液壓助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)

1、摘要汽車是一種性能要求高，負(fù)荷變化大的運(yùn)輸工具。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件之一，更需要了解和掌握。轉(zhuǎn)向器作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中最重要的組成部件，對(duì)它進(jìn)行深入的研究便顯得意義重大。循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 主 要 由 螺 桿 、 螺 母 、 鋼 球 、 轉(zhuǎn) 向 器 殼 體 等 組 成 ， 具 有 較 高 的 傳 動(dòng) 效 率 ， 操 縱 輕 便 ， 磨 損 較 小 ， 使 用 壽 命 長(zhǎng) ， 近 年 來 得 到 廣 泛 使 用 。 根 據(jù) 現(xiàn) 用 的 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 并 依 據(jù) 輕 型 汽 車 的 循 環(huán) 球 轉(zhuǎn) 向 器 數(shù) 據(jù) ， 按 照 汽 車 設(shè) 計(jì) 的 原 則 設(shè) 計(jì) 一 款 循 環(huán) 球 轉(zhuǎn) 向

2、 器 ， 完 成 二 維 圖 形 和 零 件 平 面 圖 的 繪 制 ， 使 其 能 夠 滿 足 現(xiàn) 代 轎 車 的 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 要 求 。 關(guān)鍵詞: 循環(huán)球；轉(zhuǎn)向器；設(shè)計(jì)；分析AbstractAutomobile is a transport machine with high-performance and variable loads. Steering system is one of the key components for vehicles and need to be understood and grasped. As the most important part o

3、f steering system， steering gear need to be studied importantly. Circulating ball-type steering gear contains screw，nut，ball，steering gear housing，etc.It has many Advantages，such as high transmission efficiency，light manipulation，less wear and long service life，so as to be widely used in recent year

4、s.According to current national standards and the ball steering vehicle data of BJ2020，a cycle ball steering is designed by the automotive principles，and some three-dimensional graphics and rendering parts of the plan are completed，so as to meet the national standards of Modern utility vehicle.Key w

5、ords: Circulating ball；Steering gear；Design；Analysis 目錄摘要IAbstractII1 緒論11.1課題背景11.2 汽車轉(zhuǎn)向器研究的發(fā)展及趨勢(shì)11.3 各轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)41.3.1 傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)41.3.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)51.3.3 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)61.3.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)61.3.5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)81.4 研究目的及意義81.5 研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方法92 轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)102.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介102.2 循環(huán)球式液壓轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)112.3 液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器工作原理123 液壓式循環(huán)球動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)143.1

6、轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)參數(shù)143.2 轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)要求143.3 循環(huán)球式液壓轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)選型153.4 轉(zhuǎn)向器計(jì)算載荷173.5 轉(zhuǎn)向器效率計(jì)算183.6 轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算193.6.1 螺桿、螺母基本參數(shù)計(jì)算193.6.2 齒條齒扇傳動(dòng)副設(shè)計(jì)223.6.3 轉(zhuǎn)閥的設(shè)計(jì)263.6.4 殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)314 零件的強(qiáng)度校核334.1 鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力334.2 齒的彎曲能力344.3 轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑的確定345結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38I1 緒論1.1課題背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步以及人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)慢慢的走進(jìn)了人們的生活當(dāng)中，它從以前簡(jiǎn)單的代步工具慢慢升級(jí)成為一種生活的品質(zhì)，

7、人們不再滿足于簡(jiǎn)單的行駛，而更關(guān)注駕駛樂趣對(duì)于汽車的安全性、穩(wěn)定性、操縱性等更高要求。而 人 們 除 了 從 外 觀 及 內(nèi) 飾 等 反 面 了 解 汽 車 外 ， 最 能 直 接 體 驗(yàn) 駕 駛 樂 趣 的 就 是 擁 有 一 個(gè) 良 好 、 先 進(jìn) 的 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) ， 一 個(gè) 先 進(jìn) 的 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 帶 給 駕 駛 者 更 多 的 是 駕 駛 的 樂 趣 而 不 是 負(fù) 擔(dān) 。 同 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 向 系 又 是 底 盤 的 重 要 組 成 部 分 ， 其 好 壞 優(yōu) 劣 會(huì) 直 接 關(guān) 系 到 汽 車 的 駕 駛 舒 適 性 ， 安 全 性 和 操 縱 穩(wěn) 定 性 ， 從 而 影 響

