1、汽車轉向系統設計計算匹配方式1汽車轉向系統的功能1.1駕駛者通過方向盤控制轉向輪繞主銷的轉角而實現控制汽車運 動方向。對方向盤的輸入有兩種方式：對方向盤的 角度輸入和對方向盤 的力輸入I。裝有動力轉向系統的汽車低速行駛時，操作方向盤的 力很輕，卻要產生很大的方向盤轉角輸入，汽車的運動方向純粹 是由轉向系統各桿件的幾何關系所確定。這時，基本上是角輸入。 而在高速行駛時，可能出現方向盤轉角很小，汽車上仍作用有一 定的側向慣性力，這時，主要是通過力輸入來操縱汽車。1.2將整車與輪胎的運動、受力狀況反饋給駕駛者。這種反饋，通常稱為路感。駕駛者可以通過手一-感知方向盤的震動與運轉情況、眼睛一- 觀察汽車

2、運動、身體一-承受到的慣性、耳朵一-聽到輪胎在地 面滾動的聲音來感覺、檢測汽車的運動狀態，但最重要的的信息 來自方向盤反饋給駕駛者的路感，因此良好的路感是優良的操穩 性中不可缺少的部分。反饋分為力反饋和角反饋從轉向系統的功能可以得知：人、車通過轉向系統組成了人車閉 環系統，是駕駛者對汽車操縱控制的一個關鍵系統。2轉向系統設計的基本要求轉向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向 行駛時，保證各轉向輪之間有協調的轉角關系。轉向系的基本要 求如下：2 . 1汽車轉彎時，全部車輪應繞瞬時回轉中心（瞬心）旋轉，任何車輪不應有側滑。不滿足這項要求會加劇輪胎磨損，并降低汽車的操作穩定性。實際上，

3、沒有哪一款汽車能完全滿足這項要求，只能對轉向梯形 桿系進行優化，一般在常用轉向角內（內輪15 ° -25。范圍）使轉向內外輪運動關系逼近上述要求。2 . 2良好的回正性能汽車轉向動作完成后，在駕駛者松幵方向盤的條件下，轉向輪能 自動返回到直線行駛位置， 并穩定行駛。轉向輪的回正力矩的大汽車轉向系統設計計算匹配方式 小主要由懸架系統所決定的前輪定位參數確定，一般來說，影響 汽車回正的因素有：輪胎側偏特性、主銷內傾角、主銷后傾角、 前輪外傾、轉向節上下球節的摩擦損失、轉向節臂長、轉向系統 的逆效率等。2 3 汽車在任何行駛狀態下，轉向輪不得產生自振，方向盤沒有擺 動。2 4 轉向機構與懸

4、架機構的運動不協調所造成的運動干涉應盡可能 小，由于運動干涉使轉向輪產生的擺動應最小。汽車轉彎行駛時， 作用在汽車質心處的離心力的作用， 內輪載荷 減小，外輪載荷增加，使懸架上的載荷發生相應變化。若轉向 橋采用非獨立懸架、鋼板彈簧機構時，則內側板簧因載荷減小 而長度縮短，外側板簧因載荷增加而長度增加，導致車軸在水 平面內相對車身轉過一個角度，產生 軸轉向效應 。轉向直拉桿 和縱拉桿的運動關系必須與之適應，使軸轉向效應趨于 不足轉 向。當轉向橋為獨立懸架、螺旋彈簧機構時，內側彈簧因載荷減小 而長度增加，車輪相對車身下跳，外側彈簧因載荷增加而長度減 小，車輪相對車身上跳，因轉向橫拉桿外球頭從運動學

5、上來說， 是轉向輪的一部分，內球頭屬于車身的一部分，外球頭隨車輪上 下跳動所形成的軌跡必須與內球頭所在中心點相適應。 這就是傳 統轉向理論中所說的斷開點校核。實際上，現代汽車設計中，合理利用這個運動軌跡的干涉，使 得運動干涉造成的車輪偏轉方向（ 側傾轉向 ）與轉向方向相反， 有助于實現 不足轉向 。2 5 良好的機動性 為了使汽車具有良好的機動性能，必須使轉向輪有盡可能大的轉 角，并要達到按前外輪軌跡計算，使其最小轉彎半徑能達到汽 車軸距的22.5倍。最小轉彎直徑 是汽車機動性的評價指標。 影響最小轉彎直徑的 因素有：汽車輪距、軸距、輪胎側偏剛度、有效轉向節臂長，轉 向器行程（齒輪齒條式轉向器

