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汽车的常用转向系统的性能研究
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汽车的常用转向系统的性能研究
毕业论文<设计)
论文题目:汽车的常用转向系统的性能解析
大纲
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,对转向轮的正常运行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。所以汽车转向系的技术状况对与保证汽车行驶安全、减少驾驶劳动强度、提升运输效率、延长车辆使用寿命有着十分重要的作用。
在使用中,因为汽车转向系统工作条件恶劣,转速与负荷常常变化,长远曲折、扭矩剪切和道路不平引起的冲击载荷同时遇到各种要素的影响,其零部件必然会产生不一样程度的曲折、扭曲变形和绣缺裂纹断裂损失,从而影响汽车的操控轻巧性、经济性和安全性。为使汽车正常行驶一定采纳常常性的检修、保护措施,防范不该有的损坏及时查明故障隐患并予以除掉,使之保持完满的技术状况。
熟练掌握汽车转向系统的结构原理、使用保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。
要点词:动力转向,汽车诊断仪<四轮定位仪),故障诊断
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目录
前言
种类
机械转向系统简介
动力转系统简介
汽车转向系统性能好坏的比较及其决定要素解析
机械转向系统
液压助力转向系统
电液助力转向系统
电动助力转向系统线控转向系统
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电控液压助力转向系统
电动助力转向系统
线控转向系统
转向系统保养
、换油与保护
汽车前桥转向系统
总结
参照文件
致辞
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前言
在汽车行驶过程中,常常需要改变行驶方向,进行转向运动,驾驶员经过对方向盘的操控来对转向运动进行控制,从而使车辆依照驾驶员企图进行动作。
汽车转向系统的功能就是使车辆内行驶过程中依照驾驶员企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响给驾驶员,使驾驶员获取真实的“路感”信息。配合行驶系统在遇到路面冲击和不测的状况下对车辆进行控制,保持车辆行驶过程中的操控稳固性和安全性。
所以,转向系统是任何车辆都不行或缺的构成部分,转向系统设计的利害直接关系到车辆的操控稳固性、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睁开对汽车转向系统的研究的。经过对各种汽车转向系统的硬件构成、控制理论、性能长处等方面的特征进行解析比较,以期能获取比当前转向系统更加优胜的性能,满足广大用户对车辆操控稳固性、安全性、燃油经济性等方面提出的新要求。
种类
汽车转向系统分为两大类:机械转向系统和动力转向系统。完整靠驾驶员手
力操控的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操控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。
借助动力来操控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。
机械转向系统简介
汽车的转向运动是由驾驶员操控方向盘,经过转向器和一系列的杆件传达到转
向车轮的,一般的转向系统建立在机械转向的基础上,平时依据机械式转向器形式
可以分为:齿轮齿条式、循全世界式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。常用的有两种是齿
轮齿条式和循全世界式。这类转向系统是我们最常有的,当前大部分低端轿车采纳的
就是齿轮齿条式机械转向系统。机械转向系统的基本构成:机械转向系以驾驶员的
体力作为转向能源,此中全部传力件都是机械的。机械转向系由转向操控机构、转
向器和转向传动机三大部分构成。转向操控机构由方向盘、转向轴、转向管住等组
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成,它的作用是将驾驶员转动转向盘的操控力传给转向器。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。
方向盘也称转向盘,主要有环圈、辐条与盘毂等构成。按辐条地址不一样分为对称式和非对称式。
平时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,跟着转动而和蜗杆相啮合的从动件侧带动转向垂臂摇动,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必定规律绕主销向同一方向偏移相应角度。
其常有故障现象主要有:转向深重,直线侧向跑偏,前轮摆阵,转向不足,转
向不稳和转向盘不可以回正。常有故障其成为汽车转向系统的通病。
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。当前较常用的有齿轮齿条式、循全世界曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循全世界-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
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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
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
[2]。
11经过轴承
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12和13安装在转向器壳体5中,其上端经过花键与万向节叉10和转向轴连接。与
转向齿轮啮合的转向齿条4水平部署,两端经过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7经过压块9将齿条压靠在齿轮上,保证无缝隙啮合。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,使与之啮合的齿条4沿轴向挪动,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
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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
轮齿条式转向器基真同样,不一样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,齿条的一端经过内外托架与转
向横拉杆相连。
2)循全世界式转向器
循全世界式转向器是当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,两者的螺纹其实不直接接触,此间装有多个钢球,以实现转动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不一样心圆弧构成的近似半圆的螺旋槽。两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,可将钢球今后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关闭的钢球"流道"。转向螺杆转动时,经过钢球将力传给转向螺母,螺母即沿轴向挪动。同时,在螺杆及螺母与钢球间的
摩擦力偶作用下,全部钢球便在螺旋管状通道内转动,形成"球流"。在转向器工作时,两列钢球不过在各自的关闭流道内循环,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,
并带摇动臂轴转动。
