第四章轉向系統第一節轉向系統概述第二節轉向器第三節動力轉向第四節電控轉向概述第五節轉向系統常見故障檢修第一節轉向系統概述轉向系統由轉向管和轉向盤、轉向器、轉向傳動系統三個主要部分組成。如圖4-1所示。駕駛員通過轉動轉向盤，轉向盤便帶動轉向器的轉向傳動裝置，然后，轉向傳動機構帶動前輪偏轉，控制汽車行駛方向。轉向系統的形式有多種，但均有上述三個部分組成，不同之處在于是否采用動力轉向系統以及轉向器的形式不同。轉向盤和轉向管柱的功用是產生足夠的力以驅動轉向器轉動。轉向管柱由許多個零部件組成。轉向盤和轉向管柱的具體型式根據汽車生產年代不同和生產廠家不同而不同。

主要部件包括：·轉向盤——產生轉向力·上罩和下罩——保護內部各零部件·萬向節——可在有一定夾角的軸間傳遞轉向矩·柔性聯軸器——允許主軸和中間軸以很小的夾角傳動·中間軸——用以連接柔性聯軸節和萬向節·安裝支架——確保轉向管柱安裝到位。

各種轉向盤和轉向管柱的不同之處有：吸能式或可伸縮式轉向管柱、傾角司調式轉向盤、轉向角鎖止器，以及轉向信號燈和閃光器控制開關的位置。轉向盤和轉向管柱圖示轉向系統結構圖第二節轉向器1.齒輪齒條式轉向器2．循環球式轉向器3．蝸桿曲柄指銷式轉向器4.轉向傳動機構5.傳動效率齒輪齒條式轉向器大部分前輪驅動的轎車中，齒輪一齒條式轉向系已成為標準配置。齒輪-齒條式轉向系與麥弗遜滑柱配合使用，可為發動機橫置提供更大的空間。齒輪齒條式轉向器由齒條及與之相配合的齒輪（叫作小齒輪）組成。當轉動轉向盤和轉向軸時，由于小齒輪與齒條上的齒嚙合，使得齒條在殼體內左右移動。同時使得轉向傳動機構中的其它桿件運動，并帶動前輪偏轉。這個系統對于轉向輕便性要求高的小轎車來說非常實用。它是一個直接的轉向機構，比基本轉向傳動機構具有更高的傳動效率。圖4-2所示為一個帶有殼體和橫拉桿的完整的齒輪一齒條式轉向系。圖4-2齒輪齒條式轉向器的分解2．循環球式轉向器一種最常見機械轉向器是轉向搖臂式轉向器。許多制造商也稱它為螺桿螺母循環球式轉向器，如圖4-3所示。工作時，隨著轉向軸轉動，螺桿轉動。螺桿的外表面開有螺旋形槽。螺母安裝在螺桿上，螺母的內表面開有與螺桿相對應的螺旋形槽。小鋼球在螺桿螺母形成的螺旋形孔道和鋼球導管內循環。鋼球在孔道中滾動，從孔道的一端出來，經鋼球導管再進入孔道的另一端。這套裝置保證了螺桿和螺母之間的摩擦阻力很小。螺母外表面的一側帶有齒，它與齒扇軸上的齒相嚙合。齒扇軸也叫轉向搖臂軸。螺桿左右轉動，螺母跟著前后移動。隨著螺母前后移動，帶動齒扇軸，或者叫轉向搖臂軸擺動。齒扇軸直接與轉向搖臂連接，后者控制著轉向傳動機構的運動。圖4-3循環球式轉向器3.蝸桿曲柄指銷式轉向器