6、） 、轉向搖臂擺角（循環球式轉向 器）、轉向搖臂長（循環球式轉向器） 、轉向梯形的布置形式等。汽車轉向系統設計計算匹配方式2 6 轉向操縱輕便性轉向操縱輕便性的評價指標通常有兩項： 駕駛者作用在 方向盤上 的切向力大小和方向盤總圈數 。機械轉向系統的轎車，在行駛 中轉向時的切向力應為 50100N.有助力轉向系統的轎車，此 力為2050N。K1哈弗為27N ±3N。轎車方向盤總圈數不得 大于 4 圈，貨車不得大于 6 圈。 M11 機械轉向系統方向盤總圈 數3.825,液壓助力轉向系統方向盤總圈數 3.083 。對于無助力系統，方向盤上的切向力大小由轉向系力傳動比決 定，方向盤總圈數

7、等于轉向器總圈數。方向盤總圈數多和切向力越大都容易使駕駛者疲勞。根據機械原 理，方向盤總圈數越多， 切向力就越小，兩者成反比。只有合 理對方向盤總圈數和切向力取值，才能有一個好的轉向操縱輕 便性。對于有助力轉向系統， 可以實現少的方向盤總圈數和小的方向盤 切向力。但需要注意助力特性，雖然實現了好的轉向操縱輕便 性，卻容易出現轉向高速發飄、轉向發賊現象，破壞操縱穩定 性。27 直線行駛穩定性 轉向系統和懸架系統密切相關，必須使轉向系統與懸架系統合理 匹配，使汽車具有良好的直線行駛穩定性，良好路面不得出現 的行駛跑偏。行駛跑偏與車輛的制造裝配有很大關系。當轉向 輪遇到一個小的障礙物時，車輪發生偏轉

8、，這時汽車應具有快 速回到直線行駛位置的能力。循環球式轉向器設計成變傳動比，搖臂軸扇齒的中間齒（轉向 器的中位）齒厚比兩邊的大，與螺母齒條嚙合時，轉向器中間 位置有相當于鎖緊的功能。以達到維持直線行駛穩定的目的。 齒輪齒條式轉向器將齒條中間常用幾齒的齒間設計得比較小， 與小齒輪嚙合時，轉向器中間位置有相當于鎖緊的功能。以達 到維持直線行駛穩定的目的，同時也達到間隙補償的目的。28 轉向輪碰到障礙物后，傳遞給方向盤的反沖力要盡可能小。 轉向輪碰到障礙物后，傳遞給方向盤的反沖力要盡可能小，否則 會出現“打手”現象。避免“打手”現象的有效措施有：在轉汽車轉向系統設計計算匹配方式 向操縱機構中增加撓性

9、萬向節，加裝轉向阻尼器（減振器） ，提 高轉向系統逆效率等手段。2 9 應當有汽車碰撞時對駕駛者的防傷機構 當發生車禍時，一方面，車輛前端被壓潰，使得轉向管柱和轉 向軸向上向后移動（也就是向竄向駕駛者頭胸部） 。另一方面， 駕駛者緊急制動或則被撞時汽車驟然停止，駕駛者在強大慣性 力作用下，上半身沖向方向盤，傷害駕駛者。為避免這種危害， 就要求轉向管柱在軸向不能是剛性的，在轉向管柱兩個方向應 具有潰縮和吸能功能，緩沖車身前部的沖擊和駕駛者的沖擊。 順便提一下，系安全帶是非常有效的一個措施。2 10 轉向輪與方向盤偏轉方向一致 轉向系統必須做運動分析，最起碼要保證的是：汽車在前進時， 往左轉動方向

