汽车转向系故障检测与维修论文苗金骏Word文档下载推荐.docx

1、1.2.2 各时期汽车转向系发展情况 11.3汽车转向原理及基本特性 2第二章 汽车转向系统的类型、组成及工作原理 52.1传统转向系统：机械转向系统 52.1.1机械转向系统的组成： 52.1.2转向操纵机构 52.1.3 机械转向系统的工作原理： 72.1.4 机械转向系统的优缺点： 82.2电液助力转向系统：2.2.1电动液压助力转向系统EHPS（electro-hydraulic power steering）的组成及工作原理 92.2.2电液助力转向系统的缺点 112.3电子控制动力转向系统SBW（Steer-By-Wire） 112.3.1电子控制动力转向系统的组成与分类 122.

2、3.2电子控制系统的结构特点 122.3.3电子控制结构的主要优点 122.4四轮转向系统 132.4.1机械式四轮转向系统 132.4.2动式四轮转向 14第三章 汽车转向系的检测与维修 163.1机械转向系统的检测与维修 163.1.1转向器的检测与维修 163.1.2循环球式转向器的检修 163.1.3齿轮齿条式转向器的检修 173.2案例分析 173.2.1本田雅阁CD5轿车 173.2.2捷达GT轿车转向异响 18第四章 结论与展望 204.1 本文总结和将来展望 20参考文献 22第一章 绪 论1.1 汽车转向系统1.1.1 汽车转向系统的概述汽车行驶中，驾驶员通过操纵转向盘，经过

3、一套传动机构，使转向轮在路面上偏转一定的角度来改变其行驶方向，确保汽车稳定安全的正常行驶。能使转向轮偏转以实现汽车转向的一整套机构称为汽车转向系。在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一，它也是决定汽车主动安全性的关键总成，如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。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，针对更多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。1.2 转向系统的发展概况1.2.1发展综述转向系统是整车系统中必不可少的最基本的组成系统，驾驶者通过方向盘来操纵和控制汽车的行进 方向，从而实现自己的驾驶意图。 一百

4、多年来，汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进。到今天，汽车已经不是单纯机械意义上的汽车了，它是机械、电子、材料等学科的综合产物。汽车转向系统也随着汽车工业的发展历经了长时间的演变。1.2.2 各时期汽车转向系发展情况传统的汽车转向系统是机械式的转向系统，汽车的转向由驾驶员控制方向盘，通过转向器等一系列机械转向部件实现车轮的偏转，从而实现转向。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。汽车转向动力的来源由以前的人力转变为人力加液压助力。 液压助力系统HPS（Hydraulic Power Steering）是在机械式转向系统的基础上增加了一个液压系统而

5、成。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。由于其工作可靠、技术成熟至今仍被广泛应用。这种助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减小驾驶者作用在方向盘上的力，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。近年来，随着电子技术在汽车中的广泛应用，转向系统中也愈来愈多地采用电子器件。转向系统因此进入了电子控制时代，相应的就出现了电液助力转向系统。电液助力转向可以分为两类 ：电动液压助力转向系统EHPS（Electro-Hydraulic Power Steering）和电控液压助力转向ECHPS（Electronical

6、ly Controlled Hydraulic Power Steering）。电动液压助力转向系统是在液压助力系统基础上发展起来的，与液压助力系统不同的是，电动液压助力系统中液压系统的动力来源不是发动机而是电机，由电机驱动液压系统，节省了发动机能量，减少了燃油消耗。电控液压助力转向也是在传统液压助力系统基础上发展而来，它们的区别是，电控液压助力转向系统增加了电子控制装置。电子控制装置可根据方向盘转向速率、车速等汽车运行参数，改变液压系统助力油压的大小，从而实现在不同车速下，助力特性的改变。而且电机驱动下的液压系统，在没有转向操作时，电机可以停止转动，从而降低能耗。为了规避电液助力转向系统的缺