蝸桿具有梯形螺紋，手指狀的錐形指銷用軸承支承在曲柄上，曲柄與轉向搖臂軸制成一體。轉向時，通過轉向盤轉動蝸桿、嵌于蝸桿螺旋槽中的錐形指銷一邊自轉，一邊繞轉向搖臂軸做圓弧運動，從而帶動曲柄和轉向垂臂擺動，再通過轉向傳動機構使轉向輪偏轉。這種轉向器通常用于轉向力較大的載貨汽車上。4．轉向傳動機構轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力和運動傳給轉向橋兩側的轉向節，使兩側轉向輪偏轉，并使兩轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。直拉桿體是一段兩端擴大的鋼管。直拉桿前端是球頭銷，后端是球頭銷座，分別與轉向節臂（或梯形臂）、轉向搖臂球形鉸相連，以保證三者在相對的空間運動中不發生干涉。前、后球形鉸鏈結構中都有壓縮彈簧，以補償機械磨損，并具有緩和經車輪和轉向節傳來的路面沖擊。彈簧預緊力可用端部螺塞調節。見圖4－4所示。（1）轉向直拉桿轉向橫拉桿：它是聯系左、右梯形臂并使其協調工作的連接桿。見圖4-5所示轉向橫拉桿由橫拉桿體和兩端的橫拉桿接頭組成。兩端接頭為球頭座——球頭銷結構，其上有壓緊彈簧和調節螺塞。如圖4-6所示。球頭座分上、下兩部分，裝配時凹凸部互相嵌合，兩端接頭和橫拉桿體用螺紋聯接。接頭螺紋部分有切口，具有彈性。接頭旋裝到橫拉桿體后，用夾緊螺栓夾緊。橫拉桿體兩端的螺紋旋向相反，一為右旋、一為左旋。放松夾緊螺栓，轉動橫拉桿體，即可改變轉向橫拉桿的總長度，從而可調整轉向輪前束。如圖4-7所示。（2）轉向橫拉桿圖4-54-64-75、轉向器傳動效率轉向器的輸出功率于輸入功率之比，稱為轉向器傳動效率。在功率由轉向軸輸入、由轉向搖臂輸出的情況下求得的傳動效率。稱為正效率；而傳動方向與上述相反時求得的效率，則為逆效率。逆效率很高的轉向器很容易經轉向傳動機構傳來的路面反力傳到轉向輪和轉向盤上，故稱為可逆式轉向器。可逆式轉向器有利于汽車轉向結束后轉向輪和轉向盤自動回正，但也能將壞路對車輪的沖擊力傳到轉向盤，發生"打手"情況。逆效率很低的轉向器，稱為不可逆式轉向器。不平道路對轉向輪的沖擊載荷輸入到這種器，即由其中各傳動零件（主要是傳動副）承受，而不會傳到轉向盤上。路面作用于轉向輪上的回正力矩同樣也不能傳到轉向盤。這就使得轉向輪自動回正成為不可能。此外，道路的轉向阻力距也不能反饋到轉向盤，使得駕駛員不能得到路面反饋信息（所謂喪失“路感”），無法據以調節轉向力矩。逆效率略高于不可逆式的轉向器，稱為極限可逆式轉向器，其反向傳力性能介于可逆式和不可逆式之間，而接近于不可逆式。采用這種轉向器時，駕駛員能有一定的路感，轉向輪自動回正也可實現，而且只有在路面沖擊很大時，才能部分地傳到轉向盤。現代汽車上一般不采用不可逆式轉向器。經常在良好路面上行駛的汽車，多采用可逆式轉向器。極限可逆式轉向器，多用于中型以上越野汽車和工礦用自卸汽車。第三節動力轉向一、動力轉向的功用二、動力轉向系的主要組成三、整體式動力轉向器四、控制閥五、齒輪齒條式動力轉向在機械式轉向系中，轉動轉向器所需的力，全部由駕駛人員提供。唯一的優點是通過改變轉向傳動比獲得。在許多汽車，尤其是重型汽車上，采用動力轉向來降低駕駛人員的勞動強度。動力轉向系是通過減小轉動轉向盤所需的力，來降低駕駛員的疲勞程度從而提高行駛過程中的安全性。動力轉向系可采用轉向搖臂式轉向器或齒輪齒條式轉向器。一、動力轉向的功用盡管動力轉向系結構形式有多種，但它們都有兩個主要部件，就是液壓泵和轉向器。它們之間通過高壓軟管連接（如圖4-8）。液壓泵由曲軸帶動的傳動帶驅動工作，如圖4-9所示，使油壓升高，從而保證操控轉向器所需的壓力油。二、動力轉向系的基本組成圖4-84-9圖4-10齒輪齒條式動力轉向系動力轉向泵的類型有定量泵和變量泵。根據汽車的類型和構造不同，動力轉向泵產生不同的壓力。根據生產廠商要求，使用專用的動力轉向油。自動變速器油不得在動力轉向系中使用，除非只加入少量，以提高油面高度到加注標志線。如果在緊急情況下，加注了較多的自動變速器油，事后應盡快將轉向液排空，沖洗動力轉向系統并重新加注動力轉向專用油。動力轉向專用油儲存在儲液室中，儲液室與動力轉向泵裝在一起。通常儲液室中裝有濾清器，防止污物進入該液壓系統中。當動力轉向泵轉速增加時，安全閥可防止系統壓力過高。圖4-11所示為動力轉向泵的油路。動力轉向泵圖4-11動力轉向泵的油路

