mm，以保證把油順暢地從遠距離油罐輸送到動力轉(zhuǎn)向泵的吸油口；從油罐到動力轉(zhuǎn)向泵的距離一般不超過450mm，油罐中的油面至少比泵進油口高75mm，如圖所示；遠距離油罐的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求其最小容積是泵每分鐘流量的兩倍，但是動力轉(zhuǎn)向油罐的容積一般都不能達到這個標(biāo)準(zhǔn)，所以加隔板減弱渦流很重要。汽車設(shè)計7.4.7動力轉(zhuǎn)向油管

動力轉(zhuǎn)向油管包括壓力油管和回油管，在采用遠距離油罐的情況下，還有吸油管。可以看出，動力轉(zhuǎn)向油管都是由硬管（鋼管）和柔性油管（橡膠油管）組成的。為了保證壓力油管和回油管具有足夠的抗腐蝕能力，在鋼管上制有專門的覆蓋層。為了加強散熱、降低油溫，在一些回油管上安裝了散熱片型散熱器或管型散熱器，汽車設(shè)計1.動力轉(zhuǎn)向油管的功能●傳輸液壓油壓力油管用于從動力轉(zhuǎn)向泵向動力轉(zhuǎn)向器傳輸壓力油?；赜凸苡糜趶膭恿D(zhuǎn)向器向動力轉(zhuǎn)向油罐傳輸回油?！窠档蛣恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪聲液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作時常常會引起嚴(yán)重的噪聲。主要的噪聲源是動力轉(zhuǎn)向泵（液壓泵），動力轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)閥也是一個重要的噪聲源。●降低液壓油的溫度動力轉(zhuǎn)向油管中的鋼管部分散熱性能較好。在出現(xiàn)油溫過高的情況下，需要加強散熱，一般在回油管上安裝散熱片型散熱器或管型散熱器汽車設(shè)計2.動力轉(zhuǎn)向油管在車輛上的安裝為了在發(fā)動機罩下適當(dāng)布置油管，必須考慮如下因素：●發(fā)動機相對車架的運動情況；●懸架的運動情況；●轉(zhuǎn)向桿系的運動情況；●與發(fā)動機熱零件的接近程度；●是否暴露于從路面濺起的泥、水等之中；●由于調(diào)整皮帶引起的附件位置改變。為了保證動力轉(zhuǎn)向油管能夠正常工作，在其布置中應(yīng)該保證其與相鄰的零部件之間具有需要的間隙，如表所示汽車設(shè)計7.5轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計

在圖中所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)由左、右梯形臂10、12和轉(zhuǎn)向橫拉桿11組成，用來保證：在汽車進行轉(zhuǎn)彎行駛時，所有車輪都應(yīng)該盡可能繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心、在不同的圓周上作無滑動的純滾動。

整體式轉(zhuǎn)向梯形和斷開式轉(zhuǎn)向梯形是兩種汽車的轉(zhuǎn)向梯形類型。在采用獨立前懸架的汽車上都采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。為使轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)受到前軸的保護，其一般布置在前軸之后，比較安全。但是，當(dāng)發(fā)動機位置很低或前軸驅(qū)動時，由于在前軸之后沒有安裝轉(zhuǎn)向梯形的空間，有把轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)置于前軸之前的。汽車設(shè)計7.5.1汽車轉(zhuǎn)向時理想的內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

圖示為一輛正在轉(zhuǎn)向行駛的兩軸汽車的俯視圖假定汽車正在向右轉(zhuǎn)向且速度很慢，其側(cè)向加速度很小，車輪的側(cè)偏角可以忽略。在轉(zhuǎn)向過程中，為了使各個車輪都處于純滾動狀態(tài)而無滑動發(fā)生，則要求全部車輪都繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心做圓周運動。對兩個后輪來說，它們的運動方向應(yīng)該與它們到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，即轉(zhuǎn)向中心在后軸軸線的延長線上。同樣，內(nèi)前輪的運動方向也與它到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個車輪的轉(zhuǎn)向中心O。如果外前輪的滾動軸線的延長線也與O相交，則各個車輪都繞同一個瞬時轉(zhuǎn)向中心O作圓周運動，各個車輪處于純滾動狀態(tài)。這時有如下關(guān)系：汽車設(shè)計7.5.1汽車轉(zhuǎn)向時理想的內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

