微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器,微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器】,微型,轎車,轉(zhuǎn)向,系統(tǒng),設(shè)計(jì),齒輪,齒條,轉(zhuǎn)向器 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、微型轎車設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1．設(shè)計(jì)原則 （1）選用國(guó)內(nèi)大量生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和零部件； （2）造型美觀，乘坐舒適，價(jià)廉實(shí)用； （3）面對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村廣大用戶。 2．主要技術(shù)參數(shù) 車型 7080 車身 3門(mén)兩廂式 乘員數(shù) 3-4 布置形式 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū) 總長(zhǎng)（mm） ≤3000 總寬（mm） ≤1400 總高（mm） ≤1450 軸距（mm） 2000 前輪距（mm） 1240 后輪距（mm） 1240 前懸（mm） 500 后懸（mm） 500 離去角 30 最小離地間隙（mm） 150 最小轉(zhuǎn)彎直徑（m） 9 最高車速（km/L） 100 最大爬坡度 20% 空車總質(zhì)量（kg） 550 滿載總質(zhì)量（kg） 800 制動(dòng)距離（m） ≤6（制動(dòng)初速度為30km/L） 制動(dòng)跑偏（mm） ≤400 油耗（L/100kg） ≤6.5 續(xù)航里程（km） 300 加速時(shí)間（s） 25 3．主要總成 （1）發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) 267Q，兩缸、四行程、水冷、直列斜置式汽油機(jī) 缸徑×行程(mm×mm) 76×71 總排量(mL) 644 壓縮比 8.4 標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速 20.6/5300 最大扭矩/轉(zhuǎn)速 47.1/2700~3000 怠速(r?min) 900 外形尺寸(mm) 830×530×430 凈重(kg) 86 (2) 傳動(dòng)系 離合器 單盤(pán)、膜片彈簧、干式 變速器 常嚙合式、斜齒、全速同步 變速器速比 1檔 4.111 2擋 2.559 3檔 1.654 4檔 1.000 倒檔 4.271 半軸 半軸式,左右對(duì)稱 (3) 行駛系 前懸架 橫置式鋼板彈簧、扭力桿、雙向作用筒式減震器 后懸架 橫臂式螺旋彈簧、雙向作用筒式減震器 輪胎 4.8-10 車架 矩形與方型薄壁鋼管焊接結(jié)構(gòu) (4) 轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條式 (5) 制動(dòng)系 制動(dòng)器 鼓式四輪液壓雙向加力蹄片式 駐車器 手動(dòng)機(jī)械式 (6) 車身 金屬薄板沖壓件組焊而成,三門(mén)兩排座,后座可拆裝 (7) 電器 線路電壓12V,單線制,負(fù)極搭鐵. 4.目標(biāo)成本(萬(wàn)元) ≤2 二、微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 聯(lián)系： 設(shè)計(jì)基本要求 1． 微型汽車轉(zhuǎn)向系的特點(diǎn)、要求； 2． 轉(zhuǎn)向系技術(shù)的最新發(fā)展； （1） 電驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向技術(shù)； （2） 轎車的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)； 3． 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)； 4． 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式選擇及其計(jì)算； 5． 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 6． 制圖：兩張0號(hào)圖紙的工作量； 7． 翻譯：有關(guān)燃油添加劑（5千字以上）； 進(jìn)度安排 序號(hào) 時(shí)間 安排 1 第1～7周 1．設(shè)計(jì)大會(huì)，任務(wù)分配； 2．導(dǎo)師指導(dǎo)，安排； 3．查找有關(guān)設(shè)計(jì)資料； 4．初步擬定設(shè)計(jì)方案； 2 第8～11周 1．?dāng)?shù)據(jù)選定，計(jì)算，校核； 2．畫(huà)圖； 3．指導(dǎo)老師初審，指導(dǎo)修正 3 第12～15周 論文撰寫(xiě) 4 第16周 指導(dǎo)教師論文審核 5 第17周 教研組評(píng)審 6 第18周 答辯 South china university of technology 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 題目：微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院系：交通學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化（汽車） 學(xué)生：張芳勇 學(xué)號(hào)：200033004203055 指導(dǎo)老師：陳子健 2004年6月 目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)……………………………………………………………………… 3 摘要……………………………………………………………………………… 7 第一章．緒論…………………………………………………………………… 8 1.1 汽車發(fā)展史概括………………………………………………… 8 1.2 中國(guó)貨車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………… 8 1.3 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展概括……………………………… 9 1.4 中型貨車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其與整車的關(guān)系………………………… 9 第二章．轉(zhuǎn)向系技術(shù)的最新發(fā)展……………………………………………… 10 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)………………………………………… 10 2.2 貨車的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)…………………………………………… 17 第三章．中型貨車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成…………………………………………… 25 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)…………………………………………………… 25 3.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)…………………………………………………… 25 3.3 轉(zhuǎn)向器…………………………………………………………… 25 第四章．中型貨車轉(zhuǎn)向系的特點(diǎn)及要求……………………………………… 26 4.1 中型貨車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)……………………………………… 26 4.2 中型貨車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求………………………………………… 26 第五章．轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)……………………………………………… 27 5.1 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑…………………………………………… 27 5.2 轉(zhuǎn)向系的效率…………………………………………………… 28 5.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比……………………………………………… 29 5.4 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比……………………………………………… 31 5.5 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)間隙特性………………………………………… 34 5.6 轉(zhuǎn)向系的剛度…………………………………………………… 35 5.7 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)…………………………………………… 35 第六章．轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式選擇及其計(jì)算…………………………………… 36 6.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器小齒輪計(jì)算………………………………… 37 6.2 齒條計(jì)算………………………………………………………… 37 6.3 轉(zhuǎn)向器殼體……………………………………………………… 38 6.4 齒輪的強(qiáng)度校核………………………………………………… 39 6.5 齒條強(qiáng)度校核…………………………………………………… 41 第七章．轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………… 42 7.1 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設(shè)計(jì)………………………………………………… 43 7.2 轉(zhuǎn)向橫拉桿……………………………………………………… 44 7.3 球頭銷計(jì)算……………………………………………………… 46 第八章．轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………… 49 8.1 轉(zhuǎn)向盤(pán)…………………………………………………………… 49 8.2 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………… 49 第九章．轉(zhuǎn)向減振器的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 52 第十章．設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………………… 53 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 55 - 2 - General Information 書(shū)名=解放CA1091（CA141）型載貨汽車使用說(shuō)明書(shū) 作者=第一汽車制造廠編 頁(yè)數(shù)=167 SS號(hào)=11486320 出版日期=1992年10月第1版 前言 目錄 整車部分 一、簡(jiǎn)要技術(shù)特性 二、汽車的使用 三、汽車的定期維護(hù) 發(fā)動(dòng)機(jī) 一、潤(rùn)滑系 二、供油系 三、冷卻系 離合器 一、單片離合器 二、雙片離合器 變速器 傳動(dòng)軸 后橋 車架 懸掛系 一、前懸掛 二、后懸掛 前軸 車輪與輪胎 轉(zhuǎn)向系 制動(dòng)系 一、腳制動(dòng)系 二、手制動(dòng)系 車身及附件 電氣系 一、電源部分 二、起動(dòng)點(diǎn)火部分 三、照明部分 四、信號(hào)部分 五、儀表和警報(bào)部分 潤(rùn)滑表 隨車工具表 軸承表 油封表 主要螺栓螺母擰緊力矩表 主要零件配合間隙表 電氣設(shè)備表 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目錄 摘要……………………………………………………………………………… 7 第一章．緒論…………………………………………………………………… 8 1.1 汽車發(fā)展史概括………………………………………………… 8 1.2 中國(guó)轎車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………… 8 1.3 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展概括……………………………… 9 1.4 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其與整車的關(guān)系………………………… 9 第二章．