四轮转向系Word格式.docx

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二．后轮转向取力齿轮箱的结构及工作原理

1．后轮转向取力齿轮箱的结构如图13-2所示。

后轮转向取力齿轮箱中只有一对齿轮—齿条传动机构，其齿条与前轮转向器中的齿条共用，取力齿轮固定在与后轮转向传动轴相连的齿轮轴上，齿轮轴通过衬套支撑在齿轮箱壳的轴承孔中，后轮转向取力齿轮箱固定在车架上。

图13-2后轮转向取力齿轮箱

1-小齿轮输出轴；

2-齿条

2．工作原理：

当转动转向盘使前轮转向时，后轮转向取力齿轮箱中的齿条在前轮转向器中转向齿条的带动下左、右移动，驱动与其啮合的取力齿轮旋转，并带动后轮转向传动轴旋转，转向盘的转向操纵力的方向、大小、快慢就由后轮转向传动轴传给后轮转向器。

三．后轮转向器结构及工作原理

1．后轮转向器的结构如图13-3所示。

主要由偏心轴、内齿环、行星齿轮、滑块、导向块、横拉杆和后轮转向器壳等组成。

图13-3后轮转向器结构

1-后轮转向器壳；

2-行星齿轮；

3-偏心轴；

4-内齿环；

5-滑块；

6-齿轮箱盖；

7-导向快；

8-横拉杆

2．后轮转向器的作用是利用后轮转向传动轴传来的转向操纵力，驱动后轮偏转并实现后轮转向。

另外，还要控制后轮在转向盘的不同转角下，相对于前轮作同向或异向偏转。

3．后轮转向器的工作原理如图13-4所示。

图13-4后轮转向器的工作原理

1-偏心轴；

2-内齿环（固定）；

3-行星齿轮；

4-滑块；

5-横拉杆；

6-导向快；

7、8-偏心轴

后轮转向传动轴输入的转向操纵力首先驱动偏心轴使其绕轴线O转动，这时行星齿轮在偏心销的带动下绕轴线O公转，同时还与内齿环啮合绕轴线P自转，偏置在行星齿轮上的偏心销穿过滑块的中心孔并带动滑块运动，滑块的水平运动通过导向块传给横拉杆，驱动后轮作转向运动。

