修改后转向系统性能分析.docx
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修改后转向系统性能分析
目录
中文摘要、关键词..........................................................1
英文摘要、关键词...................................................2
引言..................................................................3
第1章绪论.........................................................4
1.1汽车转向系统的国内外研究现状..................................4
1.1.1国外研究现状..................................4
1.1.2国内研究现状..................................5
第2章汽车转向系统的基本理论...................................7
2.1汽车转向系统的基本概念.......................................7
2.1.1汽车转向系统的定义.........................................7
2.1.2汽车转向系统的作用.................................................7
2.1.3汽车转向系统的分类............................................7
2.1.4汽车转向系统的基本组成...........................................7
2.2机械式转向系统简介及其工作原理.....................................8
2.3动力转向系统简介及其工作原理.........................................9
2.3.1液压助力转向系（HPS）.............................................9
2.3.2电液助力转向系统..................................................9
2.3.3电动助力转向系统（简称EPS）........................................9
2.3.4线控转向系统（电子转向系统）...............................11
第3章汽车转向系统性能优劣的比较及其决定因素分析..........12
3.1各转向系统性能优劣的比较.....................................12
3.1.1机械转向系统.....................................12
3.1.2液压助力转向系统....................................12
3.1.3电液助力转向系统..................................13
3.1.4电动助力转向系统......................................13
3.1.5线控转向系统..........................................13
3.2汽车转向系统性能优劣的决定因素分析............................14
3.2.1电控液压助力转向系统........................................14
3.2.2电动助力转向系统............................................15
3.2.3线控转向系统................................................17
第4章汽车转向系统常见故障原因及其解决方法.................20
4.1全液压转向系统常见故障原因分析及排除措施......................20
4.1.1转向沉重....................................................20
4.1.2转向轮跑偏..................................................21
4.1.3左右转向轻重不同............................................22
4.1.4快转时方向盘感到沉重........................................22
4.1.5转向时有噪音...............................................22
4.1.6转向轮晃动严重..............................................23
4.1.7前轮摆头....................................................23
4.1.8方向盘自转不能回到中立位置..................................23
4.1.9方向盘旋转无死点............................................24
4.2动力转向系统的常见故障及解决方法..............................24
4.3汽车转向系统的日常维护........................................25
第5章结论与展望...............................................27
5.1主要结论......................................................27
5.2汽车转向技术展望........................................27
致谢.................................................................29
参考文献..................................................................30
汽车转向系统的性能分析
摘要：
汽车转向系统的发展经历了从简单的机械式转向系统、液压助力转向系统、电控液压助力转向系统，到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向系统（简称EPS）这几个阶段以及代表未来汽车转向系统发展趋势的线控转向系统（电子转向系统）。
汽车转向系统的性能好坏直接关系到汽车的操纵稳定性和安全性，因此对整个汽车来说对其转向系统进行研究意义重大。
论文首先总结汽车转向系统的研究现状及发展趋势；其次阐述汽车转向系统的基本理论，对各种汽车转向系统的基本构成、工作原理、性能优劣及决定因素等方面进行对比分析；然后对汽车转向系统常见故障及其原因和解决方法进行分析总结；最后对转向系统发展做出展望，以期能对日后的研究有一定的借鉴和指导意义。
关键词：
转向系统助力转向性能比较工作原理常见故障
AnalysisonthePerformanceoftheAutomotiveSteeringSystem
Abstract：
ThedevelopmentofAutomotiveSteeringSystemhasexperiencedpurelymechanicalsteeringsystem,hydraulicpressure-poweredsteeringsystem,electrichydraulicpressure-poweredsteeringsystem.NowitturnstoElectricPowerSteeringSystem,whichismoreenergyefficientandeasiertooperate.AndSteer-By-WireSystem,whichrepresentsthetrendofsteeringsysteminthefuture.