轉(zhuǎn)向系技術(shù)的最新發(fā)展……………………………………………… 10 2.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)………………………………………… 10 2.2 轎車的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)…………………………………………… 17 第三章．微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成…………………………………………… 25 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)…………………………………………………… 25 3.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)…………………………………………………… 25 3.3 轉(zhuǎn)向器…………………………………………………………… 25 第四章．微型轎車轉(zhuǎn)向系的特點(diǎn)及要求……………………………………… 26 4.1 微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)……………………………………… 26 4.2 微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求………………………………………… 26 第五章．轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)……………………………………………… 27 5.1 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑…………………………………………… 27 5.2 轉(zhuǎn)向系的效率…………………………………………………… 28 5.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比……………………………………………… 29 5.4 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比……………………………………………… 31 5.5 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)間隙特性………………………………………… 34 5.6 轉(zhuǎn)向系的剛度…………………………………………………… 35 5.7 轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)…………………………………………… 35 第六章．轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)型式選擇及其計(jì)算…………………………………… 36 6.1 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器小齒輪計(jì)算………………………………… 37 6.2 齒條計(jì)算………………………………………………………… 37 6.3 轉(zhuǎn)向器殼體……………………………………………………… 38 6.4 齒輪的強(qiáng)度校核………………………………………………… 39 6.5 齒條強(qiáng)度校核…………………………………………………… 41 第七章．轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………… 42 7.1 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的設(shè)計(jì)………………………………………………… 43 7.2 轉(zhuǎn)向橫拉桿……………………………………………………… 44 7.3 球頭銷計(jì)算……………………………………………………… 46 第八章．轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………… 49 8.1 轉(zhuǎn)向盤(pán)…………………………………………………………… 49 8.2 轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………… 49 第九章．轉(zhuǎn)向減振器的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 52 第十章．設(shè)計(jì)總結(jié)……………………………………………………………… 53 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 55 摘要 微型轎車體積小，質(zhì)量輕，軸荷小，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其主要部件由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向減震器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)；微型轎車采用獨(dú)立懸架，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂。微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，操縱輕便，制造成本低，能有效地降低轎車本身質(zhì)量和生產(chǎn)成本。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)技術(shù)，力求使其性能達(dá)到工作安全可靠，環(huán)保性好等要求。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系 轉(zhuǎn)向器 減震器 橫拉桿 齒輪齒條。 Abstract The solidity,quality and shaft onus of the subminiature saloon car are smaller，so its steering system can use the mechanical steering system.The steering system is mostly make up with the steering section,the redirector,the steering shock absorber and the drive line section.The steering section includes the steering wheel，the steering pipes，the steering shaft and the steering gimbal.the subminiature saloon car use independency suspension system,its redirector is commonly the gear-wheel-rack redirector.The drive Line section is usually include the steering linkages and the steering arms.The subminiature saloon car’s steering system ,its frame is very simple,disposal is so easy,steering is so handiness and its cost is so cheap.It can effectively reduce the saloon car’s quality and its procreative cost.The design of the steering system should use the modern auto design technique,do our best to make it can work safely and unfailingly,make it fit the environment Key words：steering system ，redirector ，shock absorber ，steering linkages ，gear and rack. 第一章、緒論 1.1 汽車發(fā)展史概括 自第一輛汽車1886年問(wèn)世至今一百多年時(shí)間內(nèi)，汽車工業(yè)從無(wú)到有，迅猛發(fā)展，產(chǎn)量大幅度增加，技術(shù)日新月異。目前全世界汽車的保有量已經(jīng)超過(guò)5億輛，年產(chǎn)量近5000萬(wàn)輛，主要的汽車生產(chǎn)國(guó)家是：日本、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、原蘇聯(lián)、意大利、英國(guó)等國(guó)家，其中美國(guó)和日本的汽車產(chǎn)量約占全世界汽車產(chǎn)量的50％，歐洲各國(guó)總計(jì)占30％。汽車工業(yè)突飛猛進(jìn)，技術(shù)日新月異的同時(shí)，汽車類型也在不斷的細(xì)分。如今，汽車可分為：轎車、客車、貨車、牽引汽車、特種用途汽車等種類。其中，轎車又可分為：微型轎車、普通級(jí)轎車、中級(jí)轎車、中高級(jí)轎車和高級(jí)轎車5種。當(dāng)今社會(huì)，完全可以由一個(gè)國(guó)家的汽車工業(yè)發(fā)展水平來(lái)衡量其經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民生活水平。因此，不斷提高我國(guó)的汽車設(shè)計(jì)制造水平，能大大推動(dòng)我過(guò)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高我國(guó)的國(guó)際地位。 1.2 中國(guó)轎車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)況 目前，中國(guó)轎車在中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，已經(jīng)開(kāi)始起步并不斷發(fā)展，轎車已經(jīng)在逐步進(jìn)入中國(guó)家庭，并且希望在不久的將來(lái)，將會(huì)是一種家家有轎車的狀況。但是，相對(duì)與國(guó)際轎車的設(shè)計(jì)制造水平而言，中國(guó)的轎車生產(chǎn)水平與國(guó)際最高水平還差很大一截。當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)轎車，絕大部分是中外合資或技術(shù)引進(jìn)，這對(duì)于一個(gè)文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的國(guó)家來(lái)講，顯然是不合理的現(xiàn)況。要不斷提高我國(guó)的轎車制造水平，加快腳步趕上國(guó)際水平，就需要加大力度普及全民素質(zhì)教育，政府鼓勵(lì)扶持轎車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的人們不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，加大投資；并需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間。 轎車曾經(jīng)是權(quán)利與地位的象征，如今也不例外，不同的是當(dāng)今社會(huì)，轎車同時(shí)也是財(cái)富的象征，生活水平提高的一個(gè)真實(shí)寫(xiě)照。所以，有這么一個(gè)情況存在，就是人人都想擁有自己的轎車，而且，隨著人類生活步調(diào)的加快，也可以說(shuō)是人人都需要一部汽車。但就目前中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平而言，能買(mǎi)得起轎車的家庭在全國(guó)來(lái)講根本占不上比例。針對(duì)目前中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平現(xiàn)狀，綜合中國(guó)國(guó)民的消費(fèi)觀念，加大微型轎車的市場(chǎng)占有量，能更好的滿足廣大國(guó)民的消費(fèi)需求，同時(shí)也能很好的刺激消費(fèi)，推動(dòng)中國(guó)轎車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 微型轎車體積小，整車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積小，成本低，符合眾多家庭的購(gòu)買(mǎi)能力，因而深受廣大消費(fèi)者的歡迎。要使微型轎車能進(jìn)駐中國(guó)的每一個(gè)家庭，能為廣大國(guó)民接受并購(gòu)買(mǎi)，一方面要求極力降低轎車的生產(chǎn)成本，使之符合國(guó)民的購(gòu)買(mǎi)能力；另一方面又要求微型轎車在架構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的基礎(chǔ)上，要能達(dá)到一定的使用性能要求，因?yàn)檎l(shuí)也不希望自己的轎車問(wèn)題百出；同時(shí)，還要考慮當(dāng)今世人最關(guān)注的環(huán)保問(wèn)題，即排放要符合環(huán)保要求。