圖示為一輛正在轉(zhuǎn)向行駛的兩軸汽車的俯視圖假定汽車正在向右轉(zhuǎn)向且速度很慢，其側(cè)向加速度很小，車輪的側(cè)偏角可以忽略。在轉(zhuǎn)向過程中，為了使各個車輪都處于純滾動狀態(tài)而無滑動發(fā)生，則要求全部車輪都繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心做圓周運動。對兩個后輪來說，它們的運動方向應(yīng)該與它們到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，即轉(zhuǎn)向中心在后軸軸線的延長線上。同樣，內(nèi)前輪的運動方向也與它到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個車輪的轉(zhuǎn)向中心O。如果外前輪的滾動軸線的延長線也與O相交，則各個車輪都繞同一個瞬時轉(zhuǎn)向中心O作圓周運動，各個車輪處于純滾動狀態(tài)。這時有如下關(guān)系：汽車設(shè)計7.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的設(shè)計校核

對轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)進行設(shè)計校核的圖解方法包括如下步驟。（1）按照右圖所示方法確定校核用當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形。該當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形底角

按照下式初選：

，當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形的梯形臂m為：有了a和

就可以確定轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形臂的球鉸中心

、

的位置。（2）畫出在中間位置時的當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形圖（3）再給出一系列內(nèi)輪轉(zhuǎn)角

，利用校核用當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形通過作圖求得對應(yīng)的外輪轉(zhuǎn)角

。（4）再分別以A和B為原點，把

和

畫在圖上，得到一對射線。每對射線有一個交點，把這些交點連接起來，就得到在選定的梯形底角下的實際特性曲線。汽車設(shè)計

應(yīng)該指出，式

所描述的理想特性（Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系）比較適用于低速轉(zhuǎn)向行駛的場合，例如車速在5km/h以下。在這種情況下，汽車輪胎側(cè)偏角很小，可以忽略不計。但是，當(dāng)汽車在以中、高速行駛中進行轉(zhuǎn)向時，側(cè)向加速度可能比較大，輪胎會產(chǎn)生較大的側(cè)向力和側(cè)偏角，這時它們就會對Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系產(chǎn)生影響。如圖7-57所示，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，各個輪胎都產(chǎn)生了側(cè)偏角，使得各個輪胎中心的瞬時速度方向都偏離了輪胎的對稱線。這時，各個輪胎的瞬時運動中心仍然在與其行駛速度矢量相垂直的直線上。這些直線相交于B點，它就是汽車的瞬時轉(zhuǎn)動中心?？梢钥闯?，上述輪胎側(cè)偏角使汽車的瞬時轉(zhuǎn)向中心從A變到了B，即向前移了一個距離。7.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)的設(shè)計校核汽車設(shè)計

作者也根據(jù)這種原理對保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等的理想內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系進行了模擬研究，其中利用三自由度汽車操縱性模型根據(jù)前輪角輸入計算輪胎的側(cè)偏角。圖7-58示出一些研究結(jié)果，即保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等的理想內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線。在圖7-58中也示出了對應(yīng)的不考慮側(cè)偏角（實際上側(cè)偏角為零）的Ackerman幾何關(guān)系曲線?？梢钥闯?，在車速為5km/h時，保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等所要求的內(nèi)、外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角差與Ackerman幾何關(guān)系基本上相同，這是因為在這樣低的車速轉(zhuǎn)向行駛時側(cè)向加速度很小，輪胎基本上沒有側(cè)偏角；汽車速度越高、前輪轉(zhuǎn)角越小，保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等所要求的內(nèi)、外前輪的轉(zhuǎn)角差就越小，當(dāng)達到80km/h的車速時，基本上要求內(nèi)、外前輪的轉(zhuǎn)角相等，即基本上是平行轉(zhuǎn)向；而車速達到100km/h時，甚至要求內(nèi)前輪的轉(zhuǎn)角小于外前輪的轉(zhuǎn)角。汽車設(shè)計7.6轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計在汽車轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計中主要考慮如下要求：①當(dāng)車輪上、下跳動（懸架壓縮、伸張）時由轉(zhuǎn)向桿系與懸架的運動干涉所引起的車輪前束角變化盡可能??；②汽車轉(zhuǎn)向行駛、車身發(fā)生側(cè)傾時，由上述兩種機構(gòu)運動干涉所引起的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車輪前束角變化）盡可能小或有利于不足轉(zhuǎn)向；③由懸架中橡膠元件的受力變形所引起的車輪前、后移動要盡可能不引起前束角的變化。汽車轉(zhuǎn)向桿系的布置方式與汽車采用的懸架、轉(zhuǎn)向器的類型直接相關(guān)。7.6.1在前懸架是縱置鋼板彈簧的汽車中轉(zhuǎn)向縱拉桿的布置

