汽车转向系统的构造与原理（图解）

发布于 10-03 23:07:52

汽车在行驶中，经常需要改变行驶方向，并且当汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向，此时，驾驶员需利用一套机构使转向轮向相反方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向，这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构即称为转向系统。

▲ 转向系统

转向系统的功用是保证汽车按照驾驶员的需要改变行驶方向，而且还可以克服路面侧向干扰力使车轮自行产生转向，恢复汽车原来的行驶方向。

转向器介绍

转向器是转向系统中减速及增力传动装置，其功用是增大方向盘传到转向节的力并改变力的传递方向。目前应用广泛的有齿轮齿条式转向器和循环球式转向器。

齿轮齿条式转向器：

齿轮齿条式转向器由小齿轮、转向齿条、转向横拉杆等组成。小齿轮安装在壳体上，并与壳体内部水平安装的转向齿条啮合。转向齿条两端安装有转向横拉杆。当方向盘转动时，小齿轮转动并带动与之啮合的转向齿条沿轴线移动，从而使左右转向横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，实现汽车转向。

▲ 齿轮齿条转向器

循环球式转向器：

循环球式转向器由带有蜗杆的转向轴、钢球、导轨、球螺母、齿扇轴等组成。当带有蜗杆的转向轴在方向盘和转向柱的带动下转动时，钢球将力传递给球螺母，球螺母即沿轴向移动。同时在蜗杆与球螺母两者和钢球的摩擦力作用下，所有钢球在螺纹状管道中滚动，形成球流。转向螺母带动齿扇轴运动，齿扇轴再带动转向拉杆实现车轮转向。

▲ 循环球式转向器

转向操纵机构

转向操纵机构由方向盘和转向柱等组成，它的作用是将驾驶员转动方向盘的操纵力传给转向器。

▲ 转向操纵机构组成

转向传动机构

转向传动机构的组成和布置因转向器位置及转向桥悬架类型不同而异。与非独立悬架配用的转向传动机构如下图所示。

▲ 与非独立悬架配用的转向传动机构

与独立悬架配用的转向传动机构如下图所示。

▲ 与独立悬架配用的转向传动机构

液压动力转向

动力转向是指在转向时，动力来源只有一小部分来自驾驶员，其余大部分由液压系统或电动机提供。液压式齿轮齿条动力转向系统由动力转向泵、储液罐、液压管路、齿轮-齿条式转向器等组成，如下图所示。

▲ 液压式齿轮齿条动力转向系统

1. 液压动力转向工作原理

动力转向系统使用发动机的动力来驱动产生液压力的叶轮泵。当方向盘转动时，在控制阀上转换油路。当把油压力施加到动力油缸里的动力活塞上时，需要操纵方向盘的动力就减小了，如下图所示。

▲ 液压动力转向工作原理

2. 液压动力转向泵

动力转向泵是液压动力转向系统的动力源，其功用是将发动机的机械能转变为驱动转向动力缸工作的液压能并传给转向动力缸。液压动力转向泵通常安装在发动机的前端。液压动力转向泵形式有滚柱式、叶片式、转子式和齿轮式 4 种。叶片式液压动力转向泵结构简单、工作可靠，得到了广泛应用，如下图所示。

▲ 叶片式液压动力转向泵

电子助力转向系统

电子助力转向系统（electronic power steering system，EPS）（下图）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力转向系统。此系统利用微机控制电动机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构，电动机、减速机构、转向柱和转向齿轮可以制成一个整体。

▲ 电子控制助力转向系统

1.转向器结构

带有双小齿轮的电子控制助力转向系统转向器结构如下图所示。两个小齿轮平行排列，分别与齿条啮合。第一小齿轮由方向盘通过转向柱及传动装置驱动。由助力转向电动机通过传动机构带动第二小齿轮为转向系统助力。

▲ 带有双小齿轮的电子控制助力转向系统转向器结构

2.电子控制转向系统原理

电子控制转向系统原理如下图所示。

▲ 转向过程的作用

1—转动方向盘，转向助力开始；2—扭矩传感器探测扭杆的转动，并将检测的扭矩传递给电子控制单元；3—转向角度传感器将当前转向角度和速度传递给电子控制单元；4—电子控制单元根据转向扭矩、车速、发动机转速、转向角度、转向速度传感器信号，计算支持扭矩，启动助力电动机；5—助力电动机通过涡轮传动装置和第二小齿轮将支持力传递到转向器的齿条上；6—方向盘扭矩和助力电动机的支持扭矩综合就是转向器上的有效扭矩，由该扭矩来传动齿条

▲ 车轮主动回位作用

1—弯道行驶时，驾驶员降低了转向扭矩，扭矩传感器通知电子控制单元；2—电子控制单元根据转向扭矩、转向角度和速度计算出复位扭矩；3—转向车轮上产生的复位力不足以使车轮回正；4—电子控制单元根据转向扭矩、车速、发动机转速、转向角度、转向速度传感器信号，计算支持扭矩，启动助力电动机；5—控制单元启动助力电动机，使车轮回正

▲ 市区低速行驶时的助力过程

1—市区低速行驶时转动方向盘，转向助力开始；2—扭矩传感器探测扭杆的转动，告知电子控制单元方向盘上有一个中等的转向扭矩；3—转向角度传感器将当前转向角度和速度传递给电子控制单元；4—电子控制单元根据中等的转向扭矩、车速、发动机转速、中等的转向角度、转向速度传感器信号，计算中等的支持扭矩，启动助力电动机；5—由第二小齿轮将支持力传递到转向器的齿条上；6—方向盘扭矩和中等支持扭矩总和就是转向器上的有效扭矩，由该扭矩来传动齿条

▲ 高速公路高速行驶时的助力过程

1—在高速公路上变换车道，驾驶员轻微转动方向盘；2—扭矩传感器探测扭杆的转动，告知电子控制单元方向盘上有一个小的扭矩；3—转向角度传感器将小的转向角度和速度传递给电子控制单元；4—电子控制单元根据中等的转向扭矩、车速、发动机转速、小的转向角度、转向速度传感器信号，计算一个小的支持扭矩或无需支持扭矩，启动助力电动机；5—由第二小齿轮将支持力传递到转向器的齿条上；6—方向盘扭矩加上最小支持扭矩就是有效扭矩，该扭矩传动齿条

四轮转向系统

四轮转向系统是指除了前轮转向机构外，还在后桥上安装了一套转向系统。它能够使驾驶员在操纵方向盘时转动汽车前后四个车轮，不仅提高了高速时的稳定性和可控制，而且提高了低速时的机动性。在高速行驶时，使后轮与前轮同相位转向，以减小车辆转向时的旋转运动，改善高速行驶的稳定性；而在低速行驶时，使后轮与前轮逆相位转向，以改善车辆中低速行驶的操纵性，提高快速转向性。四轮转向系统组成如下图所示。