綜合這考慮這3個(gè)方面而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的轎車，才稱得上是一部合格的轎車，才會(huì)被人們所接受。 1.3 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展概括 汽車設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷研究、發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新，提高。從以前的機(jī)械設(shè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到今天的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；從以前的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到今天的復(fù)雜，高效的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；從以前的兩輪轉(zhuǎn)向發(fā)展到今天的四輪轉(zhuǎn)向；從以前的一體結(jié)構(gòu)發(fā)展到今天的分段組合結(jié)構(gòu)； 轉(zhuǎn)向器種類多樣化，分為齒輪齒條式、循環(huán)球式、球面蝸桿滾輪式、蝸桿指銷式等數(shù)種。其中轎車一般都使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 轉(zhuǎn)向軸及轉(zhuǎn)向管柱由以前的整體式發(fā)展到今天的分段吸能式，能減少汽車出險(xiǎn)時(shí)傳給方向盤(pán)的沖擊，有效保護(hù)駕駛員的生命安全。 總之，相比從前，今天的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有操縱輕便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作安全可靠、分段吸能、多輪轉(zhuǎn)向、智能化不斷提高等特點(diǎn)。 1.4 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其與整車的關(guān)系 微型汽車體積小，可謂小巧玲瓏，適合在中小城市及城鄉(xiāng)使用，適合3口人家使用，是現(xiàn)在轎車發(fā)展的一個(gè)重要分支，深受廣大城鄉(xiāng)居民的歡迎。微型轎車成本低，售價(jià)不高，既符合中國(guó)小康家庭的購(gòu)買(mǎi)能力，又符合中國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為微型轎車的一個(gè)重要組成部分，其設(shè)計(jì)制造水平及其成本，對(duì)轎車整車性能和成本的影響很大。提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，能提高微型轎車的整車性能；降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造成本，能有效降低微型轎車的生產(chǎn)成本。 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱輕便、安全可靠、有自動(dòng)回正功能并要求造價(jià)低，加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力不許超過(guò)200N，轉(zhuǎn)向圈數(shù)不超過(guò)3.6圈。轎車一般使用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，并采取與汽車前進(jìn)方向垂直的橫向布置方案，轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橋做成一體，直接通過(guò)轉(zhuǎn)向橫拉桿與轉(zhuǎn)向器連接，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單緊湊。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為齒輪與齒條，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置方便、制造容易、成本低，但轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比較小，且齒條沿其長(zhǎng)度方向磨損不均勻，故廣泛用于微型汽車和轎車上。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的工作效率一般是70％～80％。為保證轉(zhuǎn)向器的工作效率，工作壽命和工作平穩(wěn)、安全可靠，齒輪齒條一般采用斜齒的型式。齒輪齒條材料當(dāng)選用硬度大，耐磨性好的鋼，并進(jìn)行必要的工藝處理，達(dá)到工作性能要求。 總之，微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不但要求采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，使其使用性能符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而且在成本方面，要力求降低成本，從而降低整車的生產(chǎn)成本，使廣大消費(fèi)者有能力購(gòu)買(mǎi)。 第二章、轉(zhuǎn)向系技術(shù)的最新發(fā)展 第一節(jié)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù) 汽車的轉(zhuǎn)向，通過(guò)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)完成。汽車轉(zhuǎn)向性能是汽車的主要性能之一,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能直接影響到汽車的操縱穩(wěn)定性,它對(duì)于確保車輛的安全行駛、少交通事故以及保護(hù)駕駛員的人身安全、改善駕駛員的工作條件起著重要的作用。 依據(jù)提供轉(zhuǎn)向能源的不同，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩大類。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以駕駛員的體力為轉(zhuǎn)向能源，系統(tǒng)的所有傳力部件都是機(jī)械的，可靠性高，受外界干擾較小。但是由于受駕駛員自身力量的限制，機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)向力矩相對(duì)較小，因而其應(yīng)用范圍受到限制。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套轉(zhuǎn)向助力裝置而形成的，其轉(zhuǎn)向能源少量依靠駕駛員體力，大部分由助力裝置來(lái)提供。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中應(yīng)用的助力裝置主要有液壓助力系統(tǒng)、電控液壓助力系統(tǒng)和電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。目前，絕大多數(shù)商用汽車和約50％的轎車都采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，微型轎車也開(kāi)始安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有了大約半個(gè)世紀(jì)的歷史，可以說(shuō)是一種較為完善的系統(tǒng)。電控液壓助力裝置，并沒(méi)有從根本上解決液壓助力裝置存在的不足。隨著汽車微電子技術(shù)發(fā)展，汽車燃油節(jié)能的要求以及全球倡導(dǎo)環(huán)保，其固有的不足已經(jīng)越來(lái)越明顯，不能完全滿足時(shí)代發(fā)展的要求。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( Electric Power2Assisted Steering ,簡(jiǎn)稱為EPAS)使用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠顯著改善汽車的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能，提高汽車行駛中駕駛員的舒適性和安全性，減少環(huán)境污染等。Lucas公司稱到，在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，使用和不使用電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時(shí)，就像人在白天和夜晚走路一樣。目前，美國(guó)德?tīng)柛傧碌腟aginaw、TRW和日本本田、Koyo及德國(guó)ZF等幾家大公司都在競(jìng)相推出自己的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展前景十分看好。 2.1.1 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部位不同，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可分為轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)型、小齒輪軸驅(qū)動(dòng)型和齒條軸驅(qū)動(dòng)型。無(wú)論何種類型，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般都由轉(zhuǎn)向傳感器、車速傳感器、微電腦控制單元、電機(jī)和離合器及助力機(jī)構(gòu)等部分組成。其中轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)型（圖 1 ）電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要部件及其功能如下： 1．轉(zhuǎn)向傳感器 用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向情況，由力矩傳感器和旋轉(zhuǎn)傳感器組成。力矩傳感器感知轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向力矩大小，旋轉(zhuǎn)速度傳感器感知轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度，并把感知到的這兩個(gè)信號(hào)傳遞到微電腦控制單元。轉(zhuǎn)矩傳感器采用電位計(jì)式傳感器。它輸出兩個(gè)彼此獨(dú)立的電壓信號(hào):主信號(hào)和副信號(hào),控制單元用副信號(hào)來(lái)檢查主信號(hào)是否正確。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器主要有三種形式: 擺動(dòng)桿式、雙行星齒輪式和扭桿式。擺動(dòng)桿式是通過(guò)測(cè)量由轉(zhuǎn)向器小齒輪軸反作用力矩引起的擺桿位移量得到轉(zhuǎn)向力矩的。雙行星齒輪式是通過(guò)測(cè)量與扭桿相連的兩套行星齒輪的相對(duì)位移得到轉(zhuǎn)向力矩信號(hào)值, 扭桿位于轉(zhuǎn)向輸入軸和輸出軸之間,行星齒輪機(jī)構(gòu)也兼起減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用。扭桿式是通過(guò)扭桿直接測(cè)量輸入軸和輸出軸的相對(duì)位移, 從而測(cè)得轉(zhuǎn)向力矩。 圖 2 為扭桿式傳感器結(jié)構(gòu)圖。轉(zhuǎn)矩傳感器感應(yīng)部分包括兩個(gè)線圈和一個(gè)滑套(鐵芯)。軸助力式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸從中間斷開(kāi),上段為輸入軸,下段為輸出軸, 輸入軸與輸出軸之間用扭桿連接。傳感器滑套被套在輸出軸外,固定在扭桿上的導(dǎo)向銷插入傳感器滑套的斜槽中,導(dǎo)向銷既可隨輸出軸一同轉(zhuǎn)動(dòng), 也能沿傳感器滑套的斜槽作上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)缆纷枇^小,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)后,滑套和轉(zhuǎn)向輸出軸一同轉(zhuǎn)動(dòng),滑套不作上下運(yùn)動(dòng);當(dāng)?shù)缆纷枇^高時(shí),轉(zhuǎn)向力矩增大,扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn),輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)角不同, 相應(yīng)的導(dǎo)向銷和滑套的轉(zhuǎn)角也不同,導(dǎo)向銷將迫使滑套上下移動(dòng)。這時(shí)滑套(鐵芯) 外圍的兩個(gè)線圈可檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)的大小和方向,從而獲得轉(zhuǎn)矩的大小和方向。 