在前懸架是縱置鋼板彈簧的汽車中，轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計就是如何布置轉(zhuǎn)向縱拉桿的問題。圖7-59示出常規(guī)的貨車轉(zhuǎn)向縱拉桿的布置情況。如圖7-59所示，轉(zhuǎn)向縱拉桿的兩端分別通過球鉸G、E與轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。汽車設(shè)計

首先分析車橋的運動規(guī)律。圖7-60示出汽車滿載時車架、鋼板彈簧、前軸的位置。對一般的鋼板彈簧（對稱或近似對稱）而言，在車輪上、下跳動時，其中部與前橋夾緊的一段與前橋一起作平移運動。彈簧主片中心點A的軌跡為一圓弧，其圓心Q的位置在縱向方向（沿著鋼板彈簧前、后卷耳中心C、D的連線方向）與卷耳中心C相距Le/4，其中Le為卷耳中心到前U形螺栓中心的距離；沿著垂直于C、D連線的方向，Q點與卷耳中心相距e/2，其中e是卷耳半徑。由于前橋隨著鋼板彈簧中部被U形螺栓夾緊段作平移，故轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向縱拉桿的球鉸中心E與主片中心A的連線AE也作平移。連接A、Q，且從E點開始作AQ的平行線ER；再從Q開始作AE的平行線與RE交于R點，則得到一個平行四邊形AERQ，即E點的回轉(zhuǎn)中心是R。只有這樣，才能保證前軸在跳動時，AE點的連線總是相互平行，即前軸作平移。以R為圓心、RE為半徑畫圓弧，此圓弧即為懸架決定的E點的運動軌跡（圓?。?。

轉(zhuǎn)向縱拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂的球鉸中心G與R點不重合，當(dāng)車輪上、下跳動時，只要轉(zhuǎn)向縱拉桿不發(fā)生變形或斷裂，E點由該轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的運動軌跡是以G點為圓心、GE為半徑的圓弧，即轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧。可以看出，其與由懸架決定的圓弧不重合。因此，隨著車輪的上、下跳動，轉(zhuǎn)向縱拉桿將迫使E點到G點的距離保持不變，即沿轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧運動，這必將迫使轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而發(fā)生不希望的前輪轉(zhuǎn)角。所以，當(dāng)汽車處于直行位置時，應(yīng)該使轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向縱拉桿的鉸點G與R點重合；否則，將隨著車輪的跳動，產(chǎn)生不希望的轉(zhuǎn)向。汽車設(shè)計

在制動時，在制動力

作用下，鋼板彈簧會發(fā)生S形變形，如圖7-61所示。鋼板彈簧在發(fā)生S形變形時，一般近似認為其轉(zhuǎn)動中心在鋼板彈簧第一片的中點A的下方一個卷耳半徑e處。鋼板彈簧及前橋?qū)⒗@該轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動。在圖7-61中，E點布置得較高，離開E點有相當(dāng)距離。在鋼板彈簧發(fā)生S形變形時，E將繞該轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動一個角度

，從而使其向前移動一個距離，這是由懸架決定的運動。但是，在轉(zhuǎn)向縱拉桿不發(fā)生變形或斷裂的情況下，E點到G點的距離保持不變，即迫使E點基本上不向前移動。這相當(dāng)于使E點向后移動了一個距離。從圖7-61可以看出，這會使前輪向右轉(zhuǎn)動一個角度。因此，在E點相對于S形變形的轉(zhuǎn)動中心布置得較高的情況下，在制動時汽車將發(fā)生向右的制動跑偏。為了避免這種制動跑偏，應(yīng)該使轉(zhuǎn)向縱拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接的球鉸中心E在側(cè)視圖上與鋼板彈簧的S形變形轉(zhuǎn)動中心重合。汽車設(shè)計

