我们平时开车,控制好方向盘就能让车往我们想要的方向行驶,很少会探究方向盘是如何使车轮转向的,用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统。
汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。按转向能源的不同可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。
机械转向系统
机械转向系统是以人的体力作为转向动力,其中所有传力件都是机械的,它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。
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上图所示为机械转向系的组成和布置示意图。当汽车转向时,驾驶员对转向盘“1”施加一个转向力矩,该力矩通过转向轴“2”、转向万向节“3”和转向传动轴“4”输入转向器“5”。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂“6”,再经过转向主拉杆“7”传给固定于左转向节“9” 上的转向节臂“8”,使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。为使右转向节“13”及其支承的右转向轮随之偏转相应角度,还设置了转向梯形。转向梯形由固定在左、右转向节上的梯形臂“10、12”和两端与梯形臂作球铰链连接的转向横拉杆“11”组成。
当驾驶员转动转向盘时,通过转向轴、转向万向节和传动轴,将转向转矩输入转向器。从转向盘到传动轴这一系列零部件称为转向操纵机构。
转向摇臂、转向主拉杆、转向节臂、左/右梯形臂、转向横拉杆总称为转向传动机构。梯形臂、转向横拉杆和前轴构成转向梯形,其作用是保证左、右转向轮按一定规律进行偏转。
动力转向系统
液压动力转向系统(HPS)
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液压动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机动力为转向能源的转向系。在正常情况下, 汽车转向所需能量,只有一小部分由驾驶员提供,而大部分是由发动机通过动力转向装置提供的。但在动力转向装置失效时,一般还应当能由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此,动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套动力转向装置而形成的。
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上图为一种液压动力转向系的组成和液压动力转向装置的管路布置示意图。其中属于动力转向装置的部件是:转向油罐“9”、转向液压泵“10”、转向控制阀“5”和转向动力缸“12”。当驾驶员逆时针转动转向盘“1”(左转向)时,转向摇臂“7”带动转向直拉杆“6 ”前移。直拉杆的拉力作用于转向节臂“4”,并依次传到梯形臂“3”和转向横拉杆“11”,使之右移。与此同时,转向直拉杆还带动转向控制阀“5”中的滑阀,使转向动力缸“12”的右腔接通液面压力为零的转向油罐“9”。 转向液压泵“10”的高压油进入转向动力缸的左腔,于是转向动力缸的活塞上受到向右的液压作用力便经推杆施加在转向横拉杆“11”上,也使之右移。 这样,驾驶员施于转向盘上很小的转向力矩,便可克服地面作用于转向轮上的转向阻力矩。
电控电动动力转向系统(EPS)
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电控电动动力转向系统结构简单,重量轻,且故障少,降低了油耗和维修费用,目前在乘用车上广泛应用。上图所示是电控电动动力转向系统示意图。转向时,驾驶员转动转向盘,转角传感器将转向及转速度等信号送给电脑EPS/ECU,电脑接收转角传感器、车速传感器、发动机转速传感器等信号,经过分析处理,输出不同的电流,控制电机的转向及转向转矩的大小,电机输出的转矩通过减速器减速、增扭及变向后,将动力传给齿轮齿条转向器,转向器将动力传给左、右转向节臂,带动车轮转动,从而使车轮摆动,实现汽车转向。
根据助力位置不同我们常见的电动助力转向分为三种形式:
1、转向轴助力式
2、齿轮助力式
3、齿条助力式
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电动动力转向系统的优缺点
优点:
1、电动助力转向系统能在各种行驶工况下提供最佳助力,减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动,改善汽车的转向特性,减轻汽车低速行驶时的转向操纵力,提高汽车高速行驶时的转向稳定性,进而提高汽车的主动安全性。并且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。
2、由于直接由电动机提供助力,电动机由蓄电池供电,因此EPS能否助力与发动机是否起动无关,即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
3、电动助力转向系统只在转向时电动机才提供助力(不像HPS,即使在不转向时,油泵也一直运转),因而能减少燃料消耗。
4、电动助力转向系统取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等,其零件比HPS大大减少,因而其质量更轻、结构更紧凑,在安装位置选择方面也更容易,并且能降低噪声。
缺点:
不过电动机直接驱动转向机构,只能提供有限的辅助力度,难以在大型车辆上使用;同时电子部件较多,系统稳定性、可靠性都不如机械式部件;路感信息匮乏,实际驾驶中的操控乐趣大大减少,以及成本较高等。