TheperformanceofAutomotiveSteeringSystemhasthedirectinfluenceonthestabilityandsecurityoftheoperation,andthereforehasgreatsignificanceforthewholecar.Inthispaperitfirstlysummarizesthepresentresearchsituationanddevelopmenttrendaboutautomotivesteeringsystem,Secondlyelaboratesthebasictheoryofvariousautomotivesteeringsystems,thebasicstructure,workingprinciple,performancecomparisonandstudiesthedecidingfactoranalysis,Thensummarizesthecommonfaultsofsteeringsystemanditsreasons,Andanalysisthecommonfaultstosolvethem,Finallysummarizesthesteeringsystemdevelopmentprospectinthefuture,inordertostudythereferenceandguidance.
Keywords：
steeringsystem;power-assistedsteering;performancecomparison;workingprinciple;commonfaults
引言
在汽车行驶过程中，经常需要改变行驶方向，进行转向运动，驾驶员通过对方向盘的操纵来对转向运动进行控制，从而使车辆按照驾驶员意图进行动作。
汽车转向系统的功能就是使车辆在行驶过程中按照驾驶员意图来实现车辆的转向功能:
在各种运行工况下将路面信息反馈给驾驶员，使驾驶员获得真实的“路感”信息;配合行驶系统在受到路面冲击和意外的情况下对车辆进行控制，保持车辆行驶过程中的操纵稳定性和安全性。
因此，转向系统是任何车辆都不可或缺的组成部分，转向系统设计的好坏直接关系到车辆的操纵稳定性、安全性等整车性能，特别是汽车向智能化方向发展，现代汽车电子技术、计算机技术及控制技术的发展对汽车电子系统的推动，如何设计现代汽车转向系统已经成为当前众多汽车厂家和科研机构的重要课题。
本论文就是在这样的背景下开展对汽车转向系统的研究的。
通过对各种汽车转向系统的硬件构成、控制理论、性能优点等方面的特性进行分析对比，以期能获得比目前转向系统更加优越的性能，满足广大用户对车辆操纵稳定性、安全性、燃油经济性等方面提出的新要求。
第1章绪论
1.1汽车转向系统的国内外研究现状
随着汽车工业的迅猛发展作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展。
汽车转向系统经历了机械式转向系统、液压助力转向系统（HPS）、电控液压助力转向系统（EHPS）、电动助力转向系统（EPS）及代表未来研究方向的线控电动转向系统（SBW）。
1.1.1国外研究现状
EPS是继液压助力转向系统后产生的一种动力转向系统。
从上个世纪50年代开始，汽车工程师就开始对电动助力转向产生兴趣。
但是由于成本等原因，一直很难设计生产出在性能和价格比上可以与液压助力转向系统匹敌的电动助力转向系统。
经过二十几年的发展，EPS技术日趋完善，其应用范围己经从最初的微型轿车向更大型轿车和商用客车方向发展，如本田的Accord和菲亚特的Punto等中型轿车已经安装EPS，本田甚至还在其AucraNSX赛车上装备了EPS,EPS的助力型式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，Delphi为Punto车开发的EPS属全速范围助力型，其控制形式与功能也进一步加强，并且首次设置了两个开关，其中一个用于郊区，另一个用于市区和停车。
当车速大于70km/h后，这两种开关设置的程序则是一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感。
这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。
市区型开关还与油门相关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。
日本早期的EPS仅仅在低速和停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。
新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。
如铃木公司装备的一款EPS是一个负载一路面一车速感应型助力转向系统。
二十世纪六十年代末，德国KasselMann等人设计出将方向盘与转向车轮之间用电线传递控制信号来代替原有的机械连接的主动转向系统，随后世界各大汽车厂家、研发机构都不甘落后。
宝马、戴姆勒一克莱斯勒、ZF、DELPHI、TRW、本田等各大汽车公司以及日本的KOYO精工技术研究所、日本国立大学在内的科研机构均对汽车电子转向系统的可行性及性能特点做了深入的研究。
2001年在日内瓦举行的第71届国际汽车展览会上，意大利Bertone汽车设计开发公司展示了其新型概念车“FILO”。
该概念车所有的操控动作均由导线传递即采用的“DrivebyWire”技术。