7、点，电动助力转向系统EPS（Electric Power Steering）便应时而生。它与前述各种助力转向系统最大的区别在于，电动助力转向系统中已经没有液压系统了。原来由液压系统产生的转向助力由电动机来完成。现如今在某些概念车上又有了一种电子转向系统。它取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。其发展前景非常可观。1.3汽车转向原理及基本特性 图1-1车轮的运动轨迹 若使汽车能顺利转向，各车轮不产生滑动，转向车轮须同向偏转，且所有车图1-2 前轮的运动轨迹轮需要绕着一个转向中心转动，保证各车轮在转向过

8、程中均为纯滚动。如图1-1所示，汽车四个车轮A、B、C和D转轴的延长线相交于一点O，O 点即为车轮的转动中心，四个车轮的运动轨迹形成同心圆。这就是汽车转向基本特性。当车轮转向机构的几何关系为平行四边形转向机构时，转向车轮的偏转角度相同（见图1-2a），四个车轮转轴延长线交汇点有两个，因而形成两个转动中心，转向车轮不能实现纯滚动，其转向过程异常。为满足汽车转向基本特性，运用阿克曼原理，转向机构的几何关系呈梯形（见图1-2b）。梯形转向机构由梯形臂和横拉杆组成。梯形转向机构使两侧转向车轮偏转时形成一个转向中心，即汽车的四个车轮均绕着一个点转动。此时内、外侧转向车轮偏转角度不相等，内侧车轮偏图1-3

9、 转向车轮偏转角的转角差转角 比外侧车轮偏转角 大（见图1-3）。在车轮为刚体的假设条件下，内、外侧转向车轮偏转角的理想关系式为：cot= cot + B/ L式中：B两侧主销轴线与地面交点之间的距离，也称为轮距；L汽车轴距。由转向中心O到外转向轮与地面接触的距离R称为汽车的转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地越小，其机动性越好。由图1-3 可知，当前外转向轮偏转角达到最大值max 时，转弯半径R有最小值。在图示理想情况下，最小转弯半径Rmin与max的关系为:Rmin=L/sinmax 。第二章 汽车转向系统的类型、组成及工作原理机械转向系统2.1.1机械转向系统的组成用司机体力为转向

10、能源，所有传力件都是机械的。转向操纵机构：转向盘、转向轴、万向节（上、下）、转向传动轴。（采用万向传动装置有助于转向盘和转向器等部件和组件的通用化和系列化） 转向器：内设减速传动付，作用减速增扭。转向传动机构：转向摇臂、转向主拉杆、转向节臂、 转向节、转向梯形。图2-1 机械转向系统的组成和布置示意图2.1.2转向操纵机构1 转向操纵机构的功用与组成转向操纵机构的功用是将驾驶员转动转向盘的操纵力矩传给转向器。它主要由转向盘1、转向轴及转向柱管2和万向传动装置3等组成（见图2-1）。转向轴上部与转向盘固定连接，下部装有转向器。转向轴与转向器的连接方式，一种是与转向器的输入轴直接连接，另一种是通过

11、万向传动装置间接与转向器的输入轴相接连。2. 转向盘转向盘主要由轮圈1、轮辐2 和轮毂3 组成，其结构如图2-2 所示。轮辐的形式有两根辐条式、三根辐条式和四根辐条式。轮辐和轮圈的心部有钢或铝合金等金属制骨架，外层以合成树脂或合成橡胶包覆，下侧形成波浪状以利于驾驶员把持。转向盘与转向轴通常通过带锥度的细花键连接，端部通过螺母轴向压紧 固定。有的汽车喇叭开关按钮装在转向盘上，方便驾驶员操作。有的汽车喇叭开 图2-2 转向操纵机构示意图关按钮装在转向盘上，方便驾驶员操作。因为在整个转向系统中，各传动件之间存在着装配间隙，这些间隙反映到转向盘上来就变成转动转向盘的空转角度。转向盘自由行程对于缓和路面

