摘要汽車轉向性能是汽車的主要性能之一。轉向系統的性能直接影響車輛的操縱性和穩定性。它在保證車輛安全行駛、減少交通事故、改善駕駛員工作條件等方面發揮著重要作用。本文綜述了常用汽車轉向系統的性能及常見故障診斷方法。關鍵詞：汽車轉向系統；性能分析；常見故障；診斷

汽車轉向系統分類汽車的發展趨勢是安全、節能、環保。轉向系統是關系到車輛主動安全性的重要系統，其操縱穩定性對車輛性能有很大影響。機動性是指車輛準確地跟蹤駕駛員的駕駛意圖；穩定性是指需要危險工作條件的側滑(高高速行駛，橫向加速度大，分離力大，且大于輪胎側偏力）；粘著系數小的道路側滑；對于開路面在上部輪胎左右側偏壓力不相等以及側風引起的偏航的情況下，車輛仍能穩定運行）。為了提高操縱穩定性，出現了ESP（電子穩定程序）、4WS（四輪轉向）等。根據轉向能量的不同，汽車轉向系統可分為機械轉向系統和助力轉向系統，助力轉向系統又分為液壓助力轉向系統和電動助力轉向系統。機械轉向系統簡介機械轉向系以?的體力作為轉向動力，其中所有傳力件都是機械機構，它由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。轉向操縱機構從轉向盤到轉向傳動軸這一系列零部件屬于轉向操縱機構。它包括轉向盤、轉向柱管、轉向軸、上下萬向節、轉向傳動軸等。轉向器（1）循環球式轉向器。循環球式轉向器是由兩套傳動副組成的，一套是螺桿螺母傳動副，另一套是齒條齒扇傳動副或滑塊曲柄指銷傳動副。（2）齒輪齒條式轉向器。轉向傳動機構包括左、右橫拉桿、轉向減振器等組成。汽車轉向時，轉向器中齒條作橫向移動，使左右橫拉桿一個受壓、一個受拉地移動。橫拉桿外端的球頭鉸鏈帶動左、右轉向節臂和轉向節繞主銷轉動，使得轉向輪偏轉一定角度。轉向傳動機構分為與非獨非立懸架配用轉向傳動機構和與獨立懸架轉向傳動機構。（1）與非獨立懸架配用的轉向傳動機構與非獨立懸架配用的轉向傳動機構主要包括轉向搖臂、轉向直拉桿轉向節臂和轉向梯形。在前橋僅為轉向橋的情況下，由轉向橫拉桿和左、右梯形臂組成的轉向梯形一般布置在前橋之后。當轉向輪處于與汽車直線行駛相應的中立位置時，梯形臂與橫拉桿在與道路平行的平面(水平面)內的交角＞90°。在發動機位置較低或轉向橋兼充驅動橋的情況下，為避免運動干涉，往往將轉向梯形布置在前橋之前，此時上述交角＜90°。若轉向搖臂不是在汽車縱向平面內前后擺動，而是在與道路平行的平面向左右搖動，則可將轉向直拉桿橫置，并借球頭銷直接帶動轉向橫拉桿，從而推使兩側梯形臂轉動。（2）與獨立懸架配用的轉向傳動機構當轉向輪獨立懸掛時，每個轉向輪都需要相對于車架作獨立運動，因而轉向橋必須是斷開式的。與此相應，轉向傳動機構中的轉向梯形也必須是斷開式的。液壓助力轉向系統簡介液壓助力轉向系統（HydraulicpowerSteering,簡稱HPS）。是在機械轉向系統的基礎上加設一套液壓轉向加力裝置形成的。其中屬于轉向加力裝置的部件主要有：轉向油罐、轉向液壓泵、轉向控制閥和轉向動力缸。分析可知，當車輛維持較低的速度前進時，轉向盤開始轉向，其轉角逐漸增大，駕駛員開始施加外力，增大轉矩，這時油壓反力室壓力上升，引發供油量增加，進而提供助力。