圖 2、扭桿式傳感器結(jié)構(gòu)圖 2．車速傳感器 用于檢測(cè)汽車的型式速度，并進(jìn)行自診斷，把檢測(cè)到的信號(hào)送入微電腦控制單元。 3．微電腦控制單元 它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，完成對(duì)各個(gè)傳感器輸入信號(hào)的處理，依據(jù)控制規(guī)則計(jì)算出所需要的參數(shù)值，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制電路核心是8 位單片機(jī), 帶有A/D 轉(zhuǎn)換器和PWM單元，如圖 3。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向角信號(hào)和車速經(jīng)過(guò)接口電路被輸入到單片機(jī), 單片機(jī)根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算出最優(yōu)化的助力轉(zhuǎn)矩,然后把已計(jì)算出來(lái)的值作為電流命令值輸入到電流控制電路。電流控制電路把來(lái)自單片機(jī)的電流命令值同電機(jī)電流的實(shí)際值進(jìn)行比較,并產(chǎn)生一個(gè)差值信號(hào)。該差值信號(hào)被送往電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,該電路可驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置并向電機(jī)提供控制電流。當(dāng)車速超過(guò)設(shè)定值時(shí),離合器被切斷,減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)脫離, 接著電動(dòng)機(jī)停機(jī)。 控制單元還具有失效保護(hù)和故障自診斷功能。當(dāng)由電池電壓過(guò)低檢查電路、時(shí)鐘監(jiān)督電路和其它檢查電路(硬件) 或由微型計(jì)算機(jī)檢測(cè)出一個(gè)故障時(shí), 微型計(jì)算機(jī)將記錄下故障類型, 點(diǎn)亮儀表板上的故障燈,同時(shí)控制器上的故障代碼顯示燈點(diǎn)亮。此時(shí),電動(dòng)機(jī)的電流被中斷, 離合器斷開(kāi),系統(tǒng)轉(zhuǎn)入人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 圖3　控制電路框圖 4．電動(dòng)機(jī)和離合器 電動(dòng)機(jī)采用永磁直流電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)著重考慮如何提高路感、降低噪音和振動(dòng)。比如在電機(jī)轉(zhuǎn)子周緣開(kāi)設(shè)不對(duì)稱或螺旋狀的環(huán)槽、靠特殊形狀的定子產(chǎn)生不均勻磁場(chǎng)等都可改善電動(dòng)機(jī)的性能。離合器采用電磁式離合器,其由控制單元根據(jù)車速的快慢來(lái)控制。當(dāng)車速在設(shè)定車速以上時(shí),電磁離合器切斷, 電動(dòng)機(jī)不再提供助力, 此時(shí), 系統(tǒng)不受電動(dòng)機(jī)慣性力矩的影響,轉(zhuǎn)入人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)；在設(shè)定車速之下,電磁離合器接合, 轉(zhuǎn)入助力轉(zhuǎn)向狀態(tài)。為了改善轉(zhuǎn)向特性, 離合器設(shè)計(jì)時(shí)要讓它具有一定的滯后特性。 5．助力機(jī)構(gòu) 使電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)化為橫拉桿的軸向力，由橫拉桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)使車輪左右擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 2.1.2 轉(zhuǎn)向軸驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 轉(zhuǎn)向傳感器感知轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向力矩和旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)把信號(hào)輸入到微電腦控制單元。車速傳感器采集的汽車行駛速度信號(hào)也輸入微電腦控制單元。微電腦控制單元一方面根據(jù)輸入的轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩、旋轉(zhuǎn)速度和汽車行駛速度信號(hào)值，得到最佳轉(zhuǎn)向特性。并計(jì)算輸出數(shù)據(jù)；另一方面依據(jù)從各個(gè)傳感器傳來(lái)的信號(hào)，檢測(cè)轉(zhuǎn)向狀況并決定采用何種控制模式。同時(shí)將輸出的數(shù)據(jù)和控制模式開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到功率單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩通過(guò)助力機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為橫拉桿的軸向力，通過(guò)橫拉桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)向車輪左右擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。 2.1.3 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) 與其他轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有其自身獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，該系統(tǒng)自20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)以來(lái)，便受到了許多大的汽車公司的重視，并競(jìng)相進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，使其成了汽車電子控制系統(tǒng)中的一個(gè)新的亮點(diǎn)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)體現(xiàn)在： 1．降低了燃油消耗 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓油泵，使液壓油不停地流動(dòng)，因而浪費(fèi)了部分能量。相反，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需要電機(jī)提供的能量，該能量既可以來(lái)自蓄電池，也可以來(lái)自發(fā)電機(jī)。而且，能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)：當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制單元的作用下開(kāi)始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助力。不僅如此，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還能夠 在汽車原地轉(zhuǎn)向時(shí)輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，并且輸出的最大轉(zhuǎn)向力矩隨著汽車行駛速度的改變而改變，從而實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 2．提供可變轉(zhuǎn)向力矩 機(jī)械轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所獲得的轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向盤(pán)提供的力矩成正比，與汽車的狀態(tài)無(wú)關(guān)。電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)向助力不僅與轉(zhuǎn)向盤(pán)提供的力矩大小有關(guān)，而且與汽車的狀態(tài)有很大的關(guān)系；電機(jī)提供的力大小即轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)獲得的力的大小，不僅與轉(zhuǎn)向盤(pán)傳遞的力矩有關(guān)，也與車速有關(guān)，能在不同的車速時(shí)提供不同的轉(zhuǎn)向助力。 3．改善了轉(zhuǎn)向路感 在電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使電機(jī)提供的能量直接用于車輪轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減震器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振得以大大減小，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗動(dòng)能大大增強(qiáng)。與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向力矩產(chǎn)生于電機(jī)，沒(méi)有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向輪對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的跟隨性能。同時(shí)，通過(guò)靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同的車速及不同的車況下的轉(zhuǎn)矩特性（這種轉(zhuǎn)矩的特性是的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠顯著地提高轉(zhuǎn)向能力），提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能想匹配的轉(zhuǎn)向回正特性（在實(shí)際應(yīng)用中，這種特性可以通過(guò)控制單元程序修改表值很容易實(shí)現(xiàn)）。 4．提高了操縱穩(wěn)定性 通過(guò)對(duì)汽車在高速行駛時(shí)過(guò)度轉(zhuǎn)向的方法，可以測(cè)試汽車的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛的汽車一個(gè)過(guò)度的轉(zhuǎn)角（90度）來(lái)迫使它側(cè)傾，在短時(shí)間的轉(zhuǎn)向盤(pán)自回正過(guò)程中，由于采用了微電腦控制，是的汽車去有了更高的行駛穩(wěn)定性，駕駛員由更舒適的感覺(jué)。 5．“綠色能源” 適應(yīng)現(xiàn)代汽車的要求。由于電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)用“最干凈”的電力作為轉(zhuǎn)向能源，完全取消了液壓裝置，不存在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的也太油泄漏 問(wèn)題，因此可以說(shuō)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)順應(yīng)了“綠色化”的時(shí)代趨勢(shì)。 6．減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度 7．能為全輪轉(zhuǎn)向、電動(dòng)汽車及未來(lái)的智能汽車提供轉(zhuǎn)向技術(shù)支持。 8．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，占用空間小，布置方便，性能優(yōu)越 由于應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)和電子集成技術(shù)，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅比傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)和電控液壓助力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有經(jīng)濟(jì)的性能價(jià)格比。 9．生產(chǎn)線裝配性好 電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有液壓助力系統(tǒng)所需要的油泵、油管、流量控制閥、儲(chǔ)油罐等部件，零件種類和數(shù)量都大大減少，減小了裝配工作量，節(jié)省了裝配時(shí)間，提高了裝配效率。 10．