在汽車設(shè)計中，一般可以比較容易地實現(xiàn)E點與鋼板彈簧S形變形轉(zhuǎn)動中心相重合（在側(cè)視圖上）。但是，有時不能把G點布置在理想的R點。例如，在很多平頭貨車上，其駕駛員的位置很靠前，而轉(zhuǎn)向器又在駕駛員之前，這就決定了不方便把G點布置得與R點重合。在這種情況下，可以在E點和R點連線的延長線上布置G點。這樣，一般也可以保證車輪上、下跳動時其繞主銷的轉(zhuǎn)角比較小，而且上、下跳動時該干涉轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動方向相同。

而為了獲得側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性能，可以把G點適當(dāng)?shù)夭贾迷贓點、R點連線的延長線的下方，如圖7-64所示。假設(shè)汽車向右轉(zhuǎn)向行駛，左前輪是外側(cè)車輪，其相對于車架向上跳動。根據(jù)圖7-64所示懸架決定的圓弧和轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧之間的相互關(guān)系，轉(zhuǎn)向縱拉桿會拉動轉(zhuǎn)向節(jié)臂球鉸中心E點向前，從而使左前輪繞主銷向左轉(zhuǎn)動一個角度，再通過轉(zhuǎn)向梯形也使右前輪向左轉(zhuǎn)動一個角度。因此，這種干涉轉(zhuǎn)角是有利于不足轉(zhuǎn)向的。汽車設(shè)計7.6.2在采用雙橫臂式前懸架的汽車中的轉(zhuǎn)向桿系布置

在采用雙橫臂式前懸架的汽車中布置轉(zhuǎn)向桿系主要就是確定斷開式梯形的斷開點。在圖7-65所示系統(tǒng)中采用的是整體式轉(zhuǎn)向器，斷開點就是外側(cè)轉(zhuǎn)向連桿與中央轉(zhuǎn)向連桿連接的球鉸中心。在圖7-66所示系統(tǒng)中采用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，斷開點就是轉(zhuǎn)向連桿與齒條端部連接的球鉸中心。汽車設(shè)計

在圖7-67所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點U高于懸架下橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點G，低于上橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點E。在這個系統(tǒng)中確定斷開點T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時運動中心

點。它是E、C連線的延長線與G、D連線的延長線的交點。（2）確定

點。它是G、E連線的延長線與D、C連線的延長線的交點。（3）確定角

。它是G、D連線與U、

連線的夾角。其中，U、

的連線就是轉(zhuǎn)向連桿的方位。還需要確定轉(zhuǎn)向連桿的長度。（4）確定點

。作直線

，使其與直線

的夾角為

。由于直線

在直線

的上方，所以直線

要在直線

的上方。直線

與U、E連線的延長線的交點就是

。（5）確定斷開點T。

、C連線的延長線與直線

的交點就是T。汽車設(shè)計

在圖7-68所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點U高于懸架上擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點E。在這個系統(tǒng)中確定斷開點T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時運動中心

點。它是E、C連線的延長線與G、D連線的延長線的交點。（2）確定點

。它是G、E連線的延長線與D、C連線的延長線的交點。（3）確定角

。它是G、D連線與U、

連線的夾角。其中，U、

的連線就是轉(zhuǎn)向連桿的方位。還需要確定轉(zhuǎn)向連桿的長度。（4）確定點

。作直線

，使其與直線

的夾角為

。由于直線

在直線

的上方，所以直線

要在直線

的上方。直線

與E、U連線的延長線的交點就是

。（5）確定斷開點T。

、C連線與直線的交點就是T。汽車設(shè)計

在圖7-69所示系統(tǒng)中，兩個橫臂互相平行，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點U低于懸架上橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點E、高于下橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點G。在這個系統(tǒng)中確定斷開點T的步驟如下。（1）由于上、下橫臂相互平行，轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時運動中心點

在無窮遠處。（2）確定轉(zhuǎn)向連桿的方位。過U點作直線GD的平行線，即為轉(zhuǎn)向連桿的方位。這兩條平行線之間的距離為a。（3）確定點

。它是G、E連線的延長線與D、C連線的延長線的交點。（4）確定點

。過

作直線GD的平行線，在該直線上方再作一條直線GD的平行線，使上述兩條新作平行線之間的距離為a。其中，較高平行線與U、E連線的延長線的交點就是

。（5）確定斷開點T。

、C連線的延長線與過U點、平行于直線GD的直線的交點就是T。汽車設(shè)計7.6.3在采用麥克弗森式前懸架的汽車中的轉(zhuǎn)向桿系布置

在汽車采用麥克弗森式獨立懸架情況下，見圖7-70，當(dāng)前輪上、下跳動時，E和G點之間的距離要發(fā)生變化。因此，要采用不同的方法確定轉(zhuǎn)向連桿斷開點的位置。在這個系統(tǒng)中確定斷開點T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的運動瞬時中心

