單元十九 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

PAGE17PAGE1第頁教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：掌握轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型、組成及工作原理、汽車轉(zhuǎn)向基本特性；掌握液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成與類型；了解電動式助力動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本知識；掌握動力轉(zhuǎn)向器的拆裝及其調(diào)整要領(lǐng)。能力目標(biāo)：素質(zhì)目標(biāo)：教學(xué)重點液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成教學(xué)難點轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理教學(xué)手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計注釋單元十九轉(zhuǎn)向系統(tǒng)〖理論知識〗一、汽車轉(zhuǎn)向基本特性為了汽車能順利轉(zhuǎn)向,各車輪不產(chǎn)生滑動,轉(zhuǎn)向車輪須同向偏轉(zhuǎn),且所有車輪需要繞著一個轉(zhuǎn)向中心轉(zhuǎn)動,保證各車輪在轉(zhuǎn)向過程中均為純滾動。如圖19-1所示,汽車四個車輪A、B、C和D轉(zhuǎn)軸的延長線相交于一點O,O點即為車輪的轉(zhuǎn)動中心,四個車輪的運動軌跡形成同心圓。圖19-1汽車轉(zhuǎn)彎時理想的車輪運動軌跡二、機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的減速增力傳動裝置。其功用是增大由方向盤傳到轉(zhuǎn)向節(jié)的力,并改變力的傳遞方向。按嚙合傳動副的結(jié)構(gòu)形式,轉(zhuǎn)向器可分為齒輪齒條式、循環(huán)球式和蝸桿曲柄指銷式等幾種。目前常用的有齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。1）齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要由轉(zhuǎn)向齒條、轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向器殼體、轉(zhuǎn)向橫拉桿和壓緊彈簧等組成。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用輕便、轉(zhuǎn)向反應(yīng)非常靈敏,維護(hù)簡單等特點,在前輪為獨立懸架的轎車和輕型、微型貨車上得以廣泛應(yīng)用。2）循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有以下特性。（1）因為轉(zhuǎn)向主軸的旋轉(zhuǎn)是靠滾動球接觸面?zhèn)魉偷?所以循環(huán)球螺母滑動的摩擦力非常小。（2）這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器可以耐受大載荷轉(zhuǎn)向。（3）轉(zhuǎn)向操作角度大。2.轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)如圖19-7所示為汽車轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu),轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)一般由方向盤1、轉(zhuǎn)向管柱2、上轉(zhuǎn)向軸3、轉(zhuǎn)向傳動軸5和轉(zhuǎn)向萬向節(jié)滑動叉6等組成。圖19-7汽車轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)3.轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)1）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用與類型轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運動傳給轉(zhuǎn)向輪,使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)以實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向,并保證左右轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化。2）轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的組成與構(gòu)造轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。有些汽車上還裝置有轉(zhuǎn)向減振器。三、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖19-18所示為一種液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成。轉(zhuǎn)向加力裝置由轉(zhuǎn)向液壓泵7、轉(zhuǎn)向油管8、轉(zhuǎn)向油罐6以及位于整體式轉(zhuǎn)向器4內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥及轉(zhuǎn)向動力缸5等組成。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤1時,通過機械轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向橫拉桿9移動,并帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂,使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn),從而改變汽車的行駛方向。與此同時,轉(zhuǎn)向器輸入軸還帶動轉(zhuǎn)向器內(nèi)部的轉(zhuǎn)向控制閥轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)向動力缸產(chǎn)生液壓作用力,幫助駕駛員轉(zhuǎn)向操作。