耐嚴(yán)寒 即使在- 40 ℃的低溫下, EPAS 也能夠很好地工作,而傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)要等到液壓油預(yù)熱后才能正常工作,這也節(jié)省了能量 2.1.4 電子控制式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)十幾年來(lái), 在降低系統(tǒng)自重、減少生產(chǎn)成本, 控制系統(tǒng)發(fā)熱、電流消耗、內(nèi)部摩擦, 以及與整車進(jìn)行匹配獲得合理的助力特性, 保證良好的路感等方面取得了重大進(jìn)步。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在操縱舒適性和安全性、節(jié)能等方面充分顯示了其優(yōu)越性, 應(yīng)用前景廣闊。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是: 1．進(jìn)一步改善控制性能, 使之更好地與不同檔次汽車相適應(yīng)。如改進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù), 消除由于電動(dòng)機(jī)較大慣性、摩擦力所帶來(lái)轉(zhuǎn)向時(shí)路感不足等缺點(diǎn), 使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也能批量使用在重型貨車上。 2．實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制單元與汽車上其它控制單元的通訊聯(lián)系, 以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的一體化。 3．提高系統(tǒng)的可靠性。這應(yīng)從提高系統(tǒng)各元部件的可靠性入手, 如采用非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器等。 4．進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng), 減小控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的體積, 控制生產(chǎn)成本。 第二節(jié)、轎車的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù) 隨著現(xiàn)代道路交通系統(tǒng)和現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向操縱性能和行駛穩(wěn)定性的要求日益提高。作為改善汽車操縱性能最有效的一種主動(dòng)底盤(pán)控制技術(shù)——四輪轉(zhuǎn)向技術(shù),于二十世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始在汽車上得到應(yīng)用,并伴隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展。汽車的四輪轉(zhuǎn)向(Four - wheel Steering ——4WS) 是指汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),后輪可相對(duì)于車身主動(dòng)轉(zhuǎn)向,使汽車的四個(gè)車輪都能起轉(zhuǎn)向作用。以改善汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，其研究發(fā)展很有現(xiàn)實(shí)意義。 四輪轉(zhuǎn)向汽車的后輪不僅可以與前輪統(tǒng)同方向偏轉(zhuǎn)，而且也可以與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反。其偏轉(zhuǎn)規(guī)律是：在高速行駛或轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角小時(shí)，前、后輪的偏轉(zhuǎn)方向相同；而在低速行駛或轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角大時(shí)，后論的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反。后論按一定的比例與前輪同向偏轉(zhuǎn)時(shí)，可提高汽車高速行駛或在側(cè)向風(fēng)力作用下時(shí)的操縱穩(wěn)定性；后論與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，可改善汽車中、低速行駛的操縱穩(wěn)定性、低速行駛時(shí)的操縱輕便性及減小汽車的轉(zhuǎn)小轉(zhuǎn)彎半徑。 2.2.1 四輪轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向特性 1．4WS 汽車與2WS 汽車轉(zhuǎn)向過(guò)程分析 普通兩輪轉(zhuǎn)向汽車(2WS 汽車) 的前輪既可繞自身的輪軸自轉(zhuǎn)又可繞主銷相對(duì)于車身偏轉(zhuǎn),而后輪只能自轉(zhuǎn)而不偏轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)后,前輪轉(zhuǎn)向,改變了行駛方向,地面對(duì)前輪胎產(chǎn)生一個(gè)橫向力,通過(guò)前輪作用于車身,使車身橫擺,產(chǎn)生離心力,使后輪產(chǎn)生側(cè)偏,改變前進(jìn)方向,參與汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。而4WS 汽車的后輪與前輪一樣,既可自轉(zhuǎn)也能偏轉(zhuǎn)。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)后,前、后輪幾乎同時(shí)轉(zhuǎn)向,使汽車改變前進(jìn)方向,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。 2WS 汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),前輪作主動(dòng)轉(zhuǎn)向,后輪只是作被動(dòng)轉(zhuǎn)向。顯然,2WS 汽車在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,從方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到后輪參與轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)之間存在一定的滯后時(shí)間。2WS 汽車的這種相位滯后特性使汽車轉(zhuǎn)向的隨動(dòng)性變差,并使汽車的轉(zhuǎn)向半徑增大。另外,2WS 汽車在高速行駛時(shí),相對(duì)于一定的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角增量、車身的橫擺角速度和橫向加速度的增量增大,使汽車在高速行駛時(shí)的操縱性和穩(wěn)定性變差。而4WS 汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),前、后輪都作主動(dòng)轉(zhuǎn)向,在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,靈敏度高,響應(yīng)快,有效地克服了上述缺點(diǎn)。 2．4WS 汽車的轉(zhuǎn)向方式 根據(jù)理論分析研究和大量路試表明,四輪轉(zhuǎn)向能夠提高汽車轉(zhuǎn)向的機(jī)動(dòng)靈活性和高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性,現(xiàn)代4WS 汽車就是根據(jù)這一指導(dǎo)思想研制的。一般來(lái)說(shuō),4WS 汽車在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,根據(jù)不同的行駛條件,前、后輪轉(zhuǎn)向角之間應(yīng)遵 循一定的規(guī)律。目前,典型4WS 汽車前、后輪的偏轉(zhuǎn)規(guī)律一般如下所述。 (a) . 逆相位轉(zhuǎn)向 如圖 1(a) 所示,在低速行駛或者方向盤(pán)轉(zhuǎn)角較大時(shí),前、后輪實(shí)現(xiàn)逆相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相反,且偏轉(zhuǎn)角度隨方向盤(pán)轉(zhuǎn)角增大而在一定范圍內(nèi)增大(后輪最大轉(zhuǎn)向角一般為5°左右)。這種轉(zhuǎn)向方式可改善汽車低速時(shí)的操縱輕便性,減小汽車的轉(zhuǎn)彎半徑,提高汽車的機(jī)動(dòng)靈活性。便于汽車掉頭轉(zhuǎn)彎、避障行駛、進(jìn)出車庫(kù)和停車場(chǎng)。對(duì)轎車而言,若后輪逆相位轉(zhuǎn)向5°,則可減少最小轉(zhuǎn)向半徑約0.5m。 圖 1.四輪轉(zhuǎn)向汽車的前、后輪偏轉(zhuǎn)規(guī)律 (b) . 同相位轉(zhuǎn)向 如圖 1(b) 所示,在中、高速行駛或方向盤(pán)轉(zhuǎn)角較小時(shí),前、后輪實(shí)現(xiàn)同相位轉(zhuǎn)向,即后輪的偏轉(zhuǎn)方向與前輪的偏轉(zhuǎn)方向相同(后輪最大轉(zhuǎn)角一般為1°左右) 。使汽車車身的橫擺角速度大大減小,可減小汽車車身發(fā)生動(dòng)態(tài)側(cè)偏的傾向, 保證汽車在高速超車、進(jìn)出高速公路、高架引橋及立交橋時(shí),處于不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 現(xiàn)在,有許多4WS 汽車把改善汽車操縱性能的重點(diǎn)放在提高汽車高速行駛的操縱穩(wěn)定性上,而不過(guò)分要求汽車在低速行駛的轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)靈活性。其工作特點(diǎn)是低速時(shí)汽車只采用前輪轉(zhuǎn)向, 只在汽車行駛速度達(dá)到一定數(shù)值后( 如50km/ h) ,后輪才參與轉(zhuǎn)向,進(jìn)行同相位四輪轉(zhuǎn)向。 3．4WS 汽車的轉(zhuǎn)向特點(diǎn) 與普通的2WS 汽車相比,4WS 汽車具有如下特點(diǎn): 優(yōu)越性: （1）轉(zhuǎn)向操作的響應(yīng)加快,準(zhǔn)確性提高。 （2）轉(zhuǎn)向操作的輕便性和行駛穩(wěn)定性提高。 （3）低速時(shí),轉(zhuǎn)彎半徑小,轉(zhuǎn)向操作的機(jī)動(dòng)靈活性提高(如圖 2所示) 。 （4）超車時(shí),變換車道更容易,減小了汽車產(chǎn)生擺尾和側(cè)滑的可能性。 （5）抗側(cè)向干擾的穩(wěn)定性效果好。 不足性: （1）低速轉(zhuǎn)向時(shí),汽車尾部容易碰到障礙物。 （2）實(shí)現(xiàn)理想控制的技術(shù)難度大。 （3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 （4）轉(zhuǎn)向過(guò)程中,阿克曼定理難保證。 圖 2.低速轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向性能比較 2.2.2 四輪轉(zhuǎn)向汽車的組成及工作特性 1．現(xiàn)代4WS 汽車的基本組成及工作原理 4WS 汽車是在前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在汽車的后懸架上安裝一套后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng),兩者之間通過(guò)一定的方式聯(lián)系,使得汽車在前輪轉(zhuǎn)向的同時(shí),后輪也參與轉(zhuǎn)向。經(jīng)過(guò)幾十年的研究與開(kāi)發(fā),已經(jīng)成型的4WS 汽車類型有多種,組成、結(jié)構(gòu)不同,控制方式及工作原理也各異。典型的電控4WS 系統(tǒng)主要由前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳感器(如轉(zhuǎn)向角度傳感器、車速傳感器、橫擺角速度傳感器等) 、ECU、后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。 如圖3 所示,轉(zhuǎn)向時(shí),傳感器將前輪轉(zhuǎn)向的信號(hào)和汽車運(yùn)動(dòng)的信號(hào)送入ECU，ECU進(jìn)行分析計(jì)算,將處理后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳給后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu),后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,通過(guò)后輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)后輪偏轉(zhuǎn)。