動力轉向泵的形式很多，常用的類型有三種：葉片式、滑塊式和滾柱式；如圖4-12所示。三種類型的工作原理相同。轉動時，泵的中心可在一定范圍內移動；吸油口和進油口分別位于殼體的兩側。在工作中，隨著動力轉向泵轉子的轉動，吸油口產生吸力，低壓油進入泵里。這個吸力是由于進油腔容積越來越大，產生負壓造成的。然后，在轉子的另一側，油腔容積越來越小，就形成了高壓。動力轉向泵種類在圖4-13中，齒扇軸是由活塞和循環球螺母總成驅動的。通常，轉動轉向盤，螺桿跟著轉動，從動力轉向泵出來的壓力油進入轉向器中。平衡位置時，活塞兩邊均進油，使活塞處于穩定位置。當汽車直線行駛時，活塞兩邊的油壓相等；當轉動轉向盤時，高壓油進入活塞的一側，另一側回油，來幫助活塞和循環球螺母總成的移動，從而使駕駛員操縱轉向盤輕便。三、整體式動力轉向器轉向控制閥直接安置在動力轉向器總成里。控制閥的功用是引導壓力油到活塞和循環球螺母總成的一側或另一側。當轉動轉向盤時，控制閥就打開相應的通道，使壓力油進入活塞和循環球螺母總成需要壓力油的一側。通常采用的控制閥有兩種類型：滑閥式和轉閥式。四、控制閥滑閥式控制閥如圖4-14所示。隨著轉向盤和螺桿的轉動，與螺桿相連的滑閥前后移動；并打開滑閥內部一系列孔道，讓壓力油流到活塞和循環球螺母總成需要它的一側。當轉向盤向另一側轉動，壓力油流就被送到活塞和循環球螺母總成的另一側。１．滑閥式控制閥圖4-14滑閥式控制閥滑閥式控制閥如圖4-14所示。隨著轉向盤和螺桿的轉動，與螺桿相連的滑閥前后移動；并打開滑閥內部一系列孔道，讓壓力油流到活塞和循環球螺母總成需要它的一側。當轉向盤向另一側轉動，壓力油流就被送到活塞和循環球螺母總成的另一側。2．轉向控制閥圖4-15轉閥式控制閥圖4-16動力轉向器總成1．結構原理2．齒輪齒條式動力轉向泵主要元件五、結構原理

其原理與整體式動力轉向器的非常相似。主要的區別是從控制閥出來的壓力油是控制齒條總成的運動。動力缸和活塞總成與齒條安裝在一起（如圖4-18）。從控制閥出來的壓力油推動或者幫助齒條運動。和其他的動力轉向器一樣，控制閥與小齒輪裝在一起，并受到小齒輪操控。１．結構原理圖4-17所示為一個完整的齒輪齒條式轉向器及相關的部件。動力轉向泵產生壓力油，而這壓力油流被送到齒輪齒條式轉向器。轉向器中活塞兩邊的壓力差，使轉向盤轉動輕便。圖4-17（1）葉片式動力轉向泵葉片式動力轉向泵如圖4-19、4-20所示。轉子上開有均布槽，葉片安裝在轉子槽內，并可在槽內滑動。定子內表面由兩段大半徑R的圓弧、兩段小半徑的圓弧和過渡圓弧組成腰形結構。轉子和定子同圓心。轉子在傳動軸的帶動下旋轉，葉片在離心力和動壓作用下緊貼定子表面，并在槽內作往復運動。相鄰的葉片之間形成密封腔，其容積隨轉子由小到大、由大到小周期變化，當容積由小變大時形成一定真空度吸油；當容積由大變小時，壓縮油液，由壓油口向外供油。轉子每旋轉一周，每個工作腔各自吸壓油兩次，稱雙作用。雙作用式葉片泵兩個吸油區、兩個排油區對稱布置，所以作用在轉子上的油壓作用力互相平衡。2．齒輪齒條式動力轉向泵主要元件葉片式動力轉向泵分解圖葉片式動力轉向泵分解圖圖4-21第四節電控轉向系統概述一、電控液力轉向系統二、電控電動轉向系統它是在液力轉向系的基礎上，增加了一套電子控制裝置的動力轉向系。