结论：

从图13-4显而易见，当转向盘转角很大时（行驶速度很低，处于急转弯状态），后轮相对于前轮反向偏转，汽车转向半径减小，转向机动性能提高。

当转向盘转角很小时（高速调整行车方向或移线行驶），后轮与前轮同向偏转，使汽车高速行驶的操纵稳定性显著提高。

实训：

观察机械式四轮转向系统的组成、拆装机械式四轮转向系统以了解其结构。

小结：

机械式四轮转向系统主要由转向盘、前轮转向器、后轮取力齿轮箱、后轮转向传动轴、后轮转向器等组成。

后轮转向器的作用是利用后轮转向传动轴传来的转向操纵力，驱动后轮偏转并实现后轮转向。

并且控制后轮在转向盘的不同转角下，相对于前轮作同向或异向偏转。

测试题：

1．机械式四轮转向系由哪几部分组成？

借助图或实物说出其各机件的名称。

2．叙述后轮转向器的工作原理。

3．现场测试机械式四轮转向系各机件从车上的拆装方法。

课题13.2液压式四轮转向系

掌握液压式四轮转向系统的组

液压式四轮转向系统的

掌握液压式四轮转向系各总成及部件从车上的拆下及分解。

机械式四轮转向系统，其后轮的偏转是依靠机械传动将前轮偏转运动传到后轮上。

由于机械部分不可避免地存在磨损，传动间隙增大，而使后轮实际偏转角不准确，性能下降。

因此将被车速感应型四轮转向装置所取代。

一．液压式车速感应型四轮转向系统的结构

1．液压式车速感应型四轮转向系统的结构如图13-5所示。

主要由前轮动力转向器、前轮转向油泵、控制阀及后轮转向动力缸、后轮转向油泵等组成。

后轮转向系统由控制阀、后轮转向油泵和后轮转向动力缸组成。

控制阀的内腔被柱塞分割成几个工作油腔，左、右油腔分别与前轮转向动力缸的左、右油腔相通，柱塞的位置由前轮动力缸内的油压进行控制。

后轮转向油泵由后轴差速器驱动，其输出油量只受车速影响。

图13-5液压式四轮转向系统示意图

1-储油罐；

2-转向油泵；

3-前轮动力转向器；

4-转向盘；

5-后轮转向控制阀；

6-后轮转向动力缸；

7-铰接头；

8-从动臂；

9-后轮转向专用油泵

1．前轮为齿轮齿条式动力转向器，其转向油泵由发动机驱动，其结构与普通液压动力转向系统相同。

2．整个系统特点是：

低速时汽车只采用两轮转向，只在汽车行驶达到一定车速（50km/h）后才进行四轮转向。

二．液压式车速感应型四轮转向系统的工作原理

当向左转动转向盘时，如图13-6所示，前轮动力缸及控制阀侧压力腔压力升高。

控制柱塞向右移动，柱塞的移动量受前轮动力缸左右腔压力差控制，以及受转向盘操纵力大小的控制，转向盘操纵力越大，同时后轮转向动力缸输出的油液经过控制阀的相应通道进入后轮转向动力缸的右腔，使动力缸活塞向左移动，通过活塞杆将作用力作用于后轮悬架的中间球铰接头，使后轮与前轮同向偏转。

当向右转动转向盘时，情况则与上述相反，后轮与前轮仍同向偏转。

因后油泵送油量与车速成正比，高速时送油量大，反应快，后轮转角也大。

在低速或倒车时，则不产生作用。

图13-6液压式车速感应型四轮转向系统工作原理

当油压系统发生故障时，控制阀柱塞会保持在中间位置，保持两轮转向。

讨论：

后轮转向动力缸的工作与前轮动力转向器有何不同？

1．液压式车速感应型四轮转向系统由哪几部分组成？

2．叙述液压式车速感应型四轮转向系统的工作原理。

课题13.3电子控制液压式四轮转向系

掌握电子控制液压式四轮转向

系统的组成、基本结构和工作原理。

电子控制液压式四轮转

向系统的组成、基本结构和工作原理

掌握电子控制液压式四轮转向系各总成及部件从车上的拆卸及安装。

随着电子技术的发展，电子控制技术也会应用于四轮转向系统。

在前两种四轮转向系统中，由于

采用机械和随车速变化的油压控制，使后轮偏转角的控制不够精确。

在电子控制液压式四轮转向系统中，由于采用了电子相位控制系统，使后轮偏转角度控制更精确。

一、电子控制液压式四轮转向系的组成及结构

如图13-7所示，该系统主要由转向盘、转向油泵、前动力转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、电子控制单元、后轮转向系统组成。

图13-7电子控制液压式四轮转向系统

1-转向盘；

2-后轮转向系统；

4-电子控制单元；

5-车速传感器；

6-前动力转向器；

7-转向油泵

该系统的特点：

使用前后两套动力转向系统，后轮相位的控制采用车速感应的方法。

后轮偏转的角度取决于车速及转向盘的转角，并根据事先设定的程序用电脑进行控制；

也就是后轮的转角以车速及前轮的转角而动作，与转向盘操作力的大小无关（与前两种不同）。

1．转向油泵

转向油泵为一皮带驱动的串列式同轴叶片泵，它由前后两个油泵组合而成，分别向前、后轮转向系统供油，并且含有两套流量控制阀，如图13-8所示。

图13-8转向油泵结构图

1-吸油腔；

2-第二出油口；

3-第一出油口

叶片泵的结构和工作原理参考第十二单元。

2．前轮转向器和后轮转向传动轴

前轮转向器为齿轮齿条式，但将齿条加长，与固定在后轮转向传动轴上的小齿轮啮合。

当转动转向盘使齿条水平移动时，齿条一方面控制前轮转向动力缸的工作，推动前轮转向，同时将转向盘转动的方向、快慢和转动的角度传给后轮转向传动轴，驱动该轴转动，以控制后轮转向。

如图13-9所示。

图13-9前轮转向器

1-转向动力缸活塞杆；

2-转向动力缸；

3-转向控制阀；

4-转向油泵；

5-储油罐；

6-齿条；

7-后轮转向传动轴；

8-小齿轮；

9-连接板

后轮转向传动轴的结构如图13-10所示。

图13-10后轮转向传动轴

A-接前轮转向系统；

B-接后轮转向系统

提问：

前轮转向器的工作情况与机械式四轮转向前轮转向器是否相同？

3．车速传感器

电子控制液压式四轮转向系装有两个车速传感器，分别设置在汽车的车速表内和变速器的输出轴端，如图13-11所示。

其结构为舍簧触点开关式，两个传感器同时测量车速表传动软轴的转速，并向四轮转向控制系统输送车速脉冲信号。

图13-11车速传感器位置

1-车速传感器；

2-仪表组件；

3-车速表传动软轴；

4-车速传感器；

5-变速器

舍簧开关式车速传感器的工作原理可参考电喷发动机传感器。

4．后轮转向系统

后轮转向系统如图13-12所示。

它主要包括相位控制系统、液压控制阀、后轮转向动力缸等组成.