由于采用機械配合電子控制，其可靠性往往非常高，但受液壓系統先天條件限制，在使用過程中可能出現漏油、震動、穩定性隨時間延長而降低等缺點。電動助力轉向系統電動助力轉向（簡稱EPS）系統是一種直接依靠電動機提供輔助轉矩的動力轉向系統，是為了滿足?們對假釋輕便性的要求而產生的。它可以根據不同的使用工況控制電動機提供不同的輔助動力，這也符合當前電控技術與汽車技術相結合的趨勢。電動助力轉向系統的組成電動轉向系統（簡稱SBWS）由轉向盤模塊、轉向執行模塊和主控制器（ECU）3個主要部分以及?動防故障系統、電源等輔助模塊組成。轉向盤模塊包括轉向盤、轉向盤轉角傳感器、轉矩傳感器和轉向盤回正力矩電動機。其主要功能是將駕駛員的轉向意圖（通過測量轉向盤轉角）轉換成數字信號并傳遞給主控制器;同時接收主控制器送來的力矩信號，產生轉向盤回正力矩，以提供給駕駛員相應的路感信息。電動助力轉向EPS的原理電子控制動力轉向系統是利用電動機作為助力源，根據轉向參數和車速等，由微機完成助力工作的，其原理可概述如下。不轉向時，電動機不工作；當操縱轉向盤時，裝在轉向盤軸上的轉矩傳感器不斷檢測轉向軸上的轉矩，并由此產生一個電壓信號，該信號與車速信號同時輸入電子控制器，由控制器中的微機根據這些輸入信號進行運算處理，確定助力轉矩的大小和方向，即選定電動機的電流和轉向，調整轉向的輔助動力。電動機的轉矩由電磁離合器通過減速機構減速增矩后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與工況相適應的轉向作用力。轉向盤轉矩信號和車速信號經過輸入接口送入微機，隨著車速的提高，通過微機控制相應地降低助力電動機電流，以減少助力轉矩。發動機轉速信號也被送入微機，當發動機處于怠速時，由于供電不足，助力電動機和離合器不工作。點?開關的通斷（on/off）信號經A/D轉換接口送入微機，當點?開關斷開時，電動機和離合器不能工作。微機控制指令經D/A轉換后送入電動機和離合器的驅動放大電路中，控制電動機的旋轉方向和離合器的結合。電動機的電流經驅動放大回路、電流表A、A/D轉換接口反饋給微機，將電動機的實際電流與按微機指令應給的電流相比較，調節電動機的實際電流，使兩者接近一致。汽車轉向系統性能評價指標操縱性與穩定性汽車操縱性駕駛員以最少的修正而能維持汽車按給定的路線行駛以及按駕駛員愿望轉動轉向盤以改變汽車行駛方向的能力。操縱性能的評價：(1)在規定車速下，汽車質心曲線軌跡與轉向盤轉角的關系；(2)以規定角速度迅速轉動轉向盤以后，汽車轉向橫擺角速度隨時間變化的關系；(3)汽車在圓周行駛時其轉向盤上的作用力與汽車側向加速度的關系。(4)為保證額定車速行駛的汽車軌跡曲率半徑能按要求變化，必須在轉向盤上施加的作用力。汽車穩定性汽車在行駛過程中具有抵抗力圖改變其行駛方向的各種干擾，并保持穩定行駛的能力。汽車操作性和穩定性統稱為車輛的操縱穩定性。影響操縱穩定性的因素：1）結構因素：①轉向系性能參數（轉向系傳動比；轉向系效率；轉向器的嚙合特性，轉向系剛度等）；②車輛的重心位置、軸距、輪距、質量分配、輪胎型式和氣壓、懸掛導向裝置等。2）使用因素：①道路狀況；②氣候條件；③左右車輪運動狀態。轉向操縱輕便性轉向操縱輕便性——駕駛員操縱轉向盤的容易程度。