8、 人 們 的 生 命 及 財(cái) 產(chǎn) 的 安 全 。 同 時(shí) 就 我 國(guó) 的 國(guó) 情 而 言 ， 汽 車 工 業(yè) 己 成 為 我 國(guó) 的 支 柱 產(chǎn) 業(yè) ， 為 了 提 高 汽 車 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 ， 保 證 汽 車 行 駛 的 安 全 性 ， 操 縱 穩(wěn) 定 性 ， 發(fā) 展 我 國(guó) 的 汽 車 工 業(yè) ， 這 就 要 求 汽 車 轉(zhuǎn) 向 器 綜 合 性 能 就 成 為 汽 車 安 全 性 能 的 一 個(gè) 重 要 項(xiàng) 目 。 汽車轉(zhuǎn)向器屬于對(duì)行駛安全影響較大的零部件，在汽車系統(tǒng)中占據(jù)了一個(gè)重要的位置，其規(guī)模和質(zhì)量已成為衡量汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。在重型汽車、大型客車等載重量較大的汽車中

9、，通常用動(dòng)力轉(zhuǎn)向器來操縱汽車行駛方向。動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 有 著 許 多 傳 統(tǒng) 機(jī) 械 式 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 無 法 比 擬 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 例 如 ： 轉(zhuǎn) 向 輕 便 靈 敏 ， 回 位 性 能 及 手 感 良 好 ， 極 大 的 減 輕 了 汽 車 駕 駛 員 的 工 作 強(qiáng) 度 ， 特 別 適 用 于 汽 車 在 高 速 行 駛 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 向 。 因 此 目 前 國(guó) 內(nèi) 外 生 產(chǎn) 的 汽 車 越 來 越 多 地 配 置 了 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 。 而液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器具有無噪聲、靈敏度高、體積小、能夠吸收來自不平路面的壓力等優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)代汽車上得到了十分廣泛的應(yīng)用。1.2 汽車

10、轉(zhuǎn)向器研究的發(fā)展及趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和汽車的逐漸普及，人們對(duì)汽車的操控性、安全性，穩(wěn)定性等方面的性能已經(jīng)有了更高一層的要求，對(duì)轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的需求也隨著汽車性能的提高而發(fā)生著變化。起初駕駛者們只希望能夠容易地操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而后則追求在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性、舒適性和良好的操作感。在早期的汽車上，轉(zhuǎn)向機(jī)械非常簡(jiǎn)單，主要由一級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向拉桿等構(gòu)成。其 基 本 功 能 是 將 駕 駛 員 的 手 動(dòng) 旋 轉(zhuǎn) 操 作 轉(zhuǎn) 變 為 轉(zhuǎn) 向 拉 桿 的 左 右 移 動(dòng) ， 從 而 帶 動(dòng) 車 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 實(shí) 現(xiàn) 汽 車 的 轉(zhuǎn) 向 ，隨 著 汽 車 技 術(shù) 的 進(jìn)步 又 出 現(xiàn) 了 更 為 復(fù)

11、雜 些 的 機(jī) 械 式 轉(zhuǎn) 向 器 ， 這 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 向 器 是 通 過 駕 駛 員 轉(zhuǎn) 動(dòng) 方 向 盤 ， 并 通 過 一 系 列 的 桿 件 傳 遞 到轉(zhuǎn) 向 車 輪 上 來 實(shí) 現(xiàn) 轉(zhuǎn) 向 的 ， 而 著 種 傳 統(tǒng) 的 轉(zhuǎn) 向 器 又 分 為 四 種 形 式 ， 分 別 為 ： 齒 輪 齒 條 式 、 循 環(huán) 球 式 、 蝸 桿 滾 輪 式 、 蝸 桿 指 銷 式 。 其 中 齒 輪 齒 條 式 和 循 環(huán) 球 式 應(yīng) 用 比 較 廣 泛 ， 在 1 9 2 3 年 ， 美 國(guó) 底 特 律 的 亨 利 · 馬 爾 斯 為 了 減 少 蝸 輪 副 和 滾 輪 軸 之 間 的