10、盤時，汽車應向左轉，右打右轉。2 11 適宜的不足轉向度 （了解）汽車等速行駛時， 迅速給方向盤一個角度輸入， 使轉向輪迅速發 生偏轉，汽車進入一個 穩態響應 - 等速圓周行駛。這時，汽車 產生一個繞 Z 軸線的橫擺角速度，橫擺角速度與轉向輪轉角的 （或者方向盤的轉角）的比值稱為 轉向靈敏度 。 橫擺角速度增益 - 橫擺加速度 與 車速 成線性關系時，即它們函 數關系為一直線，斜率為定值，稱 汽車具有中性轉向特性 。表 現為：保持相同的方向盤轉角，提高車速，汽車的轉彎半徑維 持在一個恒定值。橫擺加速度 與車速 成非線性關系， 其斜率呈減小趨勢， 稱汽車具 有不足轉向特性 。表現為：保持相同的方

11、向盤轉角，提高車速， 汽車的轉彎半徑越來越大。橫擺加速度 與車速 成非線性關系， 其斜率呈增加趨勢， 當車速度 超過 臨界車速 時，橫擺角速度趨于無窮大，稱 汽車具有過多轉 向特性 。表現為：保持相同的方向盤轉角，提高車速，汽車的 轉彎半徑越來越小。中性轉向很容易轉化為過多轉向， 過多轉向汽車達到臨界車速時 將失去穩定性，由于其轉彎半徑越來越小，橫擺加速度越來越 大，汽車將發生激轉而側滑摔尾或者翻車，因此汽車都應具有汽車轉向系統設計計算匹配方式適宜的不足轉向特性。轉向靈敏度和轉向特性主要影響因素：懸掛系統、轉向系統以 與整車的質心位置、軸距、輪距等參數。3轉向輪定位參數主銷的概念：轉向節繞車身

12、（或車架）轉動的軸線。對于大多數貨車客車的非獨立懸掛，其主銷是轉向節與轉向橋拳 部連接的實實在在的主銷。對于獨立懸掛的轎車，雙擺臂結構的主銷是下擺臂外球心與上擺 臂球心的連線。麥弗遜懸掛的主銷是下擺臂外球心與前滑柱與 車身鉸接點的連線。3 . 1主銷后傾角當汽車水平停放時，在汽車的縱向垂面內，主銷上部向后傾斜一個角度r,稱為主銷后傾角。當主銷具有后傾角時，主銷軸線與 路面交點A將位于車輪與路面接觸點的前面。當汽車直線行駛時，若轉向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉 （例如向右偏轉，如圖中箭頭所示），能產生回正作用。也就是 說，因為主銷后傾角，汽車具有了維持直線行駛的能力。輪胎接地點B向主銷作垂線，B

13、點與垂足點的距離L是車輪產 生回正力矩的力臂，因主銷后傾角一般不大，如K1為3 ° ±0 '， M11為2.5 ° ±0 '，在三維模擬技術尚不成熟的傳統設計理論汽車轉向系統設計計算匹配方式中，便于計算，一般以主銷穿地點A與B點距離作為評價回正力矩的主參數。這個距離叫做后傾拖距E。回正力矩M= E * F y附加轉角3 = F y/C sF y -汽車受到的側向力，與汽車質量、側向加速度成正比。Cs-轉向系統剛度，包括轉向節、轉向器、轉向管柱的剛度。回正力矩 M，附加轉角3就是轉向系統的力反饋和角反E越大回正力矩越大，同時，車輛轉向時，這

14、個力矩就成了轉向需要克服的阻力矩，轉向也變得困難。回正力矩與后傾拖距E和車速v的平方都成正比例關系。汽車中高速的回正力矩主要來自于 后傾拖距E o3 . 2主銷內傾角當汽車水平停放時，在汽車的橫向垂面內，主銷軸線與地面垂線的夾角為主銷內傾角。主銷內傾角的作用是使車輪自動回正。通常車輪軸線不在水平 面，為了方便說明，這里假設直線行駛時車輪軸線在水平面上。 對于車輪軸線不在水平面的情況，只要把下圖的水平面改為錐 面。如下圖所示，考慮該水平面上和主銷有交點的直線，主銷與 這些直線的夾角有一個最大值。而汽車直線行駛時，車輪軸線與 主銷的交角恰為這個最大值。車輪軸線與主銷夾角在轉向過程中 是不變的，當車