图13-12后轮转向系统

1-转向角比传感器；

2-后轮转向动力缸；

4-电控制阀；

5-液压控制阀；

6-动力输出杆；

7-步进电机；

8-回位弹簧

1）相位控制系统

相位控制系统包括步进电机、扇形控制齿板、摆臂、大锥齿轮、小锥齿轮、液压控制阀联杆等组成，如图13-13示。

后轮转向传动轴与小齿轮连接并输入前转向齿条的运动状态。

一个前、后车轮转向角比传感器安装在扇形控制齿板旋转轴上。

图13-13相位控制系统

1-扇形控制齿板；

2-转向角比传感器；

3-大锥齿轮；

4-液压控制阀联杆；

5-液压控制阀主动杆；

6-液压控制阀；

8-摆臂；

9-步进电机

（1）步进电机：

用螺栓固定在壳体一端，电机输出轴装一锥齿轮，与固定在蜗杆轴上的另一锥齿轮啮合，蜗杆轴的转动将使扇形控制齿板摆动。

步进电机接受车速传感器的电信号而转动，转动结果使扇形控制齿板正向摆动或逆向摆动一定角度，从而将摆臂拉向或推离步进电机。

步进电机的基本工作原理可参考电喷发动机怠速控制部分。

（2）液压控制阀联杆：

其一端连接摆臂，中间穿过大锥齿轮上的孔，另一端与液压控制阀主动杆连接。

大锥齿轮的旋转运动是由小锥齿轮驱动的，而小锥齿轮的转动是由后轮转向传动轴驱动的。

由此可见，液压控制阀联杆的运动是摆臂运动和大锥齿轮运动的合成，即液压控制阀联杆的运动受车速和前轮转向运动的综合影响。

2）液压控制阀

如图13-14所示，液压控制阀是一滑阀结构，其滑阀的位置取决于车速和前轮转向系统转角。

图中表示滑阀向左移动的过程，此时油泵送来的油液通过液压控制阀进入动力缸右腔，同时动力缸左腔通过液压控制阀与储油罐相通。

在动力缸左右腔压力的作用下，动力输出杆左移，使后轮向右偏转。

因为阀套与动力输出杆固定在一起，所以当动力输出杆左移时将带动阀套左移，从而改变油路通道大小，当油压与回位弹簧及转向阻力的合力达到平衡时动力输出杆（连同阀套）停止移动。