同時(shí),ECU 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車運(yùn)行狀況,計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)向角與后輪實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向角之間的差值,來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整后輪的轉(zhuǎn)角。這樣,可以根據(jù)汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)汽車的四輪轉(zhuǎn)向。 一般的4WS 汽車設(shè)有兩種轉(zhuǎn)向模式,既可進(jìn)入4WS 狀態(tài),也可保持傳統(tǒng)的2WS 狀態(tài),駕駛員可通過(guò)駕駛室內(nèi)的轉(zhuǎn)向模式開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇。當(dāng)4WS 汽車在行駛過(guò)程中電子控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),后輪自動(dòng)回到中間位置,汽車自動(dòng)進(jìn)入前輪轉(zhuǎn)向狀態(tài),保證汽車像普通前輪轉(zhuǎn)向汽車一樣安全地行駛。同時(shí),儀表板上的“4WS”指示燈亮,警告駕駛員,故障情況被存儲(chǔ)在ECU 中,以便于維修時(shí)檢碼。 2．4WS 汽車后輪轉(zhuǎn)向裝置的類型 隨著對(duì)4WS 這一領(lǐng)域研究的不斷進(jìn)展,出現(xiàn)了多種不同轉(zhuǎn)向要求、不同結(jié)構(gòu) 型式和不同控制策略的實(shí)用4WS 系統(tǒng)。按控制后輪轉(zhuǎn)向的方法,后輪轉(zhuǎn)向裝置主要可分為轉(zhuǎn)角隨動(dòng)型和車速感應(yīng)型兩種。 （1）轉(zhuǎn)角隨動(dòng)型 轉(zhuǎn)角隨動(dòng)型四輪轉(zhuǎn)向裝置的工作特點(diǎn)是后輪偏轉(zhuǎn)受前輪偏轉(zhuǎn)控制,作被動(dòng)車速之間的關(guān)系轉(zhuǎn)向,即后輪偏轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)角大小受方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和轉(zhuǎn)角大小的控制(如圖4 所示) 。結(jié)構(gòu)上通過(guò)一根后輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸將前、后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相連,一般都采用機(jī)械式傳動(dòng)和人力直接控制。早期應(yīng)用在軍用車輛、工程車輛上的4WS 系統(tǒng)、裝于本田Prelude 轎車上的4WS系統(tǒng)就是采用全機(jī)械式的轉(zhuǎn)角隨動(dòng)型四輪轉(zhuǎn)向裝置。這種4WS 系統(tǒng)存在一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)控制的局限性,尤其在高速急轉(zhuǎn)彎時(shí),使汽車的操縱穩(wěn)定性惡化,在現(xiàn)代的4WS 系統(tǒng)中已很少采用。 圖 4.一種4WS汽車前、后輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 圖 5.一種4WS汽車后輪轉(zhuǎn)角與車速之間的關(guān)系 （2）車速感應(yīng)型 車速感應(yīng)型四輪轉(zhuǎn)向裝置的工作特點(diǎn)是后輪偏轉(zhuǎn)的方向和轉(zhuǎn)角大小主要受車速高低的控制(如圖5 所示) ,在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,同時(shí)還受前輪轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度、橫擺角速度等動(dòng)態(tài)參數(shù)的綜合控制作用。結(jié)構(gòu)上有全液壓式、電控液壓式、電 控機(jī)械液壓式和電控電動(dòng)式等幾種類型。這種4WS 系統(tǒng)綜合考慮了汽車的各種動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中的操縱穩(wěn)定性的影響,動(dòng)態(tài)模擬控制效果好,是目前4WS 汽車上主要采用的四輪轉(zhuǎn)向裝置。 2.2.3 四輪轉(zhuǎn)向汽車的控制 4WS 系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)所需的運(yùn)動(dòng),又要保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的行駛穩(wěn)定性。目前,在4WS 汽車的研究和開(kāi)發(fā)方面,主要是以改善汽車的瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性為出發(fā)點(diǎn),探索由于后輪參與轉(zhuǎn)向而帶來(lái)的汽車響應(yīng)變化,以及采用各種后輪控制策略而產(chǎn)生的不同效果。汽車四輪轉(zhuǎn)向的控制依賴于輪胎所受的側(cè)向力,四輪轉(zhuǎn)向能使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí),后輪直接參與對(duì)汽車橫擺運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)的控制。通過(guò)適時(shí)、精確地控制后輪的轉(zhuǎn)向角度,不僅可縮短轉(zhuǎn)向過(guò)程的瞬態(tài)響應(yīng),而且能主動(dòng)地控制汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡和姿態(tài)。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中,使汽車的前進(jìn)方向與其縱向中心線的方向一致,即使得汽車的方向角與姿態(tài)角重合,減小轉(zhuǎn)向時(shí)車體的側(cè)偏,提高了汽車的側(cè)向穩(wěn)定性。 1．控制目標(biāo) 使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)能夠基本保持汽車重心側(cè)偏角為零。這樣能夠大幅度提高汽車對(duì)方向盤(pán)輸入的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,很大程度上改善了橫擺角速度和側(cè)向加速度的瞬態(tài)性能指標(biāo),降低車身姿態(tài)的變化。從側(cè)偏角為零的目標(biāo)出發(fā),按照一定的控制程序?qū)С龊筝嗈D(zhuǎn)向函數(shù)是實(shí)現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)。當(dāng)然,現(xiàn)代的4WS 汽車也有一些其它控制目標(biāo)的要求。 2．控制策略的模型基礎(chǔ) 一般情況下進(jìn)行的4WS 系統(tǒng)的研究都是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的二自由度線性車輛模型。這只是一種理想化的數(shù)學(xué)模型,在建模時(shí)忽略了汽車的一些動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化,沒(méi)有考慮汽車行駛過(guò)程中產(chǎn)生的許多隨機(jī)的、不確定因素,因而不是非常精確的。早期的4WS 控制器設(shè)計(jì)都是基于跟隨線性動(dòng)力學(xué)方程的假設(shè),但由于上述原因,使得所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)不一定滿足實(shí)際的需要,無(wú)法保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性。 3．控制方法 不同的汽車對(duì)轉(zhuǎn)向行駛性能的要求不同,不同車型的4WS 汽車的車輪偏轉(zhuǎn)規(guī)律也不一樣。因此,不同的4WS 汽車所采用的控制方法不盡相同,各種控制方法分別有其側(cè)重點(diǎn)。目前,用在一些成型的4WS 汽車上的控制方法主要有: (a) . 定前、后輪轉(zhuǎn)向比的4WS 系統(tǒng)。 (b) . 前、后輪轉(zhuǎn)向比是前輪轉(zhuǎn)角函數(shù)的4WS 系統(tǒng)。 (c) . 前、后輪轉(zhuǎn)向比是車速函數(shù)的4WS 系統(tǒng)。 (d) . 具有一階滯后的4WS 系統(tǒng)。 (e) . 具有反相特性的4WS 系統(tǒng)。 (f) . 具有最優(yōu)控制特性的4WS 系統(tǒng)。 (g) . 具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的4WS 系統(tǒng)。 前五種控制系統(tǒng)屬于古典控制理論范疇,只能滿足汽車在某些特定條件下的需要,還不能適應(yīng)汽車運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)變化,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和一些先進(jìn)控制理論的發(fā)展,4WS 系統(tǒng)將朝著自適應(yīng)、智能化的方向發(fā)展。 4．4WS 系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展 目前,對(duì)于4WS 汽車的研究和開(kāi)發(fā)仍處于不斷發(fā)展和完善階段。盡管科研人員從結(jié)構(gòu)到控制原理上對(duì)四輪轉(zhuǎn)向進(jìn)行了大量的研究,4WS 技術(shù)已取得不少進(jìn)展。但是,在運(yùn)用現(xiàn)代控制理論進(jìn)行汽車轉(zhuǎn)向控制策略的確定和控制方法的選擇時(shí),主要是依靠經(jīng)驗(yàn),相應(yīng)的理論依據(jù)還很缺乏,4WS技術(shù)沒(méi)有真正步入普及應(yīng)用階段,在商用汽車上沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。 在技術(shù)相對(duì)成熟的4WS 汽車中,大多數(shù)采用電控液壓動(dòng)力4WS 系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車中的廣泛應(yīng)用,電控電動(dòng)4WS 系統(tǒng)將是4WS 汽車的發(fā)展趨勢(shì)。雖然在4WS 系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)方面已經(jīng)取得了很大的發(fā)展,但是,作為4WS 系統(tǒng)的核心技術(shù)問(wèn)題——4WS 系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì),究竟以什么作為最佳的控制目標(biāo)? 采用什么樣的控制方法? 在該研究領(lǐng)域仍然沒(méi)有較為一致的看法。前已述及,早期進(jìn)行的4WS 系統(tǒng)的研究都是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的二自由度線性車輛模型,4WS 控制器設(shè)計(jì)都是基于跟隨線性動(dòng)力學(xué)方程的假設(shè),采用PID 控制策略。我們知道,4WS系統(tǒng)的控制主要依賴于輪胎所受的橫向力。早期的研究是將汽車輪胎看成線性進(jìn)行建模的,一般的4WS 控制也就基于輪胎所受的橫向力比例于車輪側(cè)偏角的假設(shè),這種假設(shè)只是在橫向加速度較小的范圍內(nèi)有效。當(dāng)在橫向加速度較大的范圍內(nèi)時(shí),輪胎的側(cè)偏特性將進(jìn)入非線性區(qū)域,輪胎側(cè)偏角對(duì)輪胎所受橫向力的響應(yīng)不再呈比例關(guān)系,與輪胎所受的縱向力、垂直載荷等都有關(guān)系。實(shí)際上,汽車在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),輪胎基本上都工作在非線性區(qū)域。此時(shí),再用線性控制理論來(lái)進(jìn)行研究,就顯得勉為其難。4WS 汽車操縱動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是非常復(fù)雜的非線性多體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,對(duì)于4WS 控制系統(tǒng)的研究應(yīng)綜合考慮汽車的運(yùn)動(dòng)情況,深入研究影響其狀態(tài)響應(yīng)的各種動(dòng)力學(xué)參數(shù),建立模擬汽車實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況的數(shù)學(xué)模型,采取更有效的控制策略。