常見的控制方式有流量控制式和反力控制式。一、電控液力轉向系統

與液力轉向系相比，多出一套電子控制裝置，包括：信號輸入裝置（車速傳感器、轉向角傳感器、選擇開關等）、執行機構（旁通流量控制閥、電磁閥）和控制單元（控制器）三部分。如圖4-22所示。其控制原理為：在泵與轉向器之間設有旁流通道，由旁通流量控制閥控制其流量的大小，間接控制流向動力轉向器的壓力油流量，也即控制轉向助力的大小。控制器接收傳感器輸入的車速、轉角等信號，通過分析計算，控制分流電磁閥通電電流的大小，進而控制旁通閥的旁通流量，最終控制轉向助力的大小。流量控制式電控液力轉向系結構簡單，在液壓動力轉向系的基礎上進行簡單改造即可實現，但對操縱力的控制范圍受到限制。１．流量控制式圖4-22流量控制式電控液力轉向系

反力控制式電控液力轉向系（圖4-23）其控制系統包括：油壓反力裝置、油壓反力控制裝置和電子控制裝置三部分。油壓反力室內有來自分流閥的動力高壓油，柱塞在油壓作用下對轉向控制閥軸4施加一個壓力，由這個壓力產生的摩擦力矩阻礙控制閥軸的轉動。油壓反力室的油壓不同，柱塞對控制閥軸的作用力大小不同，表現為轉向所需操縱力不同。2．反作用控制式圖4-23反力控制式電控液力轉向系電動轉向就是利用電動機作為轉向輔助動力源的動力轉向系統。電動轉向易于實現微機控制，可以通過編程提供不同需求的理想的動力轉向特性，電動轉向系統輕便、緊湊、可靠。電控電動轉向系組成與工作原理：電控動力轉向系由機械轉向系統、電動機驅動機構和電子控制裝置組成。電動機驅動機構包括電動機、離合器減速器和助力齒輪等。電動機輸出的轉矩由減速齒輪減速放大后通過萬向節帶動轉向器中的助力齒輪，驅動齒條運動為車輪轉向提供助力。電子控制裝置是以微機為中心的包括車速傳感器、轉向轉矩傳感器、轉角傳感器和驅動電路的電子控制系統。電動轉向控制框圖如圖4-24、4-25所示。二、電控電動轉向系統圖4-24電控電動轉向系統控制框圖圖4-25電子動力轉向系的組成

1．四輪轉向的目的2．機械式四輪轉向系統3．液壓式四輪轉向系統4．電控式四輪轉向系統知識鏈接:四輪轉向系統

現在一些汽車制造商正在設計和生產四輪轉向系統。汽車行駛時，四輪轉向系統可以讓汽車的前輪和后輪同時發生偏轉。四輪轉向系統使前輪驅動的汽車工作更可靠，由于后輪沒有驅動裝置，所以安裝后輪轉向系統也很方便。在車輛運行時，后輪可以向兩個不同方向各偏轉大約5度。超過一定行駛速度時，比如22mile/h，后輪將與前輪往相同方向偏轉。這可使汽車在并線行駛和高速路上轉彎等情況下有很好的響應性；同時車身的角運動相對減少，乘坐舒適性提高。汽車駛速度較低時，如低于22mile/h，后輪將與前輪往相反方向偏轉。這改善了在掉頭行駛和停車入庫等工況下的機動性。近年來，三種類型的四輪轉向系統得到了較快的發展。它們是機械式、液壓式和電控式四輪轉向系統。１．四輪轉向的目的