15、輪轉過一個角度，車輪軸線就離幵水平面往下傾 斜，致使車身上抬，勢能增加。這樣汽車本身的重力就有使轉向 輪回復到原來中間位置的效果。由于主銷內傾，前輪轉向時將使車身有抬高的傾向，這種系 統位能的提高產生回正力矩 M /。假設Q為輪荷，3為前輪轉 角，有如下關系：M / =(Q*C*sin(2 p )*sin 3 )/2可以看出，M /與側向力Fy無關，有：M比M /在高速時大得 多，低速時，M /比M大得多。所以說：汽車低速時回正主要 由主銷內傾角決定。同樣主銷內傾角p越大，轉向越困難。3 . 3車輪外傾角當汽車水平停放時，在汽車的橫向垂面內，車輪平面與地面垂 線的夾角為前輪外傾角。如果空車時車

16、輪的安裝正好垂直于路 面，則滿載時車橋因承載變形而可能出現車輪內傾，這樣將加 速車輪胎的磨損。另外，路面對車輪的垂直反力沿輪轂的軸向 分力將使輪轂壓向外端的小軸承，加重了外端小軸承與輪轂緊 固螺母的負荷，降低它們的壽命。因此，為了前輪有一個外傾 角。但是外傾角也不宜過大，否則也會使輪胎產生偏磨損。現代汽車設計中也有將車輪外傾角a取為負值，比如M11的車輪外傾角a為-1 ° ±0 '，其目的是使轉向輪在轉向時，車輪上 下跳動引起的車輪偏轉方向與車身在離心力作用下的偏轉方向致，提咼操作穩定性。3 . 4車輪前束車輪有了外傾角后，在滾動時就類似于滾錐，從而導致兩側車輪 向

17、外滾幵。由于轉向橫拉桿和車橋的約束車輪不致向外滾幵，車 輪將在地面上出現邊滾邊向內滑的現象，從而增加了輪胎的磨損 為了避免這種由于圓錐滾動效應帶來的不良后果，將兩前輪適當 向內偏轉，即形成前輪前束。前束的度量方式有兩種：在水平面內，左右車輪中間平面在前后 兩側的間距差，既 A-R，女口 M11為02mm。另一種是車輪 中心平面與縱向平面的夾角。驅動輪的前束形成推力線，推力線必須與車輛縱向對稱平面重 合，否則出現行駛跑偏。4機械轉向系統結構下面是機械轉向系統主要部件介紹汽車轉向系統設計計算匹配方式4 . 1機械轉向器一轉向執行機構4 . 1 . 1齒輪齒條式轉向器齒輪齒條式轉向器有四種形式：側面

18、輸入，兩端輸出。這是普遍采用的形式。M11也是這種1.轉向橫拉桿2.防塵套3.球頭座4.轉向齒條5.轉向器殼體6.調整螺塞7.壓緊彈簧8.鎖緊螺母9.壓塊11.轉向齒輪軸12.向心球軸承13.滾針軸承中間輸入兩端輸出，其最大的好處是：一個汽車同時幵發左右舵時，轉向器可以共用，不用重新幵發。其缺點是：考慮共用，齒輪軸和齒條軸線必須垂直，齒輪和齒條的 螺旋角不能取的較大。這樣，齒輪齒條重疊系數低，承載能力也低,齒輪齒條平順性也差。側面輸入，中間輸出，這樣轉向橫拉桿可以做得較長，主要是滿 足與懸掛匹配和布置的需要。3側面輸入，一端輸出。很少采用。長安奧托采用這種結構 齒輪齒條式轉向器的基本參數 ：在

19、整車坐標系下， 內外球頭中心坐標、輸入軸與齒條 沿壓塊中 心線的投影點、輸入軸與齒條夾角（即安裝角），這需要在整車布置階段確定。特別是內外球頭中心必 須與懸掛所決定的轉向節的運動軌跡充分協調。轉向器基本性能參數：力特性、線角傳動比、齒條行程、輸入軸 總圈數（ 一般來說 就是方向盤總圈 數）、轉向器逆效率、轉向器正效率、齒輪齒條嚙合間隙特性、靜扭 剛度。線角傳動比i=m n*Z* n /cos ai 輸入軸轉動一圈，齒條的行程m n 齒輪、齒條法面模數Z 小齒輪齒數a 齒條傾角必須的實驗：力特性實驗、正驅動疲勞實驗、逆驅動疲勞實驗、 沖擊強度實驗、靜扭破壞實驗、耐腐蝕性實驗 。齒輪齒條式轉向器的

