汽車設(shè)計(jì) 課件 第7章 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽

車

設(shè)

計(jì)汽車設(shè)計(jì)汽車底盤現(xiàn)代設(shè)計(jì)第7章轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽車設(shè)計(jì)本章內(nèi)容7.1概述7.2機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案設(shè)計(jì)7.3

機(jī)械式轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)7.4動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7.5

轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)7.6

轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計(jì)7.7線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)7.1概論圖7-1示出一種汽車的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（即手動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），其由轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向的汽車，還有動(dòng)力系統(tǒng)，即動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、油管、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器等，見圖7-2。汽車設(shè)計(jì)

近年來(lái)，許多轎車上的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中裝設(shè)了防傷裝置，這是為了減輕駕駛員在撞車時(shí)受到的傷害。在圖7-2所示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中網(wǎng)格狀的轉(zhuǎn)向軸18就是一種防傷裝置。在發(fā)生撞車事故時(shí)，駕駛員的胸部位置會(huì)撞上轉(zhuǎn)向盤，當(dāng)這種撞擊力達(dá)到設(shè)定值時(shí)上述網(wǎng)格狀轉(zhuǎn)向軸就被壓潰、發(fā)生塑性變形（如圖7-3所示），同時(shí)吸收能量、限制對(duì)駕駛員的沖擊力，從而減輕對(duì)駕駛員的傷害。汽車設(shè)計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求●保證汽車擁有足夠小的最小轉(zhuǎn)彎半徑，以使其能夠在有限的狹小場(chǎng)地內(nèi)能進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛?！癖ＷC汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)所有的車輪都繞一個(gè)共同的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，各個(gè)車輪的側(cè)偏角都要趨于一致，并且在滿足性能要求時(shí)應(yīng)盡可能小，以延長(zhǎng)輪胎壽命、防止汽車行駛時(shí)的輪胎噪聲。●操縱輕便?！裨谕瓿赊D(zhuǎn)向過(guò)程后，轉(zhuǎn)向盤能夠自動(dòng)回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。●兼顧高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性和低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向迅速、輕便的要求?！駷闇p輕駕駛員的疲勞，應(yīng)盡可能減少地面對(duì)轉(zhuǎn)向車輪的沖擊而傳到轉(zhuǎn)向盤上的反沖?！駪壹軐?dǎo)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（桿系）匹配適當(dāng)，使車輪上、下跳動(dòng)（懸架壓縮、伸張）時(shí)由上述兩種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉所引起的車輪前束角變化盡可能小；汽車轉(zhuǎn)向行駛、車身發(fā)生側(cè)傾時(shí)，由上述兩種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉所引起的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車輪前束角變化）盡可能小或有利于不足轉(zhuǎn)向；由懸架中橡膠元件的受力變形所引起的車輪前、后移動(dòng)要盡可能不引起前束角的變化?！裨谄囍本€行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的間隙應(yīng)盡可能小。為了減少間隙的變化，有特定的調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)消除因磨損而產(chǎn)生的間隙?！裨谲嚨溨校?dāng)轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向軸由于車架或車身變形而后移時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。汽車設(shè)計(jì)7.2機(jī)械式轉(zhuǎn)向器方案分析與設(shè)計(jì)

機(jī)械轉(zhuǎn)向器是指完全靠人力操縱的轉(zhuǎn)向器，其通過(guò)提供一定的機(jī)械增益（傳動(dòng)比）來(lái)減小駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力（即轉(zhuǎn)向力）。轉(zhuǎn)向器是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，對(duì)轉(zhuǎn)向器有如下基本要求?！裨谄囆旭倳r(shí)提供準(zhǔn)確而輕便的轉(zhuǎn)向控制，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角范圍不允許過(guò)大。這要求轉(zhuǎn)向器的自由行程（由傳動(dòng)零件之間的間隙引起）盡可能小，傳動(dòng)比適當(dāng)，駕駛員主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)的機(jī)械效率（正效率）高，可能還需要?jiǎng)恿χ?。●使地面?duì)前輪的擾動(dòng)盡可能少地被傳到轉(zhuǎn)向盤上，同時(shí)還要讓駕駛員能夠感覺得到路面狀況（粗糙程度、附著力的大小等）的變化。這要求在前輪因受到地面干擾而試圖轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)轉(zhuǎn)向器的機(jī)械效率適當(dāng)?shù)氐?，即逆效率適當(dāng)?shù)氐汀！癫荒芊恋K汽車完成轉(zhuǎn)向后、返回直線行駛狀態(tài)時(shí)的前輪自動(dòng)回正，這又要求轉(zhuǎn)向器的逆效率適當(dāng)?shù)馗??！裢＼嚕ㄜ囁贋榱悖┺D(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的力（轉(zhuǎn)向力）應(yīng)該被減小到最低限度。為了使駕駛員能夠比較舒服地進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向，一般要求采用動(dòng)力助力。停車轉(zhuǎn)向時(shí)所需要的轉(zhuǎn)向力一般是最大的?！袷蛊嚲哂辛己玫母咚俨倏v穩(wěn)定性。這一般要求轉(zhuǎn)向器的自由行程、摩擦盡可能小，有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比和動(dòng)力助力（在采用動(dòng)力助力的情況下）。汽車設(shè)計(jì)7.2.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器目前，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器被廣泛應(yīng)用在所有的前置-前輪驅(qū)動(dòng)轎車上以及一些前置-后輪驅(qū)動(dòng)轎車。圖7-4示出一種兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，其中齒輪是輸入元件，齒條是輸出元件。圖7-5示出一種采用兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其所示系統(tǒng)中，采用的是麥克弗森式獨(dú)立懸架，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器布置位置比較低，在這種情況下一般都采用兩端輸出式。在采用其他獨(dú)立懸架的汽車中，如果采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，一般都是兩端輸出式。圖7-6示出一個(gè)與雙橫臂式獨(dú)立懸架匹配的兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器汽車設(shè)計(jì)汽車設(shè)計(jì)