機械式四輪轉向系統是最早開發的四輪轉向系統的一種。它包括前輪的齒輪齒條轉向系和前后轉向系之間的傳動軸。隨著前輪偏轉，轉向力通過傳動軸傳到后輪。機械式四輪轉向系統中有時也為后輪加裝第二套轉向器來幫助轉向。機械式四輪轉向系統只在汽車高于某一行駛速度時起作用，并且起作用時，前后輪只能往相同方向偏轉。2．四輪轉向的目的

第二代四輪轉向系統利用液壓系統來控制轉向。這種類型的四輪轉向系統的后輪只能偏轉1.5度左右，并且也只有在速度高于22mile/h時才起作用。典型的液壓式四輪轉向系統如圖4-26所示。開始時，基本的齒輪齒條轉向器使前輪偏轉；同時把部分轉向液壓送到后輪轉向系統的控制閥中，控制該控制閥（滑閥）的位置。前輪向某一方向偏轉時，該滑閥向一個方向移動；前輪向另一方向偏轉時，該滑閥向與前面相反方向移動。然后該滑閥控制著第二套液壓回路工作。這個回路利用由差速器驅動后轉向油泵產生的壓力油為動力。這些壓力油接著又驅動一個齒輪齒條轉向器像前輪的一樣工作。但第二個齒輪齒條轉向器只能在很小的范圍內移動。后輪的偏轉角不得超過1.5度。3．液壓式四輪轉向系統圖4-26典型的液壓式四輪轉向系統

目前，四輪轉向系統正越來越多地使用電子和計算機控制。電控式四輪轉向系統允許后輪與前輪以相同的方向偏轉（在高速時）或者以相反的方向偏轉（在低速時）。為實現這些功用，用計算機連接兩個傳感器和兩個執行器。圖5-27說明了其輸入和輸出的工作流程。首先，車速傳感器把確切的車速信號傳給計算機，計算機據此決定后輪與前輪是以相同或者相反的方向偏轉。同時，前輪轉角傳感器把前輪的實際轉角信號傳給計算機。計算機通過后輪傳感器和后輪轉角傳感器得到后輪的實際轉角信號。根據這些輸入信號，計算機分別告訴前、后輪轉向器各自的偏轉量。圖4-28所示為電控式四輪轉向系統主要部件的布置位置。另外，還有許多附件也是必要的；如液壓泵（如果用液壓執行器而不是電動機）、電磁線圈、斷路閥等。上述部件及其它部件的不斷改進，將更好地提高四輪轉向系統效率和可靠性。4．電控式四輪轉向系統圖4-27電控式四輪轉向的工作流程圖4-28電控式四輪轉向系的組成第五節轉向系統常見故障檢修1.轉向沉重，要用力打方向盤才能轉動2.在不平整路面上行駛時，車輛前部有輕微“咯啦”聲3.方向盤自由間隙太大，且行駛有異響4.行駛中轉向時，轉向柱有“嘎嘣”異響1.檢查此車沒有發生過事故，前輪定位失準的可能性不大。2.試車感覺轉向器間隙太小，按圖4-29所示，微調轉向器上自鎖式調整螺釘，故障排除。此螺釘位于轉向器與轉向柱連接處的后部，一次擰動角度不要超過20°，然后路試，方向要能自動回正，沒有太大的間隙即可。故障一捷達轎車齒輪齒條式轉向器構造見圖4-30。它由小齒輪、齒條、殼體、壓塊、墊片、彈簧、O形圈、調整螺栓、側蓋、內六角螺栓、密封圈、滾針軸承、壓蓋、防護蓋、球軸承等件組成。為了防止齒輪與齒條間的間隙松動，齒條的半圓型斷面與一壓塊配合，該壓塊內裝有一預緊彈簧，通過調整螺釘8來調整彈簧的預緊力，使壓塊緊緊壓住齒條。另外，當齒輪齒條磨損時，可通過調整螺釘來調整間隙。從理論上講，轉向器經過使用磨損后，間隙會變大，出現方向盤自由間隙過大的故障，這在修理中也經常遇到，但在保修期內（1年或100000km），由于間隙太小造成轉向沉重的故障常有發生。轉向器齒條間隙太大的故障表現是：方向盤自由間隙變大，無論行駛中還是原地打方向，轉向器內部都有輕微“