20、優點：A 結構緊湊簡單，重量輕，布置容易，不需要象循環球式轉向器所 必須的轉向搖臂、直拉桿、縱拉桿；B 傳動效率高，可達 90% 以上；C 有自動補償間隙裝置，還可以改變轉向系統剛度，防止工作時產 生的沖擊和噪音；D 因其逆效率高，對車輪的回正力矩傳遞到方向盤的阻滯力小，轉向系統容易回正汽車轉向系統設計計算匹配方式齒輪齒條式轉向器的缺點：A因其逆效率高，易出現打手現象；B因齒輪齒條模數一般取的較低，承載能力低，一般只能用于轎車和小型客車。4 . 1. 2其他類型轉向器介紹4 . 1 . 2 . 1循環球式轉向器循環球式轉向器 循環球式轉向器是目前國內外應用最廣泛的結構 型式之一，一般有兩級傳動

21、副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒 條齒扇傳動副。為了減少轉向螺桿轉向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸， 其間裝有多個鋼球，以實現滾動摩擦。轉向螺桿和螺母上都加工出斷面輪 廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母側面有兩對通孔，可將鋼球從 此孔塞入螺旋形通道內。轉向螺母外有兩根鋼球導管， 每根導管的兩端分 別插入螺母側面的一對通孔中。導管內也裝滿了鋼球。這樣，兩根導管和 螺母內的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨立的封閉的鋼球"流道"0轉向螺桿轉動時，通過鋼球將力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿與

22、螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下， 所有鋼球便在螺旋管狀 通道內滾動，形成"球流"0在轉向器工作時，兩列鋼球只是在各自的封閉 流道內循環，不會脫出。循環球式轉向器的優點：A 由于在螺桿螺母間有可以循環的鋼球，將滑動摩擦變為滾動摩擦，因而傳動效率高，可達 85% 以上；B 可以保證足夠的耐磨性能，因而有足夠的使用壽命；C 間隙調整容易（很難實現自動調整） ，工作平穩可靠；D 很容易實現變傳動比功能。循環球式轉向器的缺點：A 逆效率高 ,易出現打手現象；B 結構復雜，制造精度要求高；C 布置困難， 一般用于布置空間大的貨車和客車 （也因為其承載能力高）。41 22 蝸桿曲柄指銷式轉

23、向器蝸桿曲柄指銷式轉向器 蝸桿曲柄指銷式轉向器的傳動副 （以轉向蝸 桿為主動件，其從動件是裝在搖臂軸曲柄端部的指銷。轉向蝸桿轉 動時，與之嚙合的指銷即繞搖臂軸軸線沿圓弧運動，并帶動搖臂軸 轉動。蝸桿曲柄指銷式轉向器的優點：A 容易實現變傳動比； B 間隙調整容易，制造較循環球簡單。缺點太多：銷子不能自轉，磨損快；正逆效率都低等待，基本已經淘汰。4 . 2轉向管柱與萬向節、方向盤 一轉向操縱機構4 . 2 . 2轉向管柱與萬向節I座也區M11轉向管柱結構轉向管柱與萬向節的基本功能：1將駕駛者給方向盤的操舵力矩和角度位移傳遞給轉向器;2傳遞轉向器獲得的路面以與汽車行駛的狀況等信息；汽車轉向系統設計

24、計算匹配方式3駕駛者免傷害功能。對高級轎車還應具有的舒適性功能：方向盤角度可調；方向盤高度可調等，對裝有阻尼器（如撓性萬向節）還具有衰減路面沖擊的作用。另外還應具有：組合幵關安裝、點火幵關、裝飾罩等安裝性的支持 功能。設計要求：除需滿足上述功能要求外，還應滿足如下要求：根據機械原理可知，雙十字軸萬向節的等速兩個必要條件為：三相交軸軸線在同一平面內和兩軸間夾角的絕對值相等。但由于整 車布置緣故，基本不能滿足等速條件，且方向盤的轉動速度很 低，對等速要不高。但也 要求兩軸間空間夾角a 、B不得大于 35。，最好低于30 °否則十字軸軸承工況惡化，壽命降低，且 轉向系統效率降低，回正性能差