12、接 觸 摩 擦 力 ， 在 兩 者 之 間 接 觸 處 放 置 滾 珠 支 承 ， 這 就 出 現(xiàn) 了 滾 珠 蝸 輪 轉(zhuǎn) 向 器 。這種形式的轉(zhuǎn)向器就成為現(xiàn)在大家所熟知的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，它目前仍很廣泛地在汽車上應(yīng)用。所謂“現(xiàn)代”齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，是奔馳（Benz）于1885年首先采用的。這種形式的轉(zhuǎn)向器同樣也使用在1905年的凱迪拉克（Cadillac）和1911一1920年間制造的許多其它形式的汽車上。據(jù)了解，在全世界范圍內(nèi)，汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器占45%左右，有繼續(xù)發(fā)展之勢(shì)；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器在40%左右；蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器占10%左右；其它型式的轉(zhuǎn)向器占5%。所以可以說循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器在穩(wěn)步發(fā)展

13、。而 在 西 歐 小 客 車 中 ， 齒 條 齒 輪 式 轉(zhuǎn) 向 器 則 有 很 大 發(fā) 展 。 日 本 的 汽 車 轉(zhuǎn) 向 器 特 點(diǎn) 是 ： 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 占 的 比 重 越 來 越 大 ， 日 本 對(duì) 于 不 同類 型 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 各 類 型 汽 車 ， 采 用 不 同 類 型 轉(zhuǎn) 向 器 ， 在 公 共 汽 車 中 使 用 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 ， 由 6 0 年 代 占 總 數(shù) 的 6 2 . 5 % 發(fā) 展 到 現(xiàn) 今 的 1 0 0 % 了 。 在 大 、 小 型 貨 車 中 ， 也 多 數(shù) 采 用 了 循 環(huán) 球 式 轉(zhuǎn) 向 器 ；齒條齒輪式轉(zhuǎn)向器有所發(fā)

14、展。20世紀(jì)初汽車已經(jīng)是一個(gè)沉重而又高速疾駛的車輛，充氣輪胎代替了實(shí)心車輪。由于轉(zhuǎn)向柱直接與轉(zhuǎn)向節(jié)連接，所以轉(zhuǎn)動(dòng)車輪是很費(fèi)勁的。即使是一個(gè)健壯的駕駛員，要控制轉(zhuǎn)向仍然是很勞累的事情。因此，汽車常常沖出路外，于是要降低轉(zhuǎn)向力的問題就變得比較迫切了。為了轉(zhuǎn)向輕便，工程師設(shè)計(jì)了在方向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)之間裝置齒輪減速機(jī)構(gòu)。從 那 時(shí) 起 ， 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 一 直 就 是 這 樣 沿 用 下 來 。 汽 車 轉(zhuǎn) 向 雖 然 采 用 了 轉(zhuǎn) 向 器 ， 但 對(duì) 于 轉(zhuǎn) 向 的 操 控 仍 非 易 事 。 當(dāng) 汽 車 重 量 增 大 、 轉(zhuǎn) 向 費(fèi) 勁 時(shí) ， 駕 駛 員 需 要 能 有 更 好 的 辦 法 來

15、 解 決 ， 這 才 重 新 推 廣 了 一 種 大 約 已 存 在 了 半 個(gè) 多 世 紀(jì) 的 動(dòng) 力 輔 助 轉(zhuǎn) 向 器 。自 上 世 紀(jì) 4 0 年 代 起 ， 為 緩 解 駕 駛 者 的 體 力 負(fù) 擔(dān) ， 在 機(jī) 械 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 增 加 了 液 壓 助 力 系 統(tǒng) 。 它 是 建 立 在 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 之 上 的 ， 額 外 增 加 了 一 個(gè) 液 壓 系 統(tǒng) ， 一 般 有 油 管 、 供 油 裝 置 、 油 泵 、 控 制 閥 、 助 力 裝 置 和 V 形 帶 輪 。 它 工 作 時(shí) 低 噪 聲 、 靈 敏 度 高 、 體 積 小 ， 能 夠 吸