圖7-8示出一個(gè)采用中央輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。只有在采用麥克弗森式獨(dú)立懸架和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、并且轉(zhuǎn)向器布置位置比較高的情況下，才采用中央輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。在采用這種懸架、轉(zhuǎn)向連桿布置方式的情況下為了獲得較小的干涉轉(zhuǎn)向角（前束角變化），一般需要采用較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)向連桿。汽車設(shè)計(jì)在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪時(shí)，齒條進(jìn)行移動(dòng)，而不是轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器自己沒有轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，而是有齒條增益GR：其中，GR是齒條增益，mm/r；Δnh是轉(zhuǎn)向盤所轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的增量，r；Δd是齒條的位移增量，mm。齒條增益GR增大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比就會(huì)減小。齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)●構(gòu)造比較簡(jiǎn)單；●成本較低；●效率高，轉(zhuǎn)向輕便；●可以自動(dòng)防止齒輪和齒條之間的松動(dòng)，并且具有均勻的固有阻尼；●有利于改善轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛性；●轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)僅包括轉(zhuǎn)向連桿和轉(zhuǎn)向節(jié)，零件少、占用空間?。ㄟ@正是所有前置-前輪驅(qū)動(dòng)型汽車都采用這種轉(zhuǎn)向器的原因）。汽車設(shè)計(jì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的缺點(diǎn)●由于只有齒輪與齒條一對(duì)傳動(dòng)副，其摩擦小且傳動(dòng)效率高，由路面不平對(duì)車輪的沖擊所引起的轉(zhuǎn)向盤反擊較大；●轉(zhuǎn)向連桿受斜向力作用，連桿中的應(yīng)力較大；●當(dāng)轉(zhuǎn)向連桿采用兩端輸出式設(shè)計(jì)時(shí)連桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度會(huì)受到限制；●前輪轉(zhuǎn)向角的大小取決于齒條的位移，為了獲得足夠大的車輪轉(zhuǎn)角有時(shí)只有采用較短的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，這樣會(huì)使整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置受力較大；●隨著車輪轉(zhuǎn)向角的增大，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比下降，使得汽車在駐車時(shí)轉(zhuǎn)向會(huì)很費(fèi)力；●該轉(zhuǎn)向器在非獨(dú)立懸架中不能采用。汽車設(shè)計(jì)7.2.2整體式轉(zhuǎn)向器整體式轉(zhuǎn)向器以轉(zhuǎn)向搖臂軸作為輸出元件，包括蝸桿曲柄指銷式、蝸桿蝸輪式、蝸桿滾輪式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器等。汽車設(shè)計(jì)整體式轉(zhuǎn)向器的缺點(diǎn)整體式轉(zhuǎn)向器（的缺點(diǎn)主要是因?yàn)槠錄]有布置轉(zhuǎn)向連桿系統(tǒng)的空間，所以很難在前置-前輪驅(qū)動(dòng)形式的轎車上采用。而當(dāng)采用獨(dú)立懸架的前置-后輪驅(qū)動(dòng)汽車采用這種轉(zhuǎn)向器時(shí)，需要額外附加斷開式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。這不僅僅會(huì)增加整車的重量和成本，而且經(jīng)濟(jì)性也不如齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。整體式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)●可以與非獨(dú)立懸架匹配使用●可以承受較大的力●具有較大的車輪轉(zhuǎn)向角，轉(zhuǎn)角范圍可達(dá)±45°●可以采用較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)向節(jié)臂或梯形臂來(lái)減小轉(zhuǎn)向搖臂和中央拉桿中的載荷●轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得使其傳動(dòng)比隨車輪轉(zhuǎn)角變化很小●對(duì)地面沖擊載荷不敏感。汽車設(shè)計(jì)整體式轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比的定義：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量之比，即其中，是轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；是轉(zhuǎn)向搖臂軸的轉(zhuǎn)角增量。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的力學(xué)模型如右圖所示，