12、冲击及避免驾驶员过度紧张是有利的。转向盘自由行程应控制在转向轮处于直线行驶位置时转向盘向左或向右的自由行程不超过1015。3. 转向轴和转向管柱转向轴用来连接转向盘和转向器，并将转向盘的转向转矩传给转向器。转向轴分为普通式和能量吸收式。现代汽车更多地采用能量吸收式转向轴结构。转向管柱安装在车身上，支承转向轴及转向盘。转向轴从转向管柱内穿过，靠转向管柱内的轴承和衬套支承。为方便不同体型驾驶员操纵转向盘，转向管柱上装有能改变转向盘位置的装置。转向盘的安装角度和高度可以在一定范围内调整，以适应驾驶员的体形和驾驶习惯。4. 安全保护装置在转向操纵机构上体现的汽车被动安全技术有安全气囊和能量吸收式转向轴

13、。（1）安全气囊SRS安装在转向盘上。它的结构主要由传感器、气体发生器、气囊系统等三部分组成。传感器检测汽车发生碰撞时的车速、冲击参数，气体发生器根据传感器指令释放高压气体，或引爆固体燃料，瞬时产生高压氮气并迅速向气囊充气，气囊膨胀，达到保护乘员的目的。另外，安全气囊还有一些排气孔，使安全气囊撞到乘员时压力有所减小，以达到缓冲效果。安全气囊只能在减速度足够大的碰撞中爆发（充气），而且只能使用一次，不能重复使用。（2）能量吸收式转向轴。 除了能满足转向轴常规的功能外，在汽车发生正面碰撞时，能够有效地吸收碰撞能量，防止或减少碰撞能量伤害驾驶员的转向轴叫做能量吸收式转向轴。在汽车发生正面碰撞时，会出

14、现两次碰撞。即在汽车碰撞力作用下汽车的前部发生塑性变形，转向轴向驾驶员胸部方向运动的首次碰撞；随汽车减速，驾驶员在惯性力作用下向转向轴方向运动的二次碰撞。首次碰撞的能量通过转向轴以机械的方式予以吸收，防止或减少其直接作用于驾驶员身上，避免造成人身伤害。二次碰撞即驾驶员本身的运动能量一部分由约束装置如安全带、安全气囊等加以吸收，以防止超出人体承受能力的碰撞伤害驾驶员。2.1.3 机械转向系统的工作原理汽车转向时，驾驶员作用于转向盘上的力，经过转向轴（转向柱）传到转向器，转向器将转向力放大后，又通过转向传动机构的传递，推动转向轮偏转，致使汽车行驶方向改变。转向操纵机构是驾驶员操纵转向器工作的机构，

15、包括从转向盘到转向器输入端的零部件。转向器就是把转向盘传来的转矩按一定传动比放大并输出的增力装置。转向传动机构是把转向器的运动传给转向车轮的机构，包括从摇臂到转向车轮的零部件。当转向盘直径一定时，驾驶员操纵转向盘手力的大小取决于转向系统角传动比的大小。转向系统角传动比i是用转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比来表示。其数值是转向器角传动比i1和转向传动机构角传动比i2的乘积。转向器角传动比是转向盘转角增量与同侧摇臂轴转角相应增量之比。转向传动机构角传动比是摇臂轴转角增量与同侧转向节转角相应增量之比。对于一般汽车而言，i2大约为1。由此可见，转向系统角传动比主要取决于转向器角传动比。转向系

16、统角传动比越大，转向时加在转向盘上的力矩就越小，转向轻便。但转向系统角传动比大会导致转向操纵不灵敏。所以，转向系统角传动比的大小要协调好“转向轻便”与“转向灵敏”之间的矛盾。汽车的转向，完全由驾驶员所付的操纵力来实现的，操纵较费力，劳动强度较大，但其具有结构简单、工作可靠、路感性好、维护方便等优点，多应用于中小型货车或轿车上。2.1.4 机械转向系统的优缺点虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接而产生一些自身无法避免的缺陷：汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重；转向传动比固定，使汽车转向响应特性随车速、侧向加速度等变化而变化，驾

17、驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿行驶。这就变相地增加了驾驶员的操纵负担，使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患；液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里要多消耗0.30.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题，对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是一个明显的劣势。2.2电液助力转向系统使用机械转向装置可以实现汽车转向，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向能源则难以顺利转向。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（或电