16、收 來 自 不 平 路 面 的 沖 擊 力 等 方 面 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 并 且 其 工 作 可 靠 、 技 術(shù) 成 熟 ， 至 今 仍 被 廣 泛 應(yīng) 用 ， 所 以 在 現(xiàn) 在 的 液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 中 ， 實(shí) 際 應(yīng) 用 的 最 多 。 這 個(gè) 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 最 重 要 的 新 功 能 是 液 力 支 持 轉(zhuǎn) 向 的 運(yùn) 動(dòng) ， 因 此 可 以 減 少 駕 駛 者 花 費(fèi) 在 方 向 盤 上 的 力 。隨 著 轎 車 駕 駛 速 度 的 不 斷 加 快 ， 傳 統(tǒng) 的 液 壓 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 顯 示 出 一 個(gè) 致 命 的 缺 點(diǎn) ， 即 若 要 保 證 汽

17、 車 在 停 車 或 低 速 掉 頭 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 向 輕 便 ， 汽 車 在 高 速 行 駛 時(shí) 就 會(huì) 感 到 有 “ 發(fā) 飄 ” 的 感 覺 ； 反 之 ， 若 要 保 證 汽 車 在 高 速 行 駛 時(shí) ， 有 操 作 適 度 感 的 話 ， 當(dāng) 其 要 停 車 或 低 速 掉 頭 時(shí) 就 會(huì) 覺 得 轉(zhuǎn) 向 太 重 ， 兩 者 不 可 兼 顧 。 這 是 由 傳 統(tǒng) 液 壓 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 的 結(jié) 構(gòu) 所 決 定 的 。 由 于 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 在 轎 車 上 的 日 益 普 及 ， 對(duì) 其 性 能 上 的 要 求 已 不 再 是 單 純 的 為 了 減 輕 操 作 強(qiáng) 度 ， 而 是

18、 要 求 其 在 低 速 掉 頭 時(shí) 保 證 轉(zhuǎn) 向 輕 便 性 的 同 時(shí) 又 能 保 證 高 速 行 駛 時(shí) 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 。 近 年 來 ， 隨 著 電 子 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 ， 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 中 愈 來 愈 多 的 采 用 電 子 器 件 。 相 應(yīng) 的 就 出 現(xiàn) 了 電 液 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 。 電 液 助 力 轉(zhuǎn) 向 可 以 分 為 兩 大 類 ： 電 動(dòng) 液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) E H P S 、 電 控 液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 E C H P S 2 。 E H P S 是 在 液 壓 助 力 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 ，

19、 其 特 點(diǎn) 是 在 原 有 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 帶 動(dòng) 的 液 壓 助 力 泵 改 由 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 取 代 了 由 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 的 方 式 ， 節(jié) 省 了 燃 油 損 耗 。 E C H P S 是 在 傳 統(tǒng) 的 液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 上 增 加 了 電 控 裝 置 構(gòu) 成 的 。國(guó)外研究汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向發(fā)展，經(jīng)過了大量的研究，已成功開發(fā)了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，以及越來越多的成功用于轎車和輕型車。該裝置是優(yōu)于普通動(dòng)力轉(zhuǎn)向，以不同的速度可自動(dòng)調(diào)節(jié)方向盤的操作力經(jīng)由ECU的轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)，在低速時(shí)或在發(fā)生車輛，駕駛員只用較小的力就能靈活轉(zhuǎn)向操作;而在高速行駛時(shí)，自動(dòng)控制和操作力逐

20、漸增加，以實(shí)現(xiàn)操縱穩(wěn)定性。當(dāng)然，在目前的技術(shù)水準(zhǔn)下它仍然存在某些不足，如助力較小等，目前仍處在發(fā)展階段。和液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器相比，電動(dòng)轉(zhuǎn)向器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：效率高，路感好、符合環(huán)保要求等，它是轉(zhuǎn)向器未來發(fā)展趨勢(shì)。2 0 世 紀(jì) 末 ， 隨 著 汽 車 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 ， 電 子 控 制 技 術(shù)也 在 汽 車 上 得 到 逐 步 廣 泛 應(yīng) 用 。 現(xiàn) 代 汽 車 轉(zhuǎn) 向 操 縱 系 統(tǒng) 的 主 動(dòng) 安 全 裝 置 ， 有 電 子 控 制 四 輪 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 、 電 子 控 制 動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 等 。電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS）：傳統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了使在純滾動(dòng)所有的車