由于有轉(zhuǎn)向加力裝置的作用,駕駛員只需比采用機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時小得多的轉(zhuǎn)向力矩,就能使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為液壓常流滑閥式和轉(zhuǎn)閥式。圖19-18液壓式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成1）汽車直行時汽車直線行駛時,轉(zhuǎn)向控制閥處于中間位置,如圖19-20所示,來自轉(zhuǎn)向液壓泵的工作液從轉(zhuǎn)向器殼體的進(jìn)油口C流到閥體3的中間油環(huán)槽中,經(jīng)過其槽底的三個通孔進(jìn)入閥體3和閥芯4之間,此時因閥芯處于中間位置,進(jìn)入的油液分別通過閥體和閥芯縱槽形成的兩邊相等的間隙,再通過閥芯的縱槽和閥體的縱槽以及閥體的徑向孔流向閥體外的上、下油環(huán)槽,然后通過殼體中的兩條油道分別流到動力缸的左腔(A腔)、右腔(B腔)中。同時,通過閥芯縱槽的徑向油孔流到閥芯內(nèi)腔與扭桿組件之間的空隙(回油道2)中,經(jīng)油管回到轉(zhuǎn)向油罐中去,形成了常流式油液循環(huán)。此時,A腔、B腔油壓相等且很小,齒條活塞既沒有受到轉(zhuǎn)向齒輪的軸向推力,也沒有受到A腔、B腔因壓力差造成的軸向推力。齒條活塞處于中間位置,不產(chǎn)生助力作用。圖19-20汽車直線行駛時轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥工作原理2）汽車轉(zhuǎn)向時汽車右轉(zhuǎn)彎時,如圖19-21所示,轉(zhuǎn)動方向盤使轉(zhuǎn)向軸順時針轉(zhuǎn)動,并帶動閥芯同步轉(zhuǎn)動。受到轉(zhuǎn)向節(jié)臂傳來的路面轉(zhuǎn)向阻力作用,動力缸活塞和轉(zhuǎn)向齒條暫時不能運動,所以轉(zhuǎn)向齒輪暫時也不能隨轉(zhuǎn)向軸向右轉(zhuǎn)動。這樣扭桿受轉(zhuǎn)矩作用,前、后端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,轉(zhuǎn)向閥芯和閥體之間轉(zhuǎn)過一個角度。動力缸左腔(A腔)進(jìn)入高壓油,右腔(B腔)泄壓,動力缸產(chǎn)生向右轉(zhuǎn)向助力。齒條在液壓力作用下向右運動的同時,轉(zhuǎn)向齒輪本身也開始與轉(zhuǎn)向軸同向轉(zhuǎn)動。只要方向盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動,扭桿的扭轉(zhuǎn)變形便一直保持不變,轉(zhuǎn)向控制閥所處的右轉(zhuǎn)向位置不變。一旦方向盤停止轉(zhuǎn)動,動力缸暫時還繼續(xù)工作,導(dǎo)致轉(zhuǎn)向輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動,使扭桿的扭轉(zhuǎn)變形減少,轉(zhuǎn)向助力減少。當(dāng)轉(zhuǎn)向助力剛好與車輪的回正力矩相平衡時,齒條齒輪停止運動。此時,轉(zhuǎn)向閥即停駐在某一位置不動,轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角保持不變。圖19-21汽車右轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)閥式轉(zhuǎn)向控制閥工作原理2.電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1）液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制裝置而構(gòu)成的。根據(jù)控制方式的不同,液壓式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又可分為流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種形式。2）電動式電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動式EPS是利用電動機作為助力源,根據(jù)車速和轉(zhuǎn)向參數(shù)等因素,由電子控制單元完成助力控制。電動式EPS組成如圖19-23所示。當(dāng)操縱方向盤時,裝在方向盤軸上的轉(zhuǎn)矩傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)矩信號,該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元。電控單元根據(jù)這些輸入信號確定助力轉(zhuǎn)矩的大小和方向,即選定電動機的電流和轉(zhuǎn)動方向,調(diào)整轉(zhuǎn)向輔助動力的大小。電動機的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器通過減速機構(gòu)減速增矩后,加在汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)上,使之得到一個與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力。圖19-23電動式EPS組成四、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1.4WS汽車轉(zhuǎn)向方式1）逆相位轉(zhuǎn)向在低速行駛或者方向盤轉(zhuǎn)角較大時,前、后輪實現(xiàn)逆相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反,且偏轉(zhuǎn)角度隨方向盤轉(zhuǎn)角增大而在一定范圍內(nèi)增大(后輪最大轉(zhuǎn)向角一般為5°左右)。2）同相位轉(zhuǎn)向在中、高速行駛或方向盤轉(zhuǎn)角較小時,前、后輪實現(xiàn)同相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相同(后輪最大轉(zhuǎn)角一般為1°左右)。2.4WS汽車轉(zhuǎn)向特性1）4WS汽車低速時的轉(zhuǎn)向特性如圖19-26所示為汽車低速轉(zhuǎn)向時的行駛軌跡。2WS車(前輪轉(zhuǎn)向操縱)的情況是后輪不轉(zhuǎn)向,所以轉(zhuǎn)向中心大致在后軸的延長線上,如圖19-26（a）所示。