而宝马汽车公司在其概念车“BMW-Z22”上应用“SteeringbyWire”技术即电子转向系统，使转向盘的转动范围减少到了160度，从而能够使车辆做紧急转向时驾驶员的负担降低。
日本的KOYO研究所也开发出了自己的电子转向系统，在该系统中仍然保留了转向盘与转向轮之间的机械连接部分，以保证转向系统的安全可靠性能。
只有当电子转向系统线控部分失效时才通过一套离合机构，将机械转向接通。
他们的研究、实验结果表明:
利用电子转向系统进行主动控制的汽车，在摩擦系数很小的坚实雪地上进行蛇行、移线、侧向风试验中基本按照预定的轨迹行驶，比传统转向系统在路线跟踪性能上有较大的提高。
在对开路面上进行制动试验也能基本保证汽车的直线行驶，制动距离也大大缩短。
他们做了在只有ABS、在ABS的车上加装稳定性控制、在ABS的车上安装电子转向系统三种情况下紧急制动的实验，此实验结果表明第三种情况下即在ABS的车上安装电子转向系统时刹车效果最好。
2002年9月在巴黎车展上，美国通用汽车公司首次向全球展出了其电子转向操控燃料电池概念车Hy-Wire，Hy-Wire为Hydrogen与byWire的组合词，即标示该概念车为氢燃料驱动和线传操控（电子转向系统），该车没有操作踏板，仅有一个称为“X-Drive”的电控操作面板。
其操控彻底摒弃了转向、加速和制动等机械操控方式，完全采用电子控制方式，使汽车无论在内部空间的设计、总布置设计还是车身设计上均发生了历史性的改变，它也预示着电子转向技术的发展蕴涵着巨大潜力。
1.1.2国内研究现状
但是在我国，电动助力转向的开发还处于起步阶段，并且处于实验室研究阶段，仅有为数不多的院校开展了电动助力转向系统的研究。
清华大学汽车系在EPS领域进行了卓有成效的研究，并取得了很大的进展，在控制策略、电动助力转向硬件及台架方面，目前处于国内研究的前列。
1993年，清华大学汽车工程系的教授指导硕士研究生进行了EPS系统的探索性研究，清华大学的季学武教授还申请了“一种车用光电式扭矩传感器”专利，因为扭矩传感器一直是电动助力转向的核心部件。
吉林大学也进行电动助力转向系统的研究，并制作了试验台架，取得许多的试验数据，为下一步的研究开发提供有用的试验数据。
武汉理工大学、华中科技大学、江苏理工大学和天津大学也对电动助力转向系统的转向特性和转向盘力等进行了理论方面的研究。
合肥工业大学机械汽车学院完成了转向系运动学、动力学分析计算，提出了关于EPS的控制策略，并在汽车转向试验台上对控制策略进行了检验，同时进行了道路试验证明其合理性，为EPS的产品化奠定了坚实的基础。
这些研究都对下一步的电动助力转向的研究打下了一定的基础。
但是关于电动助力转向系统，国内的文献大多集中在控制策略、系统的建模与仿真以及软硬件方面的研究，对助力特性曲线方面的研究很少，只有几篇文献提到了转向助力特性曲线，但也只是仅就其中的某一方面进行了讨论，对电动助力转向系统中助力特性曲线的研究还基本处于空白：
一是车速对助力增益的影响不清楚；
二是助力特性曲线确定的理论依据不明确，都没有明确指出所采用的助力特性曲线到底对汽车的转向路感、操纵稳定性有没有影响；
三是如何根据转向轻便性、转向路感综合确定转向助力特性曲线，这也还没有人研究过。
而国外的可能是出于技术保密，还没有文献专门对此进行研究，一般都是在控制系统设计中附带的提一下。
通过以上分析可知，应用电子转向系统的车辆由于使用了电子控制技术而与传统转向系统汽车相比更加容易达到节省能源、增强环保的要求，满足越来越严格的油耗和排放法规的要求，同时由于采用了精确的控制技术能有效提高整车的操纵稳定性能等，极大的满足车辆安全性要求，有效降低事故的发生和由此引起的损失。
总之，线控转向在EPS的基础上，将转向系统的发展又推进了一步，它将为实现汽车智能化驾驶提供技术支持。
纵观转向系统的发展，总是顺应操作更加方便智能的发展方向。
其中，电动助力转向系统作为现代汽车转向技术的发展趋势，有着广阔的应用和发展空间。
根据我国转向系统的研究现状，以及与国外研究和发展的差距，对于我国来说研究和开发拥有自主知识产权的EPS具有重要意义，并将为进一步开发线控电动转向系统打下基础。
第2章汽车转向系统的基本理论
2.1汽车转向系统的基本概念
2.1.1汽车转向系统的定义
汽车在行驶过程中，需要按驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓的汽车转向。
就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是驾驶员通过一套专设的机构使汽车转向桥上的转向车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度。
在汽车直线行驶时，转向轮往往也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。
此时驾驶员也可以利用这套机构使转向轮向相反的方向偏转，从而使汽车恢复原来的行驶方向。
汽车上这一套用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。
2.1.2汽车转向系统的作用
汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意志而转向行驶。
作为汽车的一个重要组成部分，汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。
如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。
