四轮转向1汽车底盘.docx

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四轮转向1汽车底盘

四轮转向系

学习目标

鉴定标准

教学建议

掌握机械式四轮转向系的组成、基本结构和工作原理

掌握液压式四轮转向系的组成、基本结构和工作原理

掌握电子控制液压式四轮转向系的组成、基本结构和工作原理

应知：

各种四轮转向系的功用、组成、结构、工作原理

应会：

各种四轮转向系零部件认识

建议：

采用多媒体软件或实物示教板讲解组成、基本结构和工作原理

四轮转向系使汽车低速行驶转向并且转向盘转动角度很大时，后轮相对于前轮反向偏转，并且偏转角度随转向盘转角增大而在一定范围内增大。

如汽车急转弯、调头行驶、避障行驶或进出车库时，从而使汽车转向半径减小，转向机动性能提高。

汽车在高速行驶转向时，后轮应相对于前轮同向偏转，从而使汽车车身的横摆角度和横摆角速度大为减小，使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。

从后轮转向装置的控制方法上，四轮转向系可分为转角随动型四轮转向系和车速感应型四轮转向系。

转角随动型四轮转向系都是采用机械式的；而车速感应型四轮转向系有液压式、电子控制液压式和全电子控制式。

下面介绍不同类型的四轮转向系。

一、机械式四轮转向系

1．机械式四轮转向系统的组成

如图11-39所示，机械式四轮转向系主要由转向盘、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。

后轮转向也是绕转向节主销偏转的，其结构与前轮相似。

图11-39 机械式四轮转向系的组成

1-后轮转向取力齿轮箱 2-转向盘 3-后轮转向传动轴 4-后轮转向器

2．后轮转向取力齿轮箱

1）结构

后轮转向取力齿轮箱的结构如图11-40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11-40 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。

3．后轮转向器

1）功用

后轮转向器的功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。

2）结构

后轮转向器的结构如图11-41所示，主要由偏心轴、齿圈、行星齿轮、滑块、导向块、转向横拉杆和后轮转向器壳等组成。

图11-41 后轮转向器结构

1-后轮转向器壳 2-行星齿轮 3-偏心轴 4-齿圈 5-滑块 6-齿轮箱盖 7-导向块 8-转向横拉杆

3）工作原理

后轮转向器的工作原理如图11-42所示。

图11-42 后轮转向器的工作原理

1-偏心轴 2-齿圈（固定） 3-行星齿轮 4-滑块 5-转向横拉杆 6-导向块 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，同时还与齿圈啮合绕轴线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转向横拉杆，驱动后轮作转向运动。

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。

二、液压式四轮转向系

机械式四轮转向系的后轮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。

1．液压式车速感应型四轮转向系统的结构

液压式车速感应型四轮转向系统的结构如图11-43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11-43 液压式四轮转向系示意图

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

前轮为齿轮齿条式动力转向器，其结构与普通液压动力转向系相同。

液压式四轮转向系的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。

2．液压式车速感应型四轮转向系的工作原理

当向左转动转向盘时，如图11-44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。

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。

图11-44 液压式车速感应型四轮转向系的工作原理

三、电子控制液压式四轮转向系

随着电子技术的发展，电子控制技术也应用于四轮转向系。

在前两种四轮转向系中，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。

1．电子控制液压式四轮转向系的组成及结构

如图11-45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11-45 电子控制液压式四轮转向系

1-转向盘 2-后轮转向系 3-后轮转向传动轴 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

1）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11-46所示。

图11-46 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-转向齿条 7-后轮转向传动轴 8-转向齿轮 9-连接板

后轮转向传动轴的结构如图11-47所示。

图11-47 后轮转向传动轴

A-接前轮转向系 B-接后轮转向系

2）后轮转向系

后轮转向系如图11-48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11-48 后轮转向系

1-转向角比传感器 2-后轮转向动力缸 3-后轮转向传动轴 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11-49示。

后轮转向传动轴与转向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11-49 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 7-后轮转向传动轴 8-摆臂 9-步进电机

a．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。

b．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11-50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11-50 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

提示：

上述作用原理与液压常流滑阀式动力转向装置基本一致。

（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。

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系统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。

3）电子控制系统

电子控制系统由四轮转向电子控制单元、转角比传感器和电控油阀组成。

（1）四轮转向电子控制单元

四轮转向电子控制单元的功用是：

a．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。

b．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控系统工作是否正常的作用。

c．发现四轮转向机构工作出现异常时，点亮警告信号灯，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

转角比传感器的功用是检测相位控制系统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转向电子控制单元，作为监督和控制信号使用。

（3）电控油阀

电控油阀的功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。

2．后轮转向系统的工作原理

1）当车速低于35km/h时，如图11-51a）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11-51 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11-51b）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11-51c）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。

测试题：

1．说明机械式和液压式车速感应型四轮转向系的基本组成。

2．对照实物或图片说明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