4WS車對后輪進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)向操縱,轉(zhuǎn)向中心比2WS車的超前,并在靠近車體處,如圖19-26（b）所示。在低速轉(zhuǎn)向時,若前輪轉(zhuǎn)向角相同,則4WS車的轉(zhuǎn)向半徑更小,內(nèi)輪差也更小,所以轉(zhuǎn)向性好。對小轎車而言,如果后輪逆向轉(zhuǎn)向1°,則可減少最小轉(zhuǎn)彎半徑約0.5m,內(nèi)輪差約為01m。2）4WS汽車高速時的轉(zhuǎn)向特性如圖1927（a）所示為高速轉(zhuǎn)向時2WS車的運動狀態(tài)。前輪轉(zhuǎn)向時,前輪產(chǎn)生側(cè)偏角α,并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)向心力使車體開始自轉(zhuǎn)。當(dāng)車體出現(xiàn)偏向時,后輪也出現(xiàn)側(cè)偏角β,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)向心力。四輪分擔(dān)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的力,一邊平衡一邊轉(zhuǎn)向。但是,車速越高,離心力就越大,所以必須給前輪更大的側(cè)偏角,使它產(chǎn)生更大的旋轉(zhuǎn)向心力,從而使后輪也產(chǎn)生與此相對應(yīng)的側(cè)偏角,車體自轉(zhuǎn)趨勢更加嚴(yán)重。因此車速越高,越容易引起車輛的旋轉(zhuǎn)或側(cè)滑。理想的高速轉(zhuǎn)向運動狀態(tài)是盡可能使車體的方向和前進(jìn)方向一致,以防多余的自轉(zhuǎn)運動,使前、后輪產(chǎn)生足夠的旋轉(zhuǎn)向心力。在4WS的車上通過對后輪的同相轉(zhuǎn)向操縱,后輪也產(chǎn)生側(cè)偏角,使它與前輪的旋轉(zhuǎn)向心力相平衡,從而抑制自轉(zhuǎn)運動。這樣就有可能得到車體方向與車輛前進(jìn)方向相一致的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向狀態(tài),如圖1927（b）所示。圖19-26汽車低速轉(zhuǎn)向時的行駛軌跡圖19-27高速時2WS與4WS汽車的轉(zhuǎn)向特性比較3.四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型1）按照控制和驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向的方式分類按照控制和驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向的方式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為機械式(駕駛員通過機械傳動控制并驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向)、液壓式(借助液壓來控制并驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向)、電動式(借助電力來控制并驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)向)。2）按照控制后輪轉(zhuǎn)向的方法分類四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按控制后輪轉(zhuǎn)向的方法可分為轉(zhuǎn)角隨動型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和車速感應(yīng)型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。4.機械式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當(dāng)轉(zhuǎn)動方向盤時,將齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒條左右運動變換為齒輪的轉(zhuǎn)動,經(jīng)中央軸使后輪轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向齒輪產(chǎn)生動作。5.液壓式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的運行狀況隨時進(jìn)行綜合判斷,精確控制后輪偏轉(zhuǎn)角。液壓油自油泵輸入到電磁閥和后輪控制閥,根據(jù)4WSECU的指令進(jìn)入能控制后輪偏轉(zhuǎn)角的動力缸。4WSECU對后輪偏轉(zhuǎn)角的控制分基本控制和修正控制兩部分?；究刂瓢€(wěn)定性控制和回正控制。汽車高速行駛時,慢速轉(zhuǎn)動方向盤,后輪與前輪同向偏轉(zhuǎn),進(jìn)行穩(wěn)定性控制；汽車低、中速行駛時,在轉(zhuǎn)動方向盤的最初階段,后輪與前輪逆向偏轉(zhuǎn),然后逐漸回正,即進(jìn)行回正控制。6.電動式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖19-32所示,前、后輪轉(zhuǎn)向器均為電動助力,兩轉(zhuǎn)向器之間無任何機械連接裝置及液壓管道等部件,直接對前、后輪的轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制,具有前、后輪轉(zhuǎn)向角關(guān)系控制精確、控制自由度高、機構(gòu)簡單等優(yōu)點。圖19-32電動式四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)〖小結(jié)〗1.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。2.機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源,其中所有傳力件都是機械的。機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。3.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用一定的動力助力方式,幫助執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作的轉(zhuǎn)向總成。按動力介質(zhì)的不同分為氣壓式、