图13-14液压控制阀结构示意图

1-动力缸活塞；

2-阀套；

3-动力输出杆；

4-滑阀；

5-回油道；

6-液压控制阀主动杆；

A-进油口；

B-回油口

上述作用原理与液压常流滑阀式动力转向装置基本一致。

该液压控制阀是如何实现“随动”作用的？

3）后轮转向动力缸

阀套将滑阀密封，阀套内含有连接相位控制系统和动力缸的油道。

如图13-14所示。

输出杆穿过动力缸活塞（输出杆与动力缸活塞固定连接），两端分别与左、右转向横拉杆连接，在动力缸两腔的压差作用下，输出杆向左或向右移动，从而使得后轮作相应偏转。

当汽车直线行驶时，在动力缸两腔的回位弹簧及油压作用下，使后轮处于直线行驶位置。

此功能也使得当电子控制线路或液压回路出现故障时，后轮回到直线行驶位置，使四轮转向变成一般的两轮转向工作状态。

5．电子控制系统

电子控制系统由四轮转向控制器、转角比传感器和电控油阀组成。

1）四轮转向控制器

四轮转向控制器的作用有：

（1）根据车速传感器送来的电脉冲信号计算汽车的车速，再根据车速的高低计算汽车转向时前后轮

的转角比。

（2）比较前后轮理论转角比与当时的前后轮实际转角比，并向步进电机发出正转或反转及转角大小

的运转指令。

另外还起监视控制四轮转向电子线路工作是否正常的作用。

（3）发现四轮转向机构工作出现异常时，起动警告信号灯，并断开电控油阀的电源，使四轮转向处

于两轮转向状态。

2）转角比传感器

其作用是检测相位控制器中的扇形控制齿板的转角位置，并将检测出的信号反馈给四轮控制器，作为监督和控制信号使用。

3）电控油阀

电控油阀的作用是控制由转向油泵输向后轮转向动力缸的油路通断。

当液压回路或电子控制线路出现故障时，电控油阀就切断由转向油泵通向液压控制阀的油液通道，使四轮转向装置处于一般两轮转向工作状态，起到失效保护的作用。

提问：

四轮转向控制器能实现哪些功能？

电控油阀的作用是什么？

二．后轮转向系统的工作原理

1．当车速低于35km/h时，如图13-15a所示。

扇形控制齿板在步进电机的控制下向负方向偏转。

假设转向盘向右转动，则小锥齿轮、大锥齿轮分别向空白箭头方向转动，摆臂在扇形齿板和大齿轮的带动下最终向右上方摆动，液压控制阀输入杆和滑阀也向右移动，由转向油泵输送的高压油液进入后轮转向动力缸的左腔，使后轮向左偏转，即后轮相对于前轮反向偏转。

使车辆转向半径减小，提高了低速时的机动性。

图13-15后轮转向系统的工作原理

（a）逆相位；

（b）同相位；

（c）中间位置；

1-大锥齿轮；

2-扇形控制齿板

提示：

液压控制阀移动的行程大小与扇形齿板的转角大小成正比。

2．当车速高于35km/h时，如图13-15b所示。

扇形控制齿板在步进电机的控制下向图中正方向移动。

假设这时转向盘仍向右转动，摆臂向左上方摆动，将液压控制阀输入杆和滑阀向左拉动，由转向油泵输送的高压油液进入后轮转向动力缸的右腔，结果使后轮向右偏转，即后轮相对于前轮同向偏转。

使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。

3．当车速等于35km/h时，如图13-15c所示。

扇形控制齿板处于中间位置，摇臂处于与大锥齿轮轴

线垂直的位置。

不管转向盘向左还是向右转动，液压控制阀输入杆均不产生轴向位移，后轮保持与汽车纵向轴线平行的直线行驶状态。

电子控制液压式四轮转向系主要由转向盘、转向油泵、前动力转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、电子控制单元、后轮转向系统组成。