。轉(zhuǎn)向節(jié)在E點的絕對速度就是沿著減振器軸線的相對速度，因為在這一點的牽連速度（由減振器軸線繞E點轉(zhuǎn)動引起）為零，所以轉(zhuǎn)向節(jié)在E點的瞬時運動中心位于過E點所做的與減振器軸線相垂直的直線

上。懸架控制臂軸線GD的延長線

與相交于點

，其就是轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時運動中心。（2）確定點

。過G點作直線

的平行線

，其與E、D連線的延長線交于

點。（3）確定角

。U點是轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿的鉸點。轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)該位于U、

點的連線上。直線

與直線

之間的夾角為

。（4）確定點

。過

作一條直線

使其與直線

的夾角也為

；

與U、G連線的延長線交于點

。（5）確定斷開點T。

、D點連線的延長線與直線

交于點T，它就是轉(zhuǎn)向連桿的斷開點。汽車設(shè)計

在圖7-71所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點U點在主銷軸線內(nèi)側(cè)、并且比較高。而U點位置越高（高過G點），并且其越靠內(nèi)側(cè)，則將獲得越長的轉(zhuǎn)向連桿UT，這導(dǎo)致采用中央輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。7.6.4前束角隨著前輪上、下跳動的變化特性曲線

圖7-72示出三輛前輪驅(qū)動汽車的左前輪的前束角隨著車輪上、下跳動的變化特性曲線（測量結(jié)果）。其中，具有特性曲線1、2的汽車采用的基本上是按照前述方法確定的轉(zhuǎn)向連桿斷開點，其特點是在設(shè)計位置附近前束角隨著車輪上、下跳動而變化的斜率基本上是零，而且在整個車輪跳動范圍內(nèi)前束角的變化比較?。ㄗ畲笞兓恳话悴怀^1°）。特性曲線3不同，其在設(shè)計位置的前束角變化斜率為一個負值，即隨著車輪上跳前束角減小。而在汽車向右轉(zhuǎn)向行駛時，左前輪是外側(cè)車輪，由于車身側(cè)傾，其相對于車身向上跳動，前束角減小，有利于不足轉(zhuǎn)向。如圖7-73所示，假設(shè)轉(zhuǎn)向節(jié)球鉸U在前輪中心線以前，則把斷開點布置在理想斷開點T以上就可以獲得圖7-72中曲線3那樣的前束角變化特性汽車設(shè)計即當(dāng)車輪向上跳動時，U點就會被推向外側(cè)，引起車輪的前束角減小。當(dāng)然，如果要定量評價側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向，一般需要對車輪的運動規(guī)律進行空間運動學(xué)分析。汽車設(shè)計7.6.5車輪前、后移動時前束角的控制

在許多前置-前輪驅(qū)動轎車上采用麥克弗森式后懸架。圖7-74示出一個這樣的懸架。如圖7-74、圖7-75所示，這種懸架的后下擺臂一般比前下擺臂長。當(dāng)制動時，制動力

基本上由縱臂5承受，但是其對主銷軸線有一個力矩

，其會在桿系中引起彈性變形，產(chǎn)生負的前束角增量。而在后下擺臂比前下擺臂長的情況下，在制動力的作用下，后下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點3變到3A，前下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點4變到4A，使后輪產(chǎn)生一個正的前束角增量

。所以，這兩個前束角增量相互抵消，減小了實際產(chǎn)生的前束角變化。汽車設(shè)計

為了降低采用子午線輪胎所引起的噪聲，一般要求車輪能夠相對于車身前、后移動一定距離。圖7-76示出一個為了達到這個目的而采用的懸架和轉(zhuǎn)向桿系設(shè)計，其中采用麥克弗森式懸架和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。在圖7-76所示系統(tǒng)中，懸架下擺臂的前安裝點A相當(dāng)于一個球鉸點，后安裝點B是一個具有一定剛度的橡膠件。在驅(qū)動力