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展,一些先進(jìn)的現(xiàn)代控制方法已經(jīng)被應(yīng)用于4WS 系統(tǒng)的控制研究中,如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑?？刂啤Ⅳ敯艨刂频?近年來(lái),又出現(xiàn)了模糊控制、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制方法等。對(duì)4WS 控制系統(tǒng)的研究逐漸從線性領(lǐng)域向非線性領(lǐng)域過(guò)渡,一些多自由度的4WS 汽車動(dòng)力學(xué)模型已有提出,但大多處于研究的初級(jí)階段,尚不成熟。未來(lái)對(duì)4WS 系統(tǒng)的研究的發(fā)展趨勢(shì)主要集中為: (a) . 進(jìn)一步研究、開(kāi)發(fā)新型的后輪轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和后輪轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu),提高轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱輕便性、靈活性和轉(zhuǎn)向角度的準(zhǔn)確性。 (b) . 針對(duì)4WS 系統(tǒng),進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)高性能、高精度、高靈敏度的傳感器,以便于正確地檢測(cè)汽車的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。 (c) . 深入研究轉(zhuǎn)向過(guò)程中輪胎的瞬態(tài)特性,將其作為主要因素加入到4WS 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中。 (d) . 將先進(jìn)的控制理論與控制方法應(yīng)用于4WS 控制器的研究中。 (e) . 從主觀評(píng)價(jià)出發(fā),考慮閉環(huán)綜合性能指標(biāo),將“人—車—路”看成一個(gè)系統(tǒng)。 (f) . 基于新控制理論的全主動(dòng)4WS 系統(tǒng)。 (g) . 把4WS 技術(shù)與其它主動(dòng)安全技術(shù)(如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC 等) 相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)汽車主動(dòng)底盤(pán)技術(shù)的綜合控制,這是主動(dòng)控制4WS 系統(tǒng)研究的長(zhǎng)期目標(biāo)。 第三章、微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成 轉(zhuǎn)向系是通過(guò)對(duì)左右轉(zhuǎn)向輪不同轉(zhuǎn)角之間的合理匹配來(lái)保證汽車能沿著設(shè)想的軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。它由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。 3.1 轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 微型轎車轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤(pán)、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱。為了布置方便，減小由于裝置位置誤差及部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的附加載荷，提高汽車正面碰撞的安全性以及便于拆裝，在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向器的輸入端之間安裝轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)。采用柔性萬(wàn)向節(jié)可以減少傳至轉(zhuǎn)向軸上的振動(dòng)，但柔性萬(wàn)向節(jié)不宜過(guò)軟，否則影響轉(zhuǎn)向系的剛度。有些汽車為操縱輕便，安裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，但微型轎車軸荷小，成本低，宜采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 3.2 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 微型轎車采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器時(shí)，其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。主要是橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂省去了轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向縱拉桿、轉(zhuǎn)向梯形臂。其中橫拉桿做成分段式，長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，以方便安裝。轉(zhuǎn)向節(jié)臂與汽車轉(zhuǎn)向橋鑄成一體，也屬于轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的以部分。轉(zhuǎn)向橫拉桿通過(guò)球頭銷與轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連，以達(dá)到工作安全可靠的性能要求。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于把轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳給左、右轉(zhuǎn)向節(jié)臂并使左、右轉(zhuǎn)向輪按一定關(guān)系進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。 3.3 轉(zhuǎn)向器 機(jī)械轉(zhuǎn)向器是司機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條沿車軸軸向的移動(dòng)，再變?yōu)檗D(zhuǎn)向節(jié)臂的擺動(dòng)，并按一定的角傳動(dòng)比和力傳動(dòng)比進(jìn)行傳遞的機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器是轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部分，轉(zhuǎn)向器的效率高低，直接影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的效率，從而影響轎車的使用性能。 第四章、 微型轎車轉(zhuǎn)向系的特點(diǎn)及要求 微型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，直接影響轎車的使用性能。要使轎車設(shè)計(jì)滿足一定的使用性能要求，那么就要對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定要求。 4.1 微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）不必加裝動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； （2）制造容易，成本低； （3）體積小，布置容易； 4.2 微型汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求 （1）保證汽車具有高的機(jī)動(dòng)性 （2）內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的匹配應(yīng)保證汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，全部車輪繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，各車輪只有滾動(dòng)而無(wú)側(cè)滑。 （3）轉(zhuǎn)向盤(pán)和各轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角之間應(yīng)保證在運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系和力學(xué)關(guān)系方面的協(xié)調(diào)。 （4）操縱輕便。轉(zhuǎn)向時(shí)加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的切向力，應(yīng)不大于150～200N。 （5）轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤(pán)應(yīng)能自動(dòng)回正，并能使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛工況。 （6）當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受沖擊時(shí)，轉(zhuǎn)向系傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反沖擊要小。 （7）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸架導(dǎo)向裝置的運(yùn)動(dòng)干涉應(yīng)盡可能小。 （8）轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因磨損產(chǎn)生的間隙，應(yīng)能自動(dòng)調(diào)整而消除之。 （9）工作穩(wěn)定，安全可靠。 （10）有足夠的強(qiáng)度和壽命。 汽車的機(jī)動(dòng)性，通常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量，但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件來(lái)保證。即首先應(yīng)使左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí)外輪的轉(zhuǎn)彎半徑在汽車軸距的2～2.5倍范圍內(nèi)（小值適于大軸距汽車，大值適于小軸距汽車）。其次，應(yīng)該這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比，即轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間位置向左或者向右轉(zhuǎn)至極限位置的總?cè)?shù)，對(duì)轎車不應(yīng)超過(guò)1.8圈。 操縱輕便性的要求是通過(guò)合理地選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率來(lái)達(dá)到。 對(duì)轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)回正的要求和對(duì)汽車直線行駛穩(wěn)定性的要求則主要是通過(guò)合理地選擇主銷后傾角和內(nèi)傾角。 消除轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)間隙以及選用可逆式轉(zhuǎn)向器來(lái)達(dá)到 要使傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)上的反沖擊小，則轉(zhuǎn)向器的逆效率又不宜太高，至于對(duì)轉(zhuǎn)向系的最后兩條要求則主要通過(guò)合理地選擇機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)布置來(lái)解決。 第五章、轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 汽車轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)向系的效率、轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比、力傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性、轉(zhuǎn)向系的剛度以及轉(zhuǎn)向盤(pán)的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。 5.1 轉(zhuǎn)角及最小轉(zhuǎn)彎半徑 汽車的機(jī)動(dòng)性，常用最小轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)衡量，但汽車的高機(jī)動(dòng)性則應(yīng)由兩個(gè)條件來(lái)保證。