21、輪，不產(chǎn)生滑動(dòng)，要求所有的車輪轉(zhuǎn)向周圍轉(zhuǎn)圈的瞬時(shí)中心，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑是不同的。但實(shí)際上，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)若僅前輪轉(zhuǎn)向，車身的前進(jìn)方向與車身的中心線不一致，由于離心力的作用，將使后輪側(cè)偏，導(dǎo)致車輪橫擺。而且車速越高，后輪側(cè)偏越大，結(jié)果使車輪轉(zhuǎn)向在高速時(shí)的操縱穩(wěn)定性明顯降低。電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是在前輪轉(zhuǎn)向的同時(shí)，主動(dòng)地控制后輪也進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)向（一般最大為50）。后輪相對(duì)于前輪的轉(zhuǎn)向，分為同向轉(zhuǎn)向(后輪與前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致)和逆向轉(zhuǎn)向（后輪與前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反）。由于汽車在拐急彎時(shí)，通常以低速行駛，而在直道或較平緩的彎道上時(shí)，通常以高速行駛。因此，采用電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，電子控制

22、單元(ECU)根據(jù)多個(gè)傳感器提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出后輪距目標(biāo)轉(zhuǎn)角的差值，再向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令使后輪偏轉(zhuǎn)。低速行駛時(shí)，依據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角值使后輪逆向轉(zhuǎn)向，以減小轉(zhuǎn)彎半徑；中速行駛時(shí)，可減少后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以減輕轉(zhuǎn)向操縱的不自然感覺；而在高速行駛時(shí)，也能達(dá)到后輪同向的轉(zhuǎn)向，以減少或甚至避免基體偏航，提高操縱穩(wěn)定性。四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自1978年在馬自達(dá)·卡配拉轎車上最初試用以來，世界各大汽車公司已分別研究多種四輪轉(zhuǎn)向裝置，并已批量生產(chǎn)。動(dòng) 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 越 來 越 多 的 被 采 用 ， 不 僅 在 重 型 汽 車 上 必 須 采 用 ， 在 轎 車 上 采 用 的 也 逐 漸 增 多 ， 就 是

23、在 中 型 汽 車 上 也 逐 漸 推 廣 。 主 要 是 從 減 輕 駕 駛 員 疲 勞 ， 提 高 操 縱 輕 便 性 和 穩(wěn) 定 性 出 發(fā) 。雖然導(dǎo)致更高的成本和復(fù)雜的問題，如結(jié)構(gòu)，但由于其明顯的優(yōu)點(diǎn)，還是會(huì)得到快速發(fā)展。從國(guó)內(nèi)的角度來看，對(duì)于在近年的研究和開發(fā)，EPS迅速發(fā)展，特別是在控制策略的研究中，用不同的控制方法引入ECU中，并不斷完善和改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)和分析，但對(duì)優(yōu)化的細(xì)節(jié)仍是國(guó)外和國(guó)內(nèi)不小的差距，除了吉利汽車，國(guó)內(nèi)至今還沒有自主的EPS，在這之間存在相當(dāng)大的差距，EPS距離量產(chǎn)還有一段路要走。從發(fā)展趨勢(shì)上看，國(guó)外整體式轉(zhuǎn)向器發(fā)展較快而整體式轉(zhuǎn)向器中轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展的方向。由于動(dòng)

24、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是新的結(jié)構(gòu)，各個(gè)國(guó)家的制造商正在組織力量，大力開展實(shí)驗(yàn)研究工作，以提高性能，降低整體體積，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性提升。以便逐步推廣和普及。1.3 各轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1.3.1 傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤運(yùn)動(dòng)由駕駛員操作，通過一系桿和操舵方向盤來完成的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理如下：在駕駛員的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向軸施加到方向盤轉(zhuǎn)向輸入，轉(zhuǎn)向齒輪減速器在1，2級(jí)減速齒輪對(duì)，擴(kuò)增轉(zhuǎn)向扭矩后和減速運(yùn)動(dòng)傳播到拉桿，然后傳遞到固定于轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)向節(jié)臂部分，它使支承方向盤偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)汽車的方向盤。齒輪齒條，循環(huán)球，蝸輪式，蝸桿類型：純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以根據(jù)轉(zhuǎn)向的形式來劃分。純機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以便