、制動力

的作用下，下擺臂在B點處將發(fā)生一定的橫向位移，使車輪能夠向前移動14mm、向后移動12mm，以此來降低子午線輪胎的噪聲。如圖7-77所示，轉(zhuǎn)向連桿和懸架下擺臂的設(shè)計應(yīng)該保證車輪在縱向力作用下只作平動，而不發(fā)生前束角的變化。汽車設(shè)計7.7線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

隨著汽車技術(shù)的日益革新，在轉(zhuǎn)向方面，各公司與科研機構(gòu)取得了長足進步。汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展從最初的機械轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向，發(fā)展為電動助力轉(zhuǎn)向。但為了進一步地提高各項性能，目前各大機構(gòu)和企業(yè)都著手研究關(guān)于線控轉(zhuǎn)向方面的技術(shù)。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即用電信號的傳遞與控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機械連接結(jié)構(gòu)。同時轉(zhuǎn)向時方向盤上的阻力矩也由電機模擬產(chǎn)生，可以自由地設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性和力傳遞特性。在改善路感、改善轉(zhuǎn)向特性、提高穩(wěn)定性和安全性方面有明顯優(yōu)勢，并且有利于底盤一體化集成控制。。7.7.1線控轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)組成

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖7-78所示。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作的過程中，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間沒有機械連接，根據(jù)轉(zhuǎn)向功能可以劃分為路感模擬子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行子系統(tǒng)，控制器及線束子系統(tǒng)，電源子系統(tǒng)4個部分。汽車設(shè)計

路感模擬子系統(tǒng)由方向盤、路感反饋電機、扭桿、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器和蝸輪蝸桿減速器組成；轉(zhuǎn)向執(zhí)行子系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機、齒輪齒條減速器、齒條位置傳感器和轉(zhuǎn)向拉桿；控制器及線束子系統(tǒng)主要包括路感反饋控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器、通訊總線線束及相關(guān)傳感器線束。路感反饋控制器獲取車輛運動狀態(tài)信息(如車速、橫擺角速度和輪速信號等)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器信息(齒條位置和轉(zhuǎn)向電機電流等)、方向盤轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)矩信號，通過控制路感反饋作動器實現(xiàn)路感反饋功能、方向盤主動回正功能以及更高級的行車功能(如車道保持功能)；轉(zhuǎn)向控制器接受方向盤轉(zhuǎn)向指令和車輛狀態(tài)信息，對車輛行駛狀態(tài)和駕駛員指令進行判斷，可以實現(xiàn)隨動轉(zhuǎn)向功能，在智能化較高的車輛上，可以實現(xiàn)緊急避障功能、自動泊車和主動前輪轉(zhuǎn)向等高級功能。在功能安全方面，在各個控制器中都要實現(xiàn)故障診斷、冗余切換和傳感器信息診斷功能。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計需要在舒適性、安全性以及成本上均衡，從而提出多種系統(tǒng)構(gòu)型。典型構(gòu)型可以根據(jù)是否有機械備份、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機的數(shù)量、路感反饋作動器的選擇，轉(zhuǎn)向輪的布置和電機的繞組數(shù)量進行分類。機械備份是采用電磁離合器實現(xiàn)的，主要有兩個功能，一是安全冗余的功能，二是方向盤零位對正的功能。為了提高轉(zhuǎn)向的功能安全級別，目前有兩種提高轉(zhuǎn)向電機安全性的方法，第一種利用雙電機轉(zhuǎn)向器替換當(dāng)前的單電機轉(zhuǎn)向器，另一種方法是增加單電機的繞組數(shù)，利用六相永磁同步電機替換當(dāng)前的三相永磁同步電機。近年來，為了提高車輛的動力學(xué)性能和安全性，提出多種轉(zhuǎn)向形式，包括前輪獨立轉(zhuǎn)向、后輪隨動轉(zhuǎn)向、四輪獨立轉(zhuǎn)向以及差動轉(zhuǎn)向。汽車設(shè)計7.7.2路感反饋控制策略