特别是在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的操纵设计显得尤为重要。
2.1.3汽车转向系统的分类
汽车转向系统分为两大类：
机械转向系统和动力转向系统。
完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。
借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。
动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。
2.1.4汽车转向系统的基本组成
机械转向系统的基本组成：
机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。
机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。
（1）转向操纵机构：
转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。
（2）转向器：
是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构即是完成由旋转运动到直线运动（或近似直线运动）的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。
转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。
目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。
（3）转向传动机构：
转向传动机构是将转向器输出的力和运动传给车轮，并使左右车轮按一定比例关系进行偏转的机构。
动力转向系统的基本组成：
动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。
（1）液压式动力转向系统：
在机械转向机构的基础上，增加转向液压泵、转向油管、转向油罐以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等。
（2）电动助力动力转向系统，简称EPS（ElectronicPowerSteeringsystem）在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。
2.2机械式转向系统简介及其工作原理
传统的汽车转向系统是机械系统以驾驶员的体力作为转向能源，又称为人力转向系。
汽车的转向运动是由驾驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮的，普通的转向系统建立在机械转向的基础上，通常根据机械式转向器形式可以分为：
齿轮齿条式、循环球式、蜗杆滚轮式、蜗杆指销式。
常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式。
这种转向系统是我们最常见的，目前大部分低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。
机械转向系一般由三部分组成，即转向操纵机构、转向器和转向传动机构。
机械转向系结构分析：
（1）转向操纵机构：
驾驶员操纵转向器工作的机构，包括转向盘、转向轴等机件。
（2）转向器：
转向轴下端的蜗杆与扇形齿轮构成转向器。
转向器是一个减速增矩机构，经转向器放大的力矩传给转向传动机构,转向器是转向系统中最重要的一块。
（3）转向传动机构：
转向直拉杆、转向节臂、向横拉杆、左右梯形臂等机件构成。
前轴的两端和转向节由主销铰接在一起，转向节上连有左右梯形臂，两臂铰接在转向横拉上。
其中梯形臂及横向拉杆作用是：
与前轴构成转向梯形，保证左、右转向轮按一定规律偏转。
其转向工作特点如下：
①当—个转向节转动时，另一个转向节也随着变位，使汽车实现转向。
②两个车轮转动的角度不同，因为前轴、转向横拉杆、左右梯形臂及所形成的四边形不是矩形而是梯形。
③机械式的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。
图2.1机械转向系统结构图
基本工作原理：
如图2.1所示为一种机械转向系统的组成和布置示意图。
当汽车转向时，驾驶员对转向盘施加一个转向力矩。
该力矩通过转向轴、转向万向节和转向传动轴输入转向器。
经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向摇臂再经过转向直拉杆传给固定于左转向节上的转向节臂，使左转向节和它所支承的左转向轮偏转。
2.3动力转向系统简介及其工作原理
动力转向系统就是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。
转向加力装置减轻了驾驶员操纵转向盘的作用力。
转向能源来自驾驶员的体力和发动机，其中发动机（或电动机）占主要部分，通过转向加力装置提供。
2.3.1液压助力转向系统（HPS）
液压助力转向系统在机械转向机构的基础上，增加转向液压泵、转向油管、转向油罐以及位于整体式转向器内部的转向控制阀及转向动力缸等一整套液压系统。
该系统通过液压助力系统的液压作用来支持传统机械转向机构的转向运动，从而达到减轻驾驶员转向操纵负
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