该系统能实现当车速低于35km/h时，后轮相对于前轮反向偏转。

使车辆转向半径减小，提高了低速时的机动性；

当车速高于35km/h时，后轮相对于前轮同向偏转。

使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高；

当车速等于35km/h时，后轮保持与汽车纵向轴线平行的直线行驶状态。

1．借助实物或挂图说出电子控制液压式四轮转向系的组成、各主要机件的名称和工作原理。

2．叙述后轮转向系统的工作原理。

3．现场测试电子控制液压式四轮转向系统各机件从车上的拆装。

课题13.4电子控制四轮转向系

掌握电子控制四轮转向系统

的组成、基本结构和工作原理。

电子控制四轮转向系统的组成、基本结构和工作原理。

掌握电子控制四轮转向系各总成及部件从车上的拆卸及安装。

在前面介绍的三种四轮转向系统中，前轮转向器和后轮转向执行器之间必然有着机械或液压的联系，这就必然出现机械磨损或液压泄漏问题。

随着电子技术的发展，一种更先进的四轮转向系统出现了，这就是电子控制四轮转向系统。

如图13-16所示，这个后轮转向执行器是由安装在左后座椅后部的行李箱上的四轮转向控制单元控制。

四轮转向控制单元（ECU）利用转向盘转向速度、车辆行驶速度和前轮转向角的信号来计算并控制后轮转向角。

图13-16控制单元安装在行李箱的电子控制四轮转向系统

1、6-后轮转速传感器；

2-四轮转向控制单元；

3-主前轮转角传感器；

4-副前轮转角传感器；

5-车辆速度传感器（VSS）；

7-副后转角传感器；

8-后轴转向执行器；

9-主后转角传感器

一、电控四轮转向系统的组成

电控四轮转向系统主要由后轮转向执行器、输入传感器和电控单元组成。

这里主要介绍后轮转向执行

器和输入传感器。

1．后轮转向执行器

如图13-17所示，后轮转向执行器包含一个通过球螺杆驱动转向齿条的电动机。

常规的转向横拉杆从转向执行器连接到后轮转向臂和转向节处。

执行器内的复位弹簧在点火开关关闭或四轮转向系统失效时将后轮推向直线行驶位置。

一个后轮转角传感器和一个副后轮转角传感器安装在后轮转向执行器的顶端。

图13-17电控四轮转向系统的后轮转向执行器

1-转向轴螺杆；

2-主后轮转角传感器；

3-定子；

4-执行器壳体；

5-副后轮转角传感器；

6-复位弹簧；

7-换向器；

8-电刷；

9-转子；

10-循环球螺杆

2．输入传感器

1）主后轮转角传感器

主后轮转角传感器位于后轮转向执行器的左侧，如图13-18所示。

这只传感器包含一个随循环球螺杆旋转的脉冲环。

一个电子传感器直接安装在脉冲环上部。

当循环球螺杆旋转时，这个传感器向控制单元发出数字信号，指示后轮转角。

这是霍尔式传感器的一例。

图13-18主后轮转角传感器

1-电磁转子；

2-霍尔集成电路片；

3-监测记录元件

2）副后轮转角传感器

副后轮转角传感器安装在后轮转向执行器上与主后轮转角传感器相反的一端，如图13-19所示。

副后轮转角传感器含有一根连接在齿条上的锥形轴，锥形轴与齿条一同水平移动。

一根在副后轮转角传感器上的插棒与锥形轴锥面接触。

当锥形轴水平移动时，锥面使传感器插棒移动。

插棒的移动使传感器产生模拟电压信号，将后轮转角信号传送到控制单元。

图13-19副后轮转角传感器

1-副后轮转角传感器；

2-锥形轴；

3-转向轴螺杆；

4-插棒

3）主前轮转角传感器

主前轮转角传感器也称转向盘转动传感器，其安装在组合开关下方的转向柱上，如图13-20所示。

转动速度传感器和转向盘方向传感器安装在主前轮转角传感器内。

转动速度传感器包含一排在传感器下方转动的、变换磁性的磁铁。

当转向盘转动时，转动速度传感器向控制单元发送与转向盘转速和前轮转角相关的信号。

转动方向传感器包含一个绕转向柱的环形磁铁。

这个磁铁有一个N极和一个S级。

控制单元利用方向传感器传来的信号确定转向盘的转动方向。

图13-20含有转动速度传感器和方向传感器的主前轮转角传感器

1-霍尔集成电路片；

2-监测记录元件；

3-输出线路；

4-锁颈；

5-锁壳；

6-轴承；

7-塑料磁铁；

8-磁转子

这个传感器的原理可参考霍尔原理加深理解。

4）副前轮转角传感器

副前轮转角传感器安装在前齿轮—齿条转向器内。

这个传感器的原理与副后轮转角传感器一致。

用

于向控制单元发送与前轮转向角相关的信号。

5）后轮转速传感器

如图13-21所示，后轮转速传感器安装在每个后轮上，它是与防抱死制动系统（ABS）共用的传感器。

其结构和工作原理参考防抱死制动系统（ABS）。

图13-21后轮转速传感器

6）车辆速度传感器

车辆速度传感器将与车辆速度相关的电压信号送到四轮转向系统控制单元。

这个信号也被送到自动变速器控制单元。

其结构和工作原理参考自动变速器部分。

二．电控四轮转向系统的工作情况

如图13-22所示，发动机工作时，四轮转向控制单元不断地从所有输入传感器处收到信号。

如果转向盘转动，四轮转向控制单元就会对车辆速度传感器、主前轮转角传感器、副前轮转角传感器、主后轮转角传感器、副后轮转角传感器以及后轮转速传感器传来的信号进行分析，并计算出适当的后轮转向角，然后将电瓶电压输入到后轮转向执行电动机使后轮转向。

电瓶电压通过两只大功率三极管输送到后轮转向执行器电动机处。

其中一只三极管在右转弯时导通，而另一只在左转弯时导通。

主、副后轮转角传感器将反馈信号送到四轮转向驱动控制单元以指示后轮转角已被执行。

转向执行器电动机的正反转控制可参考电动动力转向系统。

图13-22电控四轮转向系统的工作情况

1-主后轮转角传感器；

3-副前轮转角传感器；

4-车辆速度传感器；

5-主前轮转角传感器；

6-后轮转速传感器；

7-副后轮转角传感器；

8-后轮转向执行器

后轮转向执行器为电动机驱动的螺杆—齿条机构，输入传感器有主后轮转角传感器、副后轮转角传感器、主前轮转角传感器、副前轮转角传感器、后轮转速传感器和车辆速度传感器。

四轮转向控制单元将输入传感器送来的信号进行分析，并计算出适当的后轮转向角，然后将电瓶电压输入到后轮转向执行电动机使后轮转向。

1．借助实物或挂图指出电控四轮转向系统的组成。

2．简述后轮转向执行器和输入传感器的工作原理。

3．现场测试电控四轮转向系统各部件的拆卸和安装。