25、。轉向管柱與萬向節的基本實驗：驅動力矩實驗、水平靜態剛度、垂直靜態剛度、扭轉耐久試驗、扭轉耐久強度、轉向柱抗扭強度、方向鎖套抗扭力矩、軸承拉出力、滾針軸承的拔出力、滑動阻力、靜扭強度、耐腐蝕性實 驗。4. 2 . 2方向盤1-輪:圈麥輪輻亂輪轂方向盤一般為兩輻條、三輻條或四輻條形狀。方向盤屬于外觀件， 對其造型和表面質量有較高要求。其結構是采用內骨架，外包 PV 發泡材料，也有再外包真皮。骨架由 焊接鋼管或者鎂合金制造，出于碰撞要求，骨架應具有向下彎曲變形的能力，以達到吸能的目的。對于方向盤的臺架實驗有多項要求， 如：身體撞擊試驗、 靜扭強度 試驗、骨架總成扭轉彎曲試驗、耐汗實驗等。5 動力轉

26、向系統結構動力轉向系統 兼用駕駛員體力和發動機的動力為轉向能源的轉向系 統，它是在機械轉向系統的基礎上加設一套轉向加力裝置而形 成的。其中屬于轉向加力裝置的部件是：轉向油泵、轉向油管、 轉向油罐以與位于整體式轉向器內部的轉向控制閥與轉向動力 缸等。當駕駛員轉動轉向盤時，轉向橫拉桿拉（推）動轉向節， 使轉向輪偏轉，從而改變汽車的行駛方向。5 1 對動力轉向機構的要求1）運動學上應保持轉向輪轉角和駕駛員轉動轉向盤的轉角之間保持 一定的比例關系。2 ）隨著轉向輪阻力的增大（或減小） ，作用在轉向盤上的手力必須 增大（或減小） ，稱之為“路感” 。3） 當作用在轉向盤上的切向力Fh > 0.02

27、5-0.190kN 時（因汽車形式不同而異），動力轉向器就應開始工作。4）轉向后，轉向盤應自動回正，并使汽車保持在穩定的直線行駛狀態。5）工作靈敏，即轉向盤轉動后，系統內壓力能很快增長到最大值。6）動力轉向失靈時，仍能用機械系統操作車輪轉向。7）密封性能好，內、外泄漏少。52 動力轉向器動力轉向器是在機械轉向器增加了轉向控制閥和動力油缸組成， 下汽車轉向系統設計計算匹配方式面主要介紹控制閥和動力油缸的工作原理。5 . 2. 1工作原理汽車直線行駛時，閥芯與閥套的位置關系如圖中所示。自泵來的 液壓油經閥芯與閥套間的間隙，流向動力缸兩端，動力缸兩端油壓相等。駕駛員轉動方向盤時，閥芯與 閥套的相對位

28、置發生改變，使得大部分或全部來自泵的液壓油流入動力缸某一端，而另一端與回油管路接 通，動力缸促進汽車左傳或右轉。5 . 2 . 2動力轉向器的力特性動力轉向器的控制閥（以轉閥為例）實際上是一個液壓伺服閥, 用流體力學中的薄壁小孔原理，在活塞缸的兩端建立壓力差，這個壓力差服從伯努利方程，根據閥芯 閥套的過流面積和系統流量進行計算。施加在輸入軸（方向盤）上的力矩的變化引起閥芯閥套的過流面 積的變化，過流面積的變化決定壓力差的大小，以實現不同轉向狀態下的力輸出。這個壓力差與輸入軸 的輸入力矩的關系就是轉向器的力特性。下圖是M11轉向器力特性曲線扭矩汽車轉向系統設計計算匹配方式A區，是直線行駛位置附近

