【汽车科普】汽车构造与原理 7.转向系统
汇总
目录
1.引言
SteeringSystem
如果犯方向性错误，后果就会很严重。
汽车是否易犯方向性错误，就要看转向系统是否值得信赖
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2.转向形式
Steering Type
2.1 转向系统和转向机
- 转向系统:
- 主要由方向盘、转向柱、转向机、转向助力机构、转向拉杆组成。
- 转向机的作用：
- 将方向盘的转动转换成横向的左右运动
- 转向机被设计成减速传动机构
- 为了使转向操作轻便
- 此减速比就称为转向机的传动比。
- 转向机主要有两种形式：
- 一是齿轮齿条式转向机；
- 二是循环球式转向机。
- 两类转向机的常见应用车型
- 齿轮齿条式转向：最常见的转向机形式，小轿车上基本都采用这种转向形式。
- 循环球式转向：主要应用在越野汽车、载货汽车上
2.2 齿轮齿条式转向
- 结构：
- 方向盘下面的转向柱末端是个齿轮，
- 这个齿轮与一个齿条相啮合
- 齿条则通过转向拉杆与前轮相连。
- 运行原理：
- 当转动方向盘时，转向齿轮便会带动转向齿条左右运动
- 进而由转向拉杆推拉前轮进行左右摆动，这样就可以控制汽车左转右转
- 优势：
- 结构简单，可靠性强
- 传递路感比较直接和清晰
- 齿轮齿条式转向工作原理图：
- 齿轮齿条式转向系统构造示意图
2.3 可变齿比转向
- 可变齿比转向系统:
- 采用两边稀疏、中间细密的齿比结构。
- 也就是说，它的转向齿比是可变的
- 齿条中间位置的转向齿比较小，而两端的转向齿比较大。
- 不同行驶状态：
- 高速行驶时：
- 一般转动方向盘的角度较小，
- 此时只使用齿比较密的中间齿条段，这样转向就会精确、稳定；
- 低速行驶时：
- 要大幅度转动方向盘，
- 此时使用齿比较疏的两端齿条段，可以让转向更灵敏。
- 高速行驶时：
- 可变齿比的优势：
- 让驾驶人在低速转动方向盘时更轻便、高速转动方向盘时更沉稳
- 可变转向齿比转向机构造示意图
2.4 循环球式转向
- 循环球式转向机
- 利用滚球沿着沟槽运动来传递转向力的转向机。
- 应用车型
- 能获得非常圆滑的转向手感，遇到颠簸路面时也不会使方向盘产生较大的振动。
- 在大货车、大客车、越野车和重型SUV上较多使用循环球式转向机。
- 在普通轿车上很少采用
- 劣势：
- 循环球式转向机结构复杂，零部件较多，制造成本也较高，
- 转向灵敏性较差
- 循环球式转向机构造示意图
- 循环球式转向机构造图
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3.转向助力
Power Assisted Steering
3.1 转向助力的必要性
- 汽车工程师们想尽办法提高汽车的操控性
- 如在制动系统、离合器、转动方向盘等，都尽量提供助力
- 太大的转向助力对高速行驶时的稳定性不利
- 随速助力转向：转向助力的大小可以根据车速的高低而变化。
- 当车速较低时：转向助力较大，以增加停车入位或转弯掉头时的灵活性；
- 当车速较高时：转向助力较小，以保持行驶稳定性。
3.2 转向助力系统
转向助力系统
- 现在，汽车上一般都装备有转向助力系统，
- 作用：可以使驾驶人轻松地转动方向盘。
- 转向助力系统的三种主要形式：
- 液压式；电子液压式；电动式。
液压式助力转向
- 利用发动机的动力带动液压泵工作，使输出的液压力施加到转向齿轮上。
- 缺点：消耗发动机动力，增加燃油消耗，
- 现在已逐渐被电子液压式助力转向替代。
电子液压式助力转向
- 利用电动机的动力带动液压泵工作，并将输出的液压力施加到转向齿轮上。
电动式助力转向
- 利用电动机的动力直接驱动转向拉杆，从而帮助驾驶人轻松转向。
- 相对而言，由于没有液压系统，电动式助力转向比前两种液压式助力转向更省燃油。
3.3 电动随速助力转向系统
EPS
- 电动随速助力转向系统简称EPS，是Electric Power Steering的缩写。
- 可以根据当前车速、发动机转速、转向力和方向盘角度来调整转向助力。
- 车速越高，转向助力越小；反之，则越大。
优势
- 转向助力根据车速大小而自动调节，因此它使汽车驾驶更加轻便和安全。
- 因为它在转向时才会工作，而在直线行驶时并不工作，所以与液压助力相比还可以节省燃油。
- 不存在液压泵工作的问题，即使没有将方向盘回正，长时间停车也不会对转向系统造成伤害。
- 在电动随速助力转向系统的基础上还可以实现更多功能，如泊车辅助、车道保持等。
工作原理
- 施加助力的具体过程是：
1）收集信号决定施加助力的大小。
2）助力电动机根据控制指令旋转电动机蜗杆A。
3）蜗杆A带动中间蜗轮B旋转，并带动同轴的中间齿轮C转动。
4）中间齿轮C与转向丝杆D上的齿条啮合，从而对转向拉杆施加一定的助力。 - 电动随速助力转向系统构造图
- 电动随速助力转向原理示意图
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4.四轮转向
Four Wheel Steering
- 四轮转向系统
- 轿车上装备的四轮转向系统，一般都是通过一个电动机来改变后轮的转向角
- （宝马7系后轮转向角最大达3°，雷诺Laguna GT后轮转向角最大可达3.5°）。
- 作用原理
- 低速时：后轮与前轮转向相反，以增进汽车的灵敏性，减小转弯直径。
- 这样不仅明显改善了灵活性，而且由于减小了转向力，还进一步提高了驾乘舒适性。
- 车速较高时：后轮与前轮转向方向相同
- 可使汽车的转向更加平稳，更顺畅地通过弯道。
- 正常车速时：后轮不转向
- 低速时：后轮与前轮转向相反，以增进汽车的灵敏性，减小转弯直径。
- 示意图
- 四轮转向系统工作原理示意图
- 转向系统构造图
- 四轮转向系统工作原理示意图