轉向沉重容易使駕駛員產生駕駛疲勞或使車輛操縱失控而導致交通事故。通常采用轉向助力裝置。轉向助力裝置：液壓助力、氣壓助力、電動機助力。最小轉彎直徑車輛在轉向過程中，轉向盤向左或向右轉到極限位置時，車輛外轉向輪印跡中心在其支承面上的軌跡圓直徑中的較大者，稱為車輛最小轉彎直徑。它表征車輛在最小面積內的回轉能力和通過狹窄彎曲地帶或繞過障礙物的能力。轉向車輪的穩定效應當車輪在偶然受外力作用或轉向盤稍微轉動而偏離直線行駛時，轉向輪應有自動回正恢復直線行駛的能力。轉向車輪具有的保持自動返回直線行駛的能力，稱為轉向車輪的穩定效應。轉向車輪的穩定效應與車輪定位角和輪胎的橫向彈性有關。汽車轉向輪的震動轉向輪的震動——汽車在行駛時，出現轉向輪的左右擺動和上下跳動。震動降低了汽車操縱穩定性，使輪胎磨損加劇，增加了轉向機構的動載荷，降低零件使用壽命，影響行駛安全。轉向輪的擺動與車輛懸架技術狀況、車輛定位、車輪平衡有密切關系。轉向系統常見故障檢測診斷分析大多數汽車的轉向軸是前軸。前軸與轉向系的常見故障有前輪輪胎磨損不正常、轉向盤自由行程過大、轉向沉重、自動跑偏和前輪擺頭等。前輪輪胎磨損不正常現象輪胎磨損速度加快，胎面形狀出現異常。原因（1）輪胎氣壓不符合要求。（2）輪胎長期未換位。（3）輪胎質量不佳。（4）輪胎螺栓松動。（5）前輪定位不正確，尤其是前輪前束與前輪外傾配合不正確。（6）輪轂軸承松曠或轉向節與主銷松曠。（7）縱、橫拉桿球頭連接處松曠。（8）轉向器在車架（或車身）上的連接松動或轉向器內部的軸承處、主從動部分的嚙合處松曠。（9）鋼板彈簧與車橋連接的U形螺栓松曠。（10）鋼板彈簧與其銷的配合松曠。（11）前輪徑向圓跳動或端面圓跳動太大。（12）前輪旋轉質量不平衡。（13）前輪擺頭。（14）前軸與車架（或車身）縱向中心垂面不垂直或車架（或車身）左右兩邊的軸距不相等。（15）前軸或車架（或車身）彎、扭變形。（16）前軸剛度不足。（17）轉向橫拉桿（尤其是弓形轉向橫拉桿）或轉向橫拉桿臂剛度不足。（18）前輪放松制動后回位慢或制動拖滯。（19）轉向梯形不能保證兩前輪純滾動，出現過多轉向或不足轉向。（20）經常超載、偏載、起步過急、高速轉彎或制動過猛。（21）經常行駛在拱度較大的路面上。診斷方法前輪輪胎磨損不正常示意圖如下圖1-1所示，其診斷流程圖如圖1-2所示。圖圖1-1前輪輪胎磨損不正常示意圖前輪輪胎磨損不正常前輪輪胎磨損不正常察看胎面胎面磨損是否具有規律性？磨損系各部松曠、變形、使用不當或輪胎質量不佳等原因造成胎面中部磨損嚴重還是兩側胎肩磨損嚴重？磨損系輪胎氣壓過低造成磨損系輪胎氣壓過高造成胎面內側胎肩磨損嚴重還是外側胎肩磨損嚴重？磨損系前輪外傾過大造成磨損系前輪負外傾、輪胎長期不換位或前梁外端在垂直平面內向上彎曲造成胎面磨損是外重內輕且磨痕從內向外，還是內重外輕且磨痕從外向內？磨損系前輪負前束或前梁外端在水平平面內向后彎曲造成胎面是羽片狀磨損，還是在胎肩處呈鋸齒狀磨損？磨損系前輪前束過大或前梁外端在水平平面內向前彎曲造成磨損系前輪前束過大或負前束造成。當前束過大時，左右前輪胎面上羽片狀磨損的尖部指向汽車縱向軸線；當為負前束時，左右前輪胎面上羽片狀磨損的尖部背離汽車縱向軸線磨損系前輪長期在超載情況下頻繁使用制動，而又未按期換位等原因造成胎面是波浪狀磨損，還是在胎肩處呈碟片狀磨損？