29、小角度轉向區，稱為不靈敏區。不靈敏區不能取得過寬，否則會出現操舵力偏大。如果過窄，汽車高 速行駛時，稍微一動方向盤，轉向器迅速助力，易出現“發飄”， 行駛失去穩定性，另一方面，轉向動作結束后，車輪回正力矩 驅動閥芯，彈性元件（扭桿）的變形不能克服轉向管柱和方向 盤的轉動慣量，將打幵控制閥，產生壓力，平衡回正力矩，汽 車將不能回正。C區 常用快速轉向行駛區，稱為 建壓區。要求助力作用明顯，油 壓曲線的斜率增加教大，曲線由平緩變陡。D區汽車原地轉向或調頭時，輸入轉矩進入最大區段，要求助力效 果達到最大，故油壓曲線呈直線上升。B區稱為過度區，是A區和C區的過度區域，是其他三個區域較寬 的平滑過度區域

30、。A、C、D區的過度必須平滑，否則會惡化轉向器手感，且易出現 因液流突變而產生的沖擊噪聲和共振。曲線左右兩側應對稱，其對稱性影響左右操舵力大小，對稱性應大于 85% o轉向器基本性能參數：線角傳動比、齒條行程、輸入軸總圈數、轉向器逆效率、轉向器正效率、無油壓驅動力矩特性、逆驅動力 特性、控制閥力特性、最大工作壓力、系統流量。必須的實驗：功能實驗、內泄漏實驗、外泄漏實驗、力特性實驗、 正驅動疲勞實驗、逆驅動疲勞實驗、沖擊強度實驗、靜扭破壞 實驗、耐腐蝕性實驗、超壓實驗、清潔度測定。5 . 2轉向油泵轉向油泵是助力轉向系統的動力源。轉向油泵經轉向控制閥向轉向助力缸提供一定壓力和流量的工作油液。轉向

31、油泵有多種結構：葉片泵、齒輪泵、柱塞泵等，轎車 常用葉片泵。下圖是葉片泵工作原理汽車轉向系統設計計算匹配方式當轉子順時針方向旋轉時， 葉片在離心力與高壓油的作用下緊貼 在定子的內表面上。 其工作容積開始由小變大， 從吸油口吸進油液； 而后工作容積由大變小，壓縮油液，經壓油口向外供油。由于轉子 每旋轉一周，每個工作腔都各自吸、壓油兩次，故將這種型式的葉 片泵稱為雙作用式葉片泵。雙作用葉片泵有兩個吸油區和兩個壓油 區，并且各自的中心角是對稱的，所以作用在轉子上的油壓作用力 互相平衡。因此，這種油泵也稱為卸荷式葉片泵。轉向油泵的基本參數：幾何排量 q ：轉子每轉一圈，油泵所吐出的流量。是定子配油空

32、間與轉子和葉片的幾何尺寸所決定， 是油泵固有的幾何容積。 單位： ml/rev 。流量 Q ：油泵在每分鐘內吐出的流量。單位： L/min 。理論上等 于幾何排量 q 與轉子轉速的乘積。油 泵的轉速由發動機轉速所決定的，這樣就會出現汽車從低速到高速 的加速過程中，油泵轉子轉速越來越高， 流量也越來越大。而轉向器的幾何參數一確定，系統流量越大助力 程度就越大，這樣對汽車操控是非常危 險的。因此，發動機轉速到一定時（發動機怠速） ，油泵流量必須趨 于穩定，甚至要求呈下降趨勢。這一汽車轉向系統設計計算匹配方式功能由油泵流量限制閥來實現。限制壓力P:轉向油泵所輸出的最高壓力。為滿足汽車高速助力程 度漸

33、低的要求和轉向系統的額定最高壓力，油泵設置了壓力控制閥。為適應不同的汽車，流量 Q和限制壓力P在一定范圍內可調。下圖為M11油泵流量、壓力特性曲線。I I I I I I I 1 I- li*?r6轉向梯形理論轉角關系6 . 1阿克曼轉向理論汽車轉向時，要使各車輪都只滾動不滑動，各車輪必須圍繞一個汽車轉向系統設計計算匹配方式中心點0轉動，如上圖所示。顯然這個中心要落在后軸中心線的延長線上，并且左、右前輪也必須 以這個中心點0為圓心而轉動。為了滿足上述要求，左、右前輪的偏 轉角應滿足如下關系：ctga = ctg + B/L通過優化轉向梯形桿件，在區間內逼近內外輪轉角關系。6 . 2轉向梯形介紹