首先，應(yīng)使左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角使前外輪的轉(zhuǎn)彎半徑值在汽車軸距的2～2，5倍范圍內(nèi)，其中小值適于大軸距汽車，大值適于小軸距汽車。其次，應(yīng)該這樣選擇轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比，即由轉(zhuǎn)向盤(pán)處于中間位置向左或向右旋轉(zhuǎn)到極限位置的總?cè)?shù)，對(duì)轎車不超過(guò)1.8圈，對(duì)貨車不超過(guò)3.0圈。 兩軸汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，如不考慮輪胎的側(cè)向偏離，則為了滿足上述對(duì)轉(zhuǎn)向系的第（2）條要求，其內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖5－1所示，由下式?jīng)Q定： 圖5－1、理想的內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 cotθ－cotθ＝＝ 5－1 式中：θ——外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； θ——內(nèi)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角； K——兩轉(zhuǎn)向主銷中心線與地面交點(diǎn)間的距離； L——軸距； 內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的合理匹配是由轉(zhuǎn)向梯形來(lái)保證。 汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑R與其內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪在最大轉(zhuǎn)角θ與、軸距L，主銷距K及轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)臂a等尺寸有關(guān)，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中除內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角外，其他參數(shù)是不變的。最小轉(zhuǎn)彎半徑是指汽車在轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角的條件下以低速轉(zhuǎn)彎時(shí)前外輪與地面接觸點(diǎn)的軌跡構(gòu)成圓周的半徑，可按下式計(jì)算： R＝＋a＝ 5－2 根據(jù)本設(shè)計(jì)的微型轎車的總載荷為800×9.8＝7840N，取7.00－16型號(hào)的輪胎，其斷面寬度為200mm，輪胎直徑d是790mm，最大負(fù)荷是8500N。對(duì)轎車而言，a值一般取0.4～0.6倍的臺(tái)面寬度。所以： 取a＝0.6×200＝120mm； 已知： 軸距L＝2000mm； 最小轉(zhuǎn)彎半徑R=4500mm； 前輪距B為1240mm； 所以可求得： K＝B－2a＝1240－2×120＝1000mm 由式5－2得： R＝＋a=+120=4500 ==0.4566 =arcsin0.4566=27.2 又由式5－1得，cotθ－cotθ＝＝ cotθ－＝cot27.2－1000/2000＝1.95－0.5＝1.45 ＝arccot1.45＝34.6 5.2 轉(zhuǎn)向系的效率 轉(zhuǎn)向系的效率?由轉(zhuǎn)向器的效率?和轉(zhuǎn)向操縱及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率?'決定，即 ?＝?×?' 5－3 轉(zhuǎn)向器的效率?又有正效率?與逆效率?之分。轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出的功率（P－P）與轉(zhuǎn)向軸輸入的功率P1之比，稱為轉(zhuǎn)向器的正效率： ?＝（P－P）/ P 5－4 式中，P——轉(zhuǎn)向器的摩擦功率。 反之，即轉(zhuǎn)向軸輸出的功率（P－P）與轉(zhuǎn)向搖臂軸輸入的功率P之比，稱為轉(zhuǎn)向器的逆效率： ?＝（P－P）/ P 5－5 正效率越大，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪時(shí)轉(zhuǎn)向器的摩擦損失就越小，轉(zhuǎn)向操縱就越容易。轉(zhuǎn)向器的類型，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等是影響轉(zhuǎn)向器正效率的主要因數(shù)。逆效率表示轉(zhuǎn)向器的可逆性。根據(jù)逆效率的大小，轉(zhuǎn)向器可又可分為可逆式。極限可逆式與不可逆式三種。 可逆式轉(zhuǎn)向器的逆效率較高，這種轉(zhuǎn)向器可將路面作用在車輪上的大部分力傳遞到轉(zhuǎn)向盤(pán)上，使司機(jī)的路感好。在汽車轉(zhuǎn)向后也能保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤(pán)的自動(dòng)回正，使轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)定。但在壞路面上，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪上作用有側(cè)向力時(shí)，轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊大部分會(huì)傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)，容易產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象，同時(shí)轉(zhuǎn)向輪容易產(chǎn)生擺振。因此，可逆式轉(zhuǎn)向器宜用于在良好路面上行駛的車輛。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器均屬于這一類。 不可逆式轉(zhuǎn)向器不會(huì)將轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤(pán)上。由于它即使司機(jī)沒(méi)有路感，又不能保證轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正，現(xiàn)代汽車已經(jīng)不采用。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于兩者之間。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到?jīng)_擊力時(shí)，其中只有較小的一部分傳給轉(zhuǎn)向盤(pán)。 通常，由轉(zhuǎn)向盤(pán)至轉(zhuǎn)向輪的效率即轉(zhuǎn)向系正效率?的平均值為0.67～0.82：當(dāng)向上述相反方向傳遞力時(shí)逆效率?的平均值為0.58～0.63。轉(zhuǎn)向操縱及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率?'用于評(píng)價(jià)在這些機(jī)構(gòu)中的摩擦損失，其中轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向主銷等的摩擦損失約為轉(zhuǎn)向系總損失的40％～50％，而拉桿球銷的摩擦損失約為轉(zhuǎn)向系總損失的10％～15％。 5.3 轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增量?φ與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量?θ之比，稱為轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比iow。轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增量?φ與轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量?β之比，稱為轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比i。轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量?β與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量?θ之比，稱為轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比i'。他們之間的關(guān)系為： i＝i×i'＝?φ/?β×?β/?θ＝?φ/?θ 5－6 i＝?φ/?β 5－7 i'＝?β/?θ 5－8 式中 i——轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比； i——轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比； i'——轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比； ?φ——轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的增量； ?β——轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量； ?θ——同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量。 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置，通常取其在中間位置時(shí)使轉(zhuǎn)向搖臂及轉(zhuǎn)向節(jié)臂均垂直于其轉(zhuǎn)向縱拉桿，圖5－2。而在向左和向右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到底底位置時(shí)，應(yīng)使轉(zhuǎn)向搖臂于轉(zhuǎn)向節(jié)臂分別與轉(zhuǎn)向縱拉桿的交角相等。這時(shí)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比亦可取為： 圖5－2、轉(zhuǎn)向系簡(jiǎn)圖 i'=L/L 5－9 式中 L——轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng) L——轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)。 本設(shè)計(jì)采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其橫向布置于轎車轉(zhuǎn)向節(jié)總成的前面。取轉(zhuǎn)向節(jié)臂L＝200mm，并使其平行于汽車前進(jìn)方向，且設(shè)其被轉(zhuǎn)向器軸線分為前后長(zhǎng)度為120mm和80mm，以方便計(jì)算橫拉桿長(zhǎng)度尺寸。此布置方案省略了轉(zhuǎn)向搖臂，使結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單緊湊。轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入的轉(zhuǎn)角變化量直接轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)向節(jié)臂的轉(zhuǎn)角增量，兩者的比為轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比。 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比多在0.85～1.1之間，即近似為1。故研究轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比時(shí)，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)往往只研究轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比及其變化規(guī)律即可。 5.4 轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器如圖5－2所示布置時(shí)，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的力傳動(dòng)比等于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向力矩之比。例如在干而粗糙的轉(zhuǎn)向輪支撐面上做原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向力矩Tr由轉(zhuǎn)向車輪相對(duì)于主銷軸線的滾動(dòng)阻力矩T、輪胎與地面接觸部分的滑動(dòng)摩擦力矩T以及轉(zhuǎn)向車輪的穩(wěn)定力矩或者自動(dòng)回正力矩所形成的阻力矩T組成，即： Tr＝T＋T＋T 5－10 且 T