其方程如下所示：

，其中，t是螺桿螺距；r是齒扇節(jié)圓半徑。從式中可以得到這種轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比為汽車設(shè)計(jì)7.3機(jī)械式轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)7.3.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)角傳動(dòng)比的定義：轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量的平均值之比。即

其中，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比；Δ是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；、分別是左、右轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)角增量。在采用整體式轉(zhuǎn)向器的情況下，轉(zhuǎn)向器以下的零件組成轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向搖臂（垂臂）、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、

轉(zhuǎn)向節(jié)、梯形臂、轉(zhuǎn)向橫拉桿等。這種轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比的定義：轉(zhuǎn)向搖臂軸轉(zhuǎn)角的增量與兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角的相應(yīng)增量的平均值之比，即可以看出，在采用整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比的乘積就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比，即 在使用整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比在0.85~1.1之間，可以粗略認(rèn)為是1。這樣，有。即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比一般可以近似認(rèn)為等于轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比。汽車設(shè)計(jì)7.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比在實(shí)用中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比定義為 其中，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比；是在轉(zhuǎn)向節(jié)上克服的轉(zhuǎn)向阻力矩，由作用在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩組成；是駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩；是轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比；是轉(zhuǎn)向器在實(shí)際載荷下的效率；是轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)際載荷下的效率。只能用實(shí)驗(yàn)的方法確定和。在實(shí)用中，整體式轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比定義為 其中，是轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比；是轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)向阻力矩；是轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；是轉(zhuǎn)向器在實(shí)際載荷下的效率。一般有如下關(guān)系： 即可以近似認(rèn)為，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比就是轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比。汽車設(shè)計(jì)7.3.3轉(zhuǎn)向器的效率只能使用試驗(yàn)方法才能確定在實(shí)際載荷下的轉(zhuǎn)向器正效率。圖示為對(duì)整體式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行效率試驗(yàn)的示意圖，其中的轉(zhuǎn)向器殼固定。在進(jìn)行正效率試驗(yàn)時(shí)，需要主動(dòng)在轉(zhuǎn)向器輸入軸上施加一個(gè)轉(zhuǎn)矩，測(cè)量傳到轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)矩。有如下關(guān)系：，

其中，是轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比；是轉(zhuǎn)向器在實(shí)際載荷下的正效率。提高轉(zhuǎn)向器正效率有助于減小駕駛員需要施加的轉(zhuǎn)向力。在進(jìn)行逆效率試驗(yàn)時(shí)，需要主動(dòng)在轉(zhuǎn)向器輸入軸上施加一個(gè)轉(zhuǎn)矩，測(cè)量傳到轉(zhuǎn)向搖臂軸上的轉(zhuǎn)矩。有如下關(guān)系： ，

汽車設(shè)計(jì)逆效率轉(zhuǎn)向器分類可逆式轉(zhuǎn)向器

可逆式轉(zhuǎn)向器：路面作用在車輪上的力，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系可大部分傳遞到轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤自動(dòng)回正，減輕駕駛員的疲勞，提高行駛安全性。車輪沖擊力大部分傳至轉(zhuǎn)向盤，造成駕駛員“打手”，使之精神狀態(tài)緊張，如果長(zhǎng)時(shí)間在不平路面上行駛，易使駕駛員疲勞，影響安全駕駛不可逆式轉(zhuǎn)向器不可逆式轉(zhuǎn)向器：車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤車輪受到的沖擊力由轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件承受，因而這些零件容易損壞。既不能保證車輪自動(dòng)回正，駕駛員又缺乏路面感覺?，F(xiàn)代汽車不采用這種轉(zhuǎn)向器。極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于前兩種轉(zhuǎn)向器之間，車輪沖擊只有較小一部分傳至轉(zhuǎn)向盤。在不平路面上行駛時(shí)，駕駛員并不十分緊張；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件所承受的沖擊力也比不可逆式轉(zhuǎn)向器小。汽車設(shè)計(jì)3.影響轉(zhuǎn)向器效率的因素影響轉(zhuǎn)向器效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。（1）轉(zhuǎn)向器的類型