25、產(chǎn)生所需要的使用大直徑的方向盤的足夠大的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩，以由一個(gè)較大的空間，整個(gè)組織笨拙轉(zhuǎn)向阻力，尤其是大型重型車輛所占據(jù)，轉(zhuǎn)向是非常困難的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)大大限制了它的使用。但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，當(dāng)前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在某種轉(zhuǎn)向力不大，處理要求不高農(nóng)業(yè)用途以外的汽車已很少使用。1.3.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組裝機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的泊車和低速行駛時(shí)駕駛員的轉(zhuǎn)向操作的負(fù)擔(dān)過重，要解決這個(gè)問題，在美國(guó)通用汽車公司的汽車用液壓動(dòng)力在20世紀(jì)50年代，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的第一家公司。該系統(tǒng)是基于機(jī)械系統(tǒng)，附加的液壓系統(tǒng)上。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括兩個(gè)其它液壓和機(jī)械部件，它是電液壓油傳遞介質(zhì)，產(chǎn)生動(dòng)力通過機(jī)械轉(zhuǎn)向器以驅(qū)動(dòng)液壓泵，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向

26、。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般包括機(jī)械轉(zhuǎn)向，液壓泵，油管，分配閥，動(dòng)力缸，泄壓閥和限壓閥，燃料箱和其它部件。為確保系統(tǒng)安全，在液壓泵上裝有限壓閥和溢流閥。其分配閥，轉(zhuǎn)向和動(dòng)力缸放置在一個(gè)整體，分配閥和小齒輪軸安裝在一起（線軸和齒輪軸垂直排列），以在卷筒一個(gè)控制時(shí)隙，通過轉(zhuǎn)向軸軛撥盤動(dòng)卷軸。轉(zhuǎn)向軸用銷和閥扭轉(zhuǎn)彈性相連，扭桿在閥的定位方面發(fā)揮中心作用。在機(jī)架的一端配有一個(gè)活塞和動(dòng)力缸位于與橫拉桿左側(cè)連接機(jī)架之間。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向軸（即使未驅(qū)動(dòng)齒輪軸）驅(qū)動(dòng)套管的閥芯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使流體通道改變時(shí)，液壓油從所述泵排出，通過流動(dòng)控制閥的功率的側(cè)氣缸，通過拉桿和方向盤偏轉(zhuǎn)推動(dòng)活塞從動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)。液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是驅(qū)

27、動(dòng)器的所產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了方向盤的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓裝置的控制下。因?yàn)橐簤恨D(zhuǎn)向可以減少駕駛員手動(dòng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩，從而改善了汽車的方向盤的敏捷性和操縱穩(wěn)定性。以確?？梢浦残云嚪较虮P樞轉(zhuǎn)或低時(shí)，泵的排量流量當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速?zèng)Q定的。啟動(dòng)汽車，該車是否正在轉(zhuǎn)彎后，系統(tǒng)必須處于工作狀態(tài)，而且在大位移到更低的轉(zhuǎn)速，泵輸出需要更多的功率，以便獲得比較大的功率，因此在一定程度上，浪費(fèi)了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力資源。并且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還存在低溫工作性能差等缺點(diǎn)。1.3.3 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此，在1983年日本Koyo公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

28、（EHPS）。EHPS是在液壓助力系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電控裝置，其特點(diǎn)是原來由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓助力泵改由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)省了燃油消耗；具有失效保護(hù)系統(tǒng)，電子元件失靈后仍可依靠原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全工作；低速時(shí)轉(zhuǎn)向效果不變，高速時(shí)可以自動(dòng)根據(jù)車速逐步減小助力，增大路感，提高車輛行使穩(wěn)定性。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將液壓助力轉(zhuǎn)向與電子控制技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。一般由電氣和機(jī)械2部分組成，電氣部分由車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和電控單元ECU組成；機(jī)械部分包括齒輪齒條轉(zhuǎn)向器、控制閥、管路和電動(dòng)泵。其中電動(dòng)泵的工作狀態(tài)由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度