18、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。正常情况下，驾驶员能轻松地控制转向。但在转向加力装置失效时，就回到机械转向系统状态，一般来说还能由驾驶员独立承担汽车转向任务。2.2.1电动液压助力转向系统EHPS（electro-hydraulic power steering）的组成及工作原理 图2-3 液压式动力转向系统示意图液压动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加装一套转向加力装置而成的。以齿轮齿条式转向器为基础的液压动力转向系统为例，来说明其工作原理。如图2-3 所示，该系统由转向盘1、转向轴2、齿轮齿条式整体动力转向器3又由转向控制阀4、齿轮齿条式转向器5、转向动

19、力缸6。转向油罐7 储存液压油，有进、出油管接头，通过油管分别与转向液压泵8 和转向控制阀4 连接。转向液压泵8 安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动，将油从转向油罐处吸入并向转向控制阀4 供给液压油。转向控制阀4 通过改变液压油路来改图2-4 液压动力转向系统示意图变动力传递路线。转向动力缸6内由活塞分隔成左右两个工作腔，工作腔通过油道分别与转向控制阀4连接。图2-4 所示为一种液压式动力转向系统的组成和液压转向加力装置的管路布置示意图。其中属于转向加力装置的部件是：转向液压泵7、转向油管8、转向油罐6 以及位于整体式转向器4 内部的转向控制阀及转向动力缸5 等。当驾驶员转动转向盘1 时，通过

20、机械转向器使转向横拉杆9 移动，并带动转向节臂，使转向轮偏转，从而改变汽车的行驶方向。与此同时，转向器输入轴还带动转向器内部的转向控制阀转动，使转向动力缸产生液压作用力，帮助驾驶员转向操作。由于有转向加力装置的作用，驾驶员只需比采用机械转向系统时小得多的转向力矩，就能使转向轮偏转。整体式液压动力转向器的结构的组成及工作原理：如图2-5所示为整体式液压动力转向器的结构。转向控制阀1、齿轮齿条式图 2-5 整体式液压动力转向器转向器2和3、转向动力缸设计成一体，组成整体式动力转向器。该转向器的控制阀为转阀式结构。扭杆的一端通过花键与转向齿轮连接，扭杆的另一端与转阀的阀心用销子连接，阀心又与转向轴的

21、末端固定在一起。转向轴的转动可以通过扭杆带动转向齿轮转动。转阀的阀心外圈与阀体相配合，阀心和阀体构成控制阀，置于转向器壳体内。转向器壳体上有油孔分别通向转向液压泵、转向油罐以及转向动力缸的左右两个工作腔。转向齿条与转向动力缸内的活塞制成一体，活塞将转向动力缸分隔为左右两个工作腔。转向动力缸上有油管通向转向器壳体内的控制阀。转向控制阀转向控制阀组件如图2-6 所示，主要由阀体11、阀芯7及扭杆9组成。控制阀体11呈圆筒形，其表面上制有三道较宽且深的油环槽和四道较窄浅 图2-6 转向控制阀的密封环槽。各油环槽的底部开有与内壁相通的油孔，中间油环槽的油孔是进油通道，与转向液压泵相通；两侧油环槽的油孔

22、，分别与转向动力缸的左腔、右腔相通。密封环槽用于安装密封圈组件。在阀体的内表面，与左腔、右腔相通的油孔处制有六条不贯通的纵槽，形成六道槽肩。阀芯7 也制成圆筒形，其外圆表面与阀体11 滑动配合，二者可以相对转动。阀芯与阀体配合间隙很小，配合精度很高，二者组成偶件，不可更换。阀芯表面上也制有六条不贯通的纵槽，形成六道槽肩，分别与阀体的槽肩和纵槽配合形成液体流动间隙，在阀芯7 的不同纵槽上开有三个等间隔的径向通孔，用以流通液压油，此油道通向转向油罐。2.2.2电液助力转向系统的缺点缺点：在车辆设计制造完成后，车辆转向的助力特性不能改变。直接后果是，当助力特性偏向于低速助力时，汽车在低速段可以得到很