路感反饋控制策略分為反饋力矩計算和主動回正兩個部分。反饋力矩計算分為路感反饋力矩計算和力矩控制兩層;主動回正包括回正邏輯判斷和回正過程控制。1.反饋力矩計算

路感反饋控制的目的是讓駕駛員轉(zhuǎn)向操縱輕松且穩(wěn)定，同時讓駕駛員感受到車輛的行駛狀態(tài)和路面情況，以便于駕駛員做出更佳的轉(zhuǎn)向策略。線控轉(zhuǎn)向路感反饋需要一定的保真模型以保證轉(zhuǎn)向的真實性和舒適性。得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展，電機的響應(yīng)帶寬和控制精度大大提高，使得模擬出上述的路感是完全可行的。路感反饋控制策略可以分為兩層，第一層是路感反饋力矩計算，第二層是路感反饋作動器閉環(huán)控制。電機電流閉環(huán)控制的方案相對成熟，路感反饋力矩計算一直是研究的重點。路感反饋力矩計算需要多方面的考慮，如信號計算的實時性、快速性、降低手感波動和反映真實路況等。路感反饋力矩由3個部分組成，理想路感反饋力矩、機械系統(tǒng)補償力矩和主動回正力矩。理想路感反饋力矩計算方法主要包括4種。

汽車設(shè)計

●傳感器測量的方法。通過傳感器測量齒條力大小，齒條力中包括路面條件、回正力矩以及輪胎特性等信息，從而保證路感的真實性，然而力傳感器的價格昂貴，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成本增加?！駞?shù)擬合的方法?？梢灾苯訕?gòu)建反饋力矩關(guān)于方向盤轉(zhuǎn)角或者是方向盤轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)速的MAP圖，常常用于駕駛模擬器等簡單的應(yīng)用場景。也可以選取車速信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號兩個參數(shù)，定義反饋力矩和方向盤轉(zhuǎn)角存在可變剛度，同時把反饋力矩設(shè)計成車速的多項式函數(shù)，形成反饋力矩關(guān)于車速和方向盤角度的MAP圖。參數(shù)擬合的方法計算簡單，實時性高，但缺乏路面信息和真實工況的反饋?！褴囕v動力學(xué)計算法。通過獲取車輛運動狀態(tài)信息，計算得到反饋力矩。部分學(xué)者估算輪胎回正力矩及設(shè)計助力系數(shù)計算得到反饋力矩。估算回正力矩主要存在2類方法，第1類通過質(zhì)心側(cè)偏角估計，結(jié)合車輛橫擺角速度、車速和方向盤轉(zhuǎn)角信號得到輪胎側(cè)偏角，利用經(jīng)驗輪胎模型得到輪胎回正力矩；第2類是通過多體動力學(xué)軟件與MATLAB/Simulink聯(lián)合建模，利用懸架和輪胎的彈性動力學(xué)計算得到輪胎回正力矩，再結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)模型計算出反饋力矩?！颀X條力估計法。采用齒條力估計法有兩個原因，單純由車速信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號或者是車輛狀態(tài)信息得到的反饋力矩，駕駛員無法從手感中判斷路面信息，甚至是碰到減速帶和路緣，駕駛員也無法做出正確的判斷;另一方面是力傳感器的成本較高，采用電流傳感器和齒條位置傳感器成本較低，用轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機電流和齒條位置估算齒條力可以達到齒條力觀測精度和快速性需求，然后結(jié)合電動助力轉(zhuǎn)向的助力策略計算出反饋力矩。齒條力估計法，可以反映真實路面，實時性較好。汽車設(shè)計2.路感評價

轉(zhuǎn)向路感客觀評價一直是重要的挑戰(zhàn)，有學(xué)者將轉(zhuǎn)向過程分為駕駛員主導(dǎo)的轉(zhuǎn)向階段和車輛主導(dǎo)的轉(zhuǎn)向階段。對應(yīng)上述兩個轉(zhuǎn)向階段，設(shè)置了四個準(zhǔn)則。前兩個準(zhǔn)則設(shè)定在駕駛員主導(dǎo)轉(zhuǎn)向階段，反饋力矩應(yīng)在駕駛員打算轉(zhuǎn)彎時告知駕駛員線控系統(tǒng)被激活；當(dāng)駕駛員進入穩(wěn)定的彎道轉(zhuǎn)向，反饋力矩應(yīng)當(dāng)告知駕駛員轉(zhuǎn)向過程完成；第三個準(zhǔn)則產(chǎn)生于車輛主導(dǎo)轉(zhuǎn)向的過程，反饋力矩應(yīng)始終如一地引導(dǎo)駕駛員返回直線行駛狀態(tài)；最后的準(zhǔn)則設(shè)定轉(zhuǎn)向的所有過程，即反饋力矩在任何駕駛條件下，不能影響駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱感。除了上述相對定性的客觀評價，定量的客觀評價包括轉(zhuǎn)向靈敏度