29、、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理：在汽車直線行駛時(shí)，方向盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)泵以很低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲(chǔ)油罐，少部分經(jīng)液控閥然后流回儲(chǔ)油罐；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，ECU根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角、車速以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)等，判斷汽車的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定提供助力大小，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出控制指令，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)油泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油

30、。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動(dòng)力缸，推動(dòng)活塞以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹?，協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了較大的改進(jìn)，但液壓裝置的存在，使得該系統(tǒng)仍有難以克服如滲油、不便于安裝維修及檢測(cè)等問題。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)向電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的過渡。1.3.4 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1988年日本Suzuki公司首先在小型轎車Cervo上配備了Koyo公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。1990年日本Honda公司也在運(yùn)動(dòng)型轎車NSX上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。E

31、PS是在EHPS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它取消EHPS的液壓油泵、油管、油缸和密封圈等部件，完全依靠電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強(qiáng)，解決了長(zhǎng)期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在本田飛度、思域以及豐田新皇冠、奔馳新A-class等車型上紛紛被采用。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般是由轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)向）傳感器、電子控制單元ECU、電動(dòng)機(jī)、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)組成。其工作過程為：扭矩傳感器檢測(cè)駕駛員打方向盤的扭矩，然后根據(jù)這個(gè)扭矩給控制單元一個(gè)信號(hào)。同時(shí)控制單元也會(huì)收到來自方向盤位置傳感器的信號(hào)，這個(gè)傳感器一般是和扭矩傳感器裝

32、在一起的（有些傳感器已經(jīng)將這2個(gè)功能集成為一體）。扭矩和方向盤位置信息經(jīng)過控制單元處理，連同傳入控制單元的車速信號(hào)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生助力指令。該指令傳到電機(jī)，由電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳到助力機(jī)構(gòu)上去，這里的齒輪機(jī)構(gòu)則起到增大扭矩的作用。這樣，助力扭矩就傳到了轉(zhuǎn)向柱并最終完成了助力轉(zhuǎn)向。節(jié)約了能源消耗與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，沒有系統(tǒng)要求的常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向油泵，且電動(dòng)機(jī)只是在需要轉(zhuǎn)向時(shí)才接通電源，所以動(dòng)力消耗和燃油消耗均可降到最低。還消除了由于轉(zhuǎn)向油泵帶來的噪音污染。液壓動(dòng)力轉(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)，再加上存在管流損失等因素，浪費(fèi)了部分能量。相反EPS僅在需要轉(zhuǎn)向操作時(shí)才需

33、零部件要向電機(jī)提供的能量。而且，EPS系統(tǒng)能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)不工作；需要轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作，輸出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了“按需供能”，是真正的“按需供能型”（on-demand）系統(tǒng)，在各種行駛條件下可節(jié)能80%左右。當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤一角度然后松開時(shí)，EPS系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整使車輪回到正中。同時(shí)還可利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以獲得最佳的回正特性。通過靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這些轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動(dòng)態(tài)性能相匹配的轉(zhuǎn)向回正特

34、性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來很困難。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向由于不能很好地對(duì)助力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的能力較差，特別是汽車高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺汽車發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。但EPS是由電動(dòng)機(jī)提供助力，助力大小由電子控制單元（ECU）根據(jù)車速、方向盤輸入扭矩等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與控制，可以很好地解決這個(gè)矛盾。EPS系統(tǒng)控制單元ECU具有故障自診斷功能，當(dāng)ECU檢測(cè)到某一組件工作異常，如各傳感器、電磁離合器、電動(dòng)機(jī)、電源系統(tǒng)及汽車點(diǎn)火系統(tǒng)等，便會(huì)立即控制電磁離合器分離停止助力，轉(zhuǎn)為手動(dòng)轉(zhuǎn)向，按普通轉(zhuǎn)向控制方式進(jìn)行工作，確保了行車的安全。1.3.5 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車輛高速化、駕駛?cè)藛T大眾化、車流密集