23、好的助力，但是在高速段需要有较好路感的时候，由于助力特性不能调节，使得驾驶者没有较好的路感；当助力特性偏向于高速助力时，在低速段得不到很好的助力效果；即使车辆不转向，液压系统也必须在发动机的带动下工作。其结果是，消耗发动机能量，增加油耗 ；存在液压油泄漏问题，不仅对环境造成污染，而且容易使其他部件损坏；在低温下，液压系统的工作性能比较差。优点：助力转向系统优点主要体现在以下几个方面：电动助力转向系统能在不同车速下提供不同的助力特性。在低速行驶时，增加转向助力，使得转向更加轻便 ；在高速行驶时减少转向助力，甚至为了提高路感增加转向阻尼。电动助力转向系统只在转向时电动机才工作，为转向提供助力，因而

24、能减少能耗。电动机由蓄电池供电，因此电动助力转向系统可以在发动机不工作的情况下工作。 电动助力转向系统没有液压系统，与液压助力系统相比，装配自动化程度更高。而且电动助力转向系统可以通过改变微处理器中的助力程序算法，很容易实现助力特性的改变。2.3电子控制动力转向系统SBW（Steer-By-Wire）动力转向系统由于使转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此动力转向系统在中型载货汽车、尤其在重型载货汽车上得到广泛使用。但传统的动力转向系统所具有的固定放大倍率不能随汽车不同工况予以调整，其助力作用不协调。电子控制的动力转向系统在低速

25、行驶时可使转向轻便、灵活；在中高速区域转向时，能保证提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，提高了高速行驶的操纵稳定性。发动机前置前轮驱动的轿车，其前轴负荷的增加影响转向轻便性的问题，所以电子控制动力转向系统被逐步移置到轿车上，这样不仅能很好地解决转向轻便与转向灵活的矛盾，还能提高行驶安全性和舒适性。2.3.1电子控制动力转向系统的组成与分类电子控制动力转向系统，根据动力源不同可分为液压式电子控制动力转向系统（称为EHPS）和电动式电子控制动力转向系统，亦称ECPS）。EHPS 是在传统的液压动力转向系统的基础上增设控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。电子控制单元根据检测到的车速

26、信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低车速时的转向助力要求。根据控制方式不同，将EHPS分为三类：流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式。EPS 是在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的方向和大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。按照转向助力机构位置的不同，将EPS 分为三类：转向轴助力式，转向齿轮助力式和齿条助力式。2.3.2电子控制系统的结构特点电子转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，改而由方向盘模块、转向执

27、行模块和主控制器ECU三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。2.3.3电子控制结构的主要优点一、取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接，通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动，因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的体力脑力负荷，提高“人-车闭环系统”对道路的跟踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯性、系

28、统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低，从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。二、电子转向系统采用了软件控制，因而可以把转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。三、电子转向系统在实现上述操作性能上的突破的同时也带来了可观的经济性和环境效益。四、电子转向系统是通过一个通用的执行器来调整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的，它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要

29、作用。因此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。五、与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统一到一个系统中。六、对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱安装要求提供足够的空间（左手或右手驾驶），而电子转向严格的控制了转向柱在发动机间隔内的自由度，表明了机械式的转向柱没有很好的利用发动机的空间。七、对将来的好处提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有有用的信息才提供给驾驶员。方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件不断的调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环境进行调整，而不需要对系统进行重新设计。没有转向柱

30、减少了驾驶员在事故中受伤的危险。转向行为（减速、加速、自动转向）都被软件记录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。2.4四轮转向系统2.4.1机械式四轮转向系统图2-7所示为本田先驱汽车采用的机械式四轮转向系统。前后轮都设置有转向器，两转向器之间用机械装置连接，前轮转向角决定后轮转向角。 图2-7 4ws前后轮转向控制和机械式四轮转向系统1. 系统组成本田先驱汽车机械式四轮转向系统在二轮转向装置（2WS）的基础上，增设前轮转向器、后轮转向器和中央轴。2. 系统工作原理与工作特性当转动转向盘时，前轮转向器中的小齿轮由齿轮齿条式转向器的齿条带动，将齿条的左右运动再变换为小齿轮的转动，经中央轴使后轮转向器的转向齿轮产生动作。当转向盘转动量小时，后轮与前轮同向偏转；当转向盘转动量