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双侧的转向节,使双侧转向轮偏转,且使二转向轮偏转角按必定关系变化,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含转向摇臂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状况下,由转向横拉杆6和左、右梯形臂5构成的转向梯形一般部署在前桥以后。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在与道路平行的平面(水平面>内的交角>90。
在发动机地址较低或转向桥兼充驱动桥的状况下,为防范运动干涉,常常将转
向梯形部署在前桥从前,此时上述交角<90。若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前
后摇动,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,从而推使双侧梯形臂转动。
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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,因此转向桥一定是断开式的。与此相应,转向传动机构中的转向梯形也一定是断开式的。
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、也有压力,所以直拉杆都是采纳优良特种钢材制造的,以保证工作靠谱。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纳球销。
4)转向减振器
跟着车速的提升,现代汽车的转向轮有时会产生摆振<转向轮绕主销轴线来去摆
动,甚至引起整车车身的振动),这不但影响汽车的稳固性,并且还影响汽车的酣畅性、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战胜转向轮摆振
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。
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。转向加力装置减少了驾驶员操控转向盘的作用力。转向
能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机>,此中发动机(或电动机>占主要部分,
经过转向加力装置供应。正常状况下,驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置无效时,就回到机械转向系统状态,一般来说还可以由驾驶员独立担当汽车转向任
务[3]。
此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,经过机械转向器使转向横拉杆9挪动,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。因为有转向加力装置
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的作用,驾驶员只需比采纳机械转向系统时小得多的转向力矩,就能使转向轮偏转。
优弊端:能耗较高,特别时低速转弯的时候,感觉方向比较沉,发动机也比较费力气。又因为液压泵的压力很大,也比较简单伤害助力系统。
简称电动式EPS或EPS(ElectronicPowerSteeringsystem>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。
检测传感控制单元助力电机减速机构转向机构
器
,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构成,输出轴经过传动机构带动转向拉杆使车轮转
向,输出轴除经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。驾驶者在操控转向盘时,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遇到的扭矩转变成电压信号输
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
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综合转向盘的输入力矩、转动方向以及车速等输入信号,判断能否需要助力以及助
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,驱动电路供应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,从而完成及时控制助力转
向;若出现故障或车速超出设定值则停止对电动机供电,系统不供应助力,同时,
离合器分别以防范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,矫捷,电子单元控制,节约发动机功率,助力发挥比较理想
<电子转向系统)
汽车电子转向系统是一种崭新看法的转向系统,它撤消了方向盘和转向车轮之
间的机械连接,操控装置接受驾驶员指令,经过总线发送信息并从控制装置获取相
应的反响。同时转向控制单元由操控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,经过一系列的软
件协调使它们之间的运动关系达到友善,因此可以实现一系列传统转向系统所不可以
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经过数据总线传达给电控单元,屯控单
元对这些信息综合解析,依据自己的内部控制策略,向转向执行系统发出指令,进
行转向操作。与此同时,电控单元经过解析转向盘转角、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”。
汽车转向系统性能好坏的比较及其决定要素解析
汽车转向系统性能的好坏对汽车整体安全性和操控性能至关重要,所以各汽车
生产厂家和研究机构都致力于研究性能更加优胜的转向系统。本章先对各转向系统
性能做一比较,而后从以下几个主要转向系统下手解析影响和决定汽车转向系统性
能的要素。
长处:结构简单、工作靠谱、造价便宜,当前在一部分转向操控力不大、对操
控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。弊端:固然纯机械式转向系统工
作靠谱,但是也存在其自己没法战胜的弊端。传统机械转向系统因为方向盘和转向
车轮之间是机械的连接,所以转向传动比相对固定,即角传达特征没法改变,以致
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汽车的转向响应特征没法控制,传动比没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赔偿,并且受驾驶员技术的影响比较大,驾驶员一定在
转向过程从前就对车辆的转向特征进行必定的操作赔偿来控制车辆依照驾驶员意愿
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。
长处:
<1)减少驾驶员的疲惫强度。动力转向可以减小驾驶员的转向操控力,提升
转向轻巧性。
<2)提升转向矫捷度。可以比较自由地依据操控稳固性要求选择转向器传动
比,不会遇到转向力的限制。同意转向车轮承受更大的负荷,不会引起转向深重
问题。
<3)衰减道路冲击,提升行驶安全性。液压系统的阻尼作用可以衰减道路不
平度对转向盘的冲击。
弊端:
<1)选定参数完成设计以后,助力特征就确立了,不可以再进行调理与控制,
所以协调轻巧性与路感的关系困难,从而影响操控稳固性;而按高速性能设计转
向系统时,低速时转向力常常过大。
<2)即使在不转向时,油泵也向来运行,增加了能量耗费。
<3)存在渗油与保护问题,提升了保修成本,且泄漏的液压油会对环境造成
污染。
长处:电液助力转向系统经过电控使驾驶员在低速时的转向手力减小,而在高
速时的转向手力适合增大,从而使汽车操控稳固性与汽车的操控轻巧性达到友善统
一。电液助力转向系统可以解决传统机械转向系统因为转向器固定传动比而造成的
转向“轻”与“灵”之间的矛盾。弊端:但是因为其发展是基于液压助力系统的,
所以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。这在环境保护和可连续发展意识逐渐加强的今日,无
疑是一个不小的缺点。
<1)EPS系统能在各种行驶工况下供应最正确助力,减小由路面不平所引起的对
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