磨損系前輪旋轉質量不平衡、前輪端面圓跳動太大或輪轂軸承、轉向節、橫拉桿、懸掛等處松曠等原因造成磨損系前輪旋轉質量不平衡、前輪徑向圓跳動太大、前輪擺頭或輪轂軸承、轉向節、橫拉桿、懸掛等處松曠等原因造成結束圖1-2前輪輪胎磨損不正常診斷流程圖轉向盤自由行程過大現象汽車靜止，兩前輪保持直線行駛位置，輕輕來回轉動轉向盤，感到游動角度很大。原因（1）轉向盤與轉向軸的連接處松曠。（2）轉向器內主、從動部分嚙合部位松曠或主、從動部分的軸承處松曠。（3）轉向器垂臂軸與垂臂的連接處松曠。（4）縱、橫轉向拉桿的球頭連接處松曠。（5）縱、橫轉向拉桿臂與轉向節的連接處松曠。（6）轉向節與主銷配合處松曠。（7）輪轂軸承處松曠。診斷方法按診斷流程圖所示方法診斷，如圖1-3所示。轉向盤自由行程過大轉向盤自由行程過大檢查各部連接情況轉向盤與轉向軸的連接處是否松曠？轉向器主、從動部分的軸承處是否松曠？轉向器主、從動部分嚙合部位是否松曠？故障系松曠造成垂臂軸與垂臂的連接處是否松曠？縱、橫轉向拉桿的球頭連接處是否松曠？轉向節與主銷的連接處是否松曠？故障系縱、橫轉向拉桿臂與轉向節的連接處松曠或輪轂軸承處松曠造成故障系松曠造成結束圖1-3轉向盤自由行程過大診斷流程圖轉向沉重現象汽車行駛中駕駛員向左、右轉動轉向盤時，感到沉重費力，無回正感；汽車低速轉彎或掉頭時，轉動轉向盤十分費力。原因（1）輪胎氣壓不足。（2）轉向器主動部分軸承預緊力太大或從動部分（垂臂軸）與襯套配合太緊。（3）轉向器主、從動部分嚙合處調整太緊。（4）轉向器無油或缺油。（5）轉向節與主銷配合太緊或缺油。（6）轉向節止推軸承缺油或損壞。（7）縱、橫轉向拉桿的球頭連接處調整太緊或缺油。（8）與轉向盤連接的轉向軸彎曲或其套管凹癟，造成刮碰。（9）主銷后傾過大、內傾過大或前輪負外傾。（10）前梁、車架變形，造成前輪定位失準。診斷方法按診斷流程圖所示方法診斷，如圖1-4所示。轉向沉重轉向沉重檢查前輪輪胎氣壓輪胎氣壓是否不足？故障系輪胎氣壓不足造成向轉向節襯套、轉向節止推軸承和縱、橫拉桿各球頭節處打油情況是否好轉？故障系缺油造成拆下轉向器垂臂下端的連接進行以下檢查轉動轉向盤是否有碰擦現象？故障系轉向軸彎曲或其套管凹癟造成轉動轉向盤是否輕便靈活？故障系轉向器主、從動部分的軸承或襯套太緊，主、從動部分的嚙合處太緊或轉向器內無油、缺油造成將橫拉桿的一端拆下，用手板動前輪作轉向動作板動前輪轉向是否輕便靈活？故障系轉向節與主銷配合太緊或止推軸承損壞造成檢查各球頭節處是否配合太緊？故障系球頭銷與其座配合太緊造成故障系主銷后傾過大、內傾過大或前輪負外傾造成結束圖1-4轉向沉重診斷流程圖自動跑偏現象汽車行駛中自動跑向一邊，必須用力把住轉向盤才能保持直線行駛。

