汽车转向盘摆正故障分析(完成版的论文)(2)

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2 转向系

2.1 转向系统的类型

（1）汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 （2）它完全靠驾驶员的手力操纵的转向系统称为机械转向系统。

（3）靠助动力来操纵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。

2.2 机械转向系统简介

机械转向系是以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。 2.2.1 转向操纵机构

转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。 2.2.2 转向器

转向器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。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。下面主要介绍前几种。

（1）齿轮齿条式转向器

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通过轴承和安装在转向器壳体中，其上端通过花键与万向节叉和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条水平布置，两端通过球头座与转向横拉杆相连。弹簧通过压块将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。

弹簧的预紧力可用调整螺塞调整。当转动转向盘时，转向器齿轮转动，使与之啮合的齿沿轴向移动，使左右横拉杆带动转向节左右转动，转向车轮偏转，从而实

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现汽车转向。中间输出的齿轮齿条式转向器，其结构及工作原理与两端输出的齿轮齿条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓与左右转向横拉杆相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。

（2）循环球式转向器

循环球式转向器是目前在国内外应用最广泛的结构型式之一， 一般有两传动副，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，二者的螺纹不直接接触，二者其间装有多个钢球，从而实现滚动摩擦。在转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二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，将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，在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封闭的钢球“流道”。

转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只在各自的封闭流道内循环，钢球便不会脱出。

（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，它是以转向蜗杆为主动件，装在摇臂轴曲柄端部的指销是它的从动件。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，并带动摇臂轴转动。 2.2.3 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到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，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括转向摇臂、转向直拉杆转向节臂和转向梯形。在前桥仅为转向桥的情况下，由转向横拉杆和左、右梯形臂组成的转向

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梯形一般布置在前桥之后。当转向轮处于与汽车直线行驶相应的中立位置时，梯形臂与横拉杆在与道路平行的平面(水平面)内的交角＞90。

在发动机位置较低或转向桥兼充驱动桥的情况下，为避免运动干涉，往往将转向梯形布置在前桥之前，此时上述交角＜90，若转向摇臂不是在汽车纵向平面内前后摆动，而是在与道路平行的平面向左右摇动，则可将转向直拉杆横置，并借球头销直接带动转向横拉杆，从而推使两侧梯形臂转动。

（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，因而转向桥必须是断开式的。与此相应，转向传动机构中的转向梯形也必须是断开式的。

（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，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。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用球销。

（4）转向减振器

随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、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克服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。 2.2.4 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。转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。转向能源来自驾驶员的体力和发动机(或电动机)，其中发动机(或电动机)占主要部分，通过转向加力装置提供。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。

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（1）液压式动力转向系统 .其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵、转向油管、转向油罐 以及位于整体式转向器 内部的转向控制阀及转向动力缸 等。当驾驶员转动转向盘 时，通过机械转向器使转向横拉杆 移动，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。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。

（2）电动助力动力转向系统，简称电动式EPS或EPS(Electronic Power Steering system)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。

电动式EPS是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。

2.3 转向系的发展趋势

助力转向系统经过几十年的发展，技术日趋完善。今后，电动助力转向系统将进一步成熟，转向系统主要从以下几个方面进一步发展： 2.3.1传感器技术

性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前，传感器的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素，因此，设计和开发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关键。

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2.3.2控制策略的研究

控制策略是影响助力转向系统性能的关键因素之一，也是电动助力转向系统的核心技术之一。目前，国内外许多学者都在探讨将先进的控制理论应用于助力转向系统的研究，如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论和自适应控制理论等。今后，控制策略研究的重点主要集中在如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传感器的噪声等方面，以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定性。 2.3.3助力电机的研究

助力电机是电动助力转向系统的执行元件，助力电机的特性直接影响到控制的难易程度和驾驶员的手感。目前，电动助力转向系统普遍采用成本较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向，减少了换向时的火花，不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来越多的关注。因此，开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机是今后助力电机的研究方向。

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