34、轉向梯形有整體式和斷幵式兩種。轉向梯形的形式由懸掛決定， 整體式轉向梯形用于非獨立懸掛，獨立懸掛采用斷幵式轉向梯形。A整體式轉向梯形1.轉向器2.轉向搖臂3.轉向直拉桿4.轉向節臂5.梯形臂6.轉 向橫拉桿通過調整梯形臂長、梯形底角。、橫拉桿長來調整轉向內外輪的 運動關系，逼近阿克曼運動幾何。B斷幵式轉向梯形3.左轉向橫拉桿4.右轉向橫拉桿5.左梯形臂6.右梯形臂10.齒汽車轉向系統設計計算匹配方式輪齒條式轉向器 斷開式轉向梯形實際上是一個六桿機構，運動關系較整體式轉向梯形復 雜，必須做運動分析， 分析內容 ：,與A 應包含內外輪運動關系，獲取齒條的線性移動與內外輪的轉角關系 阿克曼運動幾何進

35、行對比。B 轉向橫拉桿內外兩個端點與懸架上下跳動的運動軌跡干涉情況。表1整車基本參數項目代號單位數值J08滿載前軸荷mkg747.9輪胎氣壓PMPa0.222.2轉向系統選用件主要參數轉向系統選用件主要參數見表2，轉向梯形簡圖見圖2表2轉向系統主要參數項目代號單位數值轉向梯形臂長度L1mm126.2轉向器齒輪齒條軸交角9度20方向盤轉 周時轉向器齒條的行程L2mm49.84方向盤半徑Rmm185轉向器的效率n75%轉向梯形底角a度89.343.轉向系統的設計計算3.1靜態原地轉向阻力矩靜態原地轉向阻力矩是汽車中最大極限轉向所需力矩，比行駛中轉向所需的力矩大2到3倍。目前采用半經驗公式計算【1】

36、N mm ;(1)式中 M r 在瀝青或混凝土路面上的原地轉向阻力矩，f 輪胎與地面間的滑動摩擦系數，一般取0.7 ；G1 轉向軸負荷， N ；p 輪胎氣壓， MPa 。前軸：G=747.9 X9.8=7329.4N,p =0.22Mpa ，f =0.7,由公式 得:Mr=3.12 X105 N mm3.2 齒輪齒條式轉向系的角傳動比角傳動比計算 2 如下(2)2 rcos L2式中 iow 齒輪齒條式轉向系的角傳動比；L1 梯形臂長度， mm;r 主動小齒輪的節圓半徑， mm轉向器齒輪齒條軸交角，單位°L2 方向盤轉一周時齒條的行程， mm;L1 =126.2=20 °

37、L2=49.84由公式 (2)得:r =8.4iow=15.93.3 靜態原地轉向時作用于轉向盤的力 此靜態原地轉向時作用于轉向盤的力計算 1 不考慮電動助力(3)式中Mr原地轉向阻力矩，N mm ;Fh 作用于轉向盤的力，N；i ow 齒輪齒條式轉向系的角傳動比；R 方向盤半徑 mm ；轉向梯形底角 單位°轉向器的效率，取n =75% 。M r =3.12 X105N mm, iow =15.9 , R=370/2=185mm,=75% ,= 89.34由公式 (3)得 :Fh =141.4N245N ，不帶助力轉向，汽車以 10km/h 行駛時，作用在方向盤的手力不應超過Fh V 245N 3，所以此設計滿足法規要求。3.4 計算結果結果見表 3表 3 參數表轉向軸負荷，N7329.4輪胎與地面間的滑動摩擦系數0.7輪胎氣壓，MPa0.22齒輪齒條式轉向系的角傳動比15.9方向盤半徑mm185主動小齒輪的節圓半徑 r mm8.4轉向器的效率75%計算結果Fh=141.4N ，Fh 245N，所以滿足要求。4、結論與分析根據此報告的設計計算，此轉向系統滿