原因（1）兩前輪輪胎氣壓不等、直徑不一或車箱（廂）裝載不均。（2）兩前輪輪轂軸承或輪轂油封的松緊度不一。（3）兩前輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角不等或前輪前束在兩前輪上分配不均。（4）左、右鋼板彈簧撓度不等或彈力不一。（5）前梁、后橋軸管或車架發生水平平面的彎曲。（6）車架（或車身）兩邊的軸距不等。（7）前、后橋兩端的車輪有單邊制動或單邊制動拖滯現象。（8）前輪前束太小或負前束。（9）路面拱度太大或側向風太大。診斷方法按診斷流程圖所示方法診斷，如圖1-5所示。自動跑偏自動跑偏在無側向風和無拱度的道路上路試，如果汽車跑偏，進行以下檢查兩前輪胎面的磨損程度和氣壓是否一致？故障系兩前輪的滾動半徑不一造成車箱（廂）裝栽是否均勻？汽車運行至正常工作溫度后檢查全車所有車輪左右兩邊的制動器和輪轂溫度是否相等？故障系單邊制動、單邊制動拖滯或單邊輪轂軸承、輪轂油封松緊不一造成繼續進行以下檢查車架左右兩邊的軸距是否相等？故障系車架、前梁在水平平面內發生彎曲變形，鋼板彈簧U型螺栓松動或鋼板彈簧座定位孔磨損變大等原因造成左右兩邊前懸架的高度（鋼板彈簧為弧高）是否相等？故障系左右兩邊前懸架的高度不等造成前束是否太小或負前束？故障系前束太小或負前束造成故障系兩前輪外傾角、主銷后傾角或主銷內傾角不等造成。一般情況下，汽車向前輪外傾角大、主銷后傾角小和主銷內傾角小的一邊跑偏結束圖1-5自動跑偏診斷流程圖前輪擺頭現象汽車在某低速范圍內或某高速范圍內行駛時，有時出現兩前輪圍繞各自主銷進行左、右擺動的現象；高速行駛兩前輪左右擺振嚴重時，在駕駛室內可以看到整個車頭左右晃動。原因（1）前輪旋轉質量（包括輪胎、輪輞、輪轂、制動鼓或制動盤等）不平衡。（2）前輪徑向圓跳動或端面圓跳動太大。（3）前輪使用翻新輪胎。（4）前輪外傾角太小、前束太大或太小、主銷后傾角太大或太小、或主銷內傾角太大。（5）前輪前束在兩前輪上分配不均。（6）前輪外傾、主銷后傾或主銷內傾在兩前輪上數值不等。（7）前輪輪轂軸承松曠。（8）前梁、車架（或車身）彎、扭變形。（9）轉向器的安裝位置造成轉向系與前懸掛（鋼板彈簧）的運動相互干涉。（10）轉向系（如橫拉桿、橫拉桿臂、縱拉桿臂和垂臂等）剛度太低。（11）轉向器主、從動部分嚙合間隙或軸承間隙太大。（12）轉向器垂臂與其軸配合松曠。（13）縱、橫轉向拉桿球頭連接處松曠。（14）轉向節與主銷配合松曠或轉向節與前梁拳形部沿主銷軸線方向配合松曠。（15）轉向器在車架（或車身）上的固定松動。（16）前懸掛減震器失效或兩邊減震器效能不一。（17）左、右兩邊的前懸掛在高度或剛度（對于鋼板彈簧，包括厚度、長度、片數、弧高或新舊程度等）等方面不一。（18）前鋼板彈簧的U形螺栓松動或鋼板銷與其襯套松曠。（19）當道路不平度大，路面對車輪的沖擊頻率與前梁角振動的固有頻率一致時，在陀螺儀效應影響下引起前輪擺頭。診斷方法按診斷流程圖所示方法診斷，如圖1-6所示。前輪擺頭前輪擺頭在平坦的道路上路試，如汽車前輪擺頭，應進行以下檢查前輪是否裝用翻新胎？故障系裝用翻新胎造成轉向器是否與鋼板彈簧固定耳布置在同一端？故障系轉向系與前懸架發生運動干涉造成前輪與轉向系的各處是否松曠？故障系前輪擺頭時受到的阻尼作用太小造成前懸架的各處是否松曠？故障系前梁在垂直平面內角振動時受到的阻尼作用太小造成左右兩架前懸架的高度或剛度是否一致？故障系前梁一端的固有振動頻率降低造成左右前懸架減震器的效能是否一致？故障系前梁一端的固有振動頻率降低造成支起前輪，檢查車輪的徑向圓跳動、端面圓跳動和車輪平衡度徑向圓跳動、端面圓跳動是否符合要求？車輪平衡度是否符合要求？故障系車輪平衡度不符合要求造成