汽車上常用的轉(zhuǎn)向器形式有：循環(huán)球式、蝸桿滾輪式、齒輪齒條式、蝸桿曲柄指銷式等幾種。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的效率最高，因?yàn)槠渲挥幸粚?duì)傳動(dòng)副。轉(zhuǎn)向器的效率除了與設(shè)計(jì)有關(guān)以外，與制造質(zhì)量也關(guān)系密切。（2）轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率

對(duì)于蝸桿和螺桿類轉(zhuǎn)向器，如果只考慮嚙合副的摩擦損失，而忽略軸承和其他地方的摩擦損失，其正效率可表示為

式中，

是蝸桿（或螺桿）的螺線導(dǎo)程角（螺線升角）；

是摩擦角，

，f是摩擦系數(shù)。

其逆效率可表示為

從上式可見，導(dǎo)程角（螺線升角）

增大，使正、逆效率都增大。所以，應(yīng)該選一個(gè)合適值，使正、逆效率達(dá)到綜合平衡。

當(dāng)導(dǎo)程角

≤p時(shí)，逆效率

≤0，表明這種轉(zhuǎn)向器是不可逆式的。因此，為使轉(zhuǎn)向器有適當(dāng)?shù)哪嫘剩瑢?dǎo)程角的最小值必須大于摩擦角。螺線的導(dǎo)程角一般選在8°~10°之間。汽車設(shè)計(jì)7.4動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7.4.1動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述為了在采用適當(dāng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比的情況下減小駕駛員需要施加到轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，會(huì)在汽車上使用動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為了減小轉(zhuǎn)向力，轉(zhuǎn)向器的一個(gè)發(fā)展方向是提高其機(jī)械效率，為此發(fā)明了循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。但是，沿著這個(gè)方向的發(fā)展是有限度的，其效率很難超過(guò)85%。另外一個(gè)減小轉(zhuǎn)向力的發(fā)展方向是增大轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比。但是，如果傳動(dòng)比過(guò)大，為了使汽車轉(zhuǎn)向時(shí)前輪擺動(dòng)一定角度而需要駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的圈數(shù)過(guò)多（轉(zhuǎn)向從容性差），這也是不能接受的。而采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向是同時(shí)保證上述轉(zhuǎn)向輕便性與轉(zhuǎn)向從容性的有效措施。汽車設(shè)計(jì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)●大幅減小了停車轉(zhuǎn)向力，使駕駛員可以比較輕松地進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向。汽車行駛中的轉(zhuǎn)向力也得到了減小，有利于減輕駕駛員的疲勞?！駵p少了轉(zhuǎn)向盤從一端到另一端的極限轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，一般在2.5~3圈之間，使駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱比較從容，有利于選擇最佳轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比，而不必考慮轉(zhuǎn)向沉重問題?！駵p小了路面干擾對(duì)轉(zhuǎn)向盤的影響。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有自動(dòng)抵抗這種干擾的特性，特別是在比較差的路面上行駛時(shí)，有利于減輕駕駛員的駕駛疲勞感?！裨谄囆旭倳r(shí)，某個(gè)輪胎突然爆破的情況下，可以更好地阻止車輛的突然轉(zhuǎn)向，從而改善整體的安全性。●在轉(zhuǎn)向車輪承受較大負(fù)荷的情況下，轉(zhuǎn)向力還可以保持在合理的范圍以內(nèi)，有利于增大汽車總體布置的自由度。動(dòng)力轉(zhuǎn)向的缺點(diǎn)●比機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復(fù)雜、成本高；●使汽車油耗有一定程度的增大；●有可能引起振動(dòng)、噪聲問題。汽車設(shè)計(jì)由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)是主要的，所以其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。在現(xiàn)代汽車上得到最廣泛應(yīng)用的是液壓動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管（包括壓力油管、回油管、吸油管等）、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐等組成，它具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：●具有固有的自潤(rùn)滑特性；●可以很容易地產(chǎn)生高壓；●可以在很小的空間傳遞很大的力；●很大的力可以很容易地施加和解除；●液體的不可壓縮性使得其可以精確地控制運(yùn)動(dòng)；●它是一種封動(dòng)力轉(zhuǎn)向器閉的系統(tǒng)，可以防止異物侵入；●可以容易地安裝在可以獲得的安裝空間之內(nèi)。汽車設(shè)計(jì)

圖示為一種整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器（循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器），這種動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的方向控制閥是轉(zhuǎn)閥。7.4.2整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器汽車設(shè)計(jì)1.整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的工作原理

圖示出一種在轎車上采用的整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其曲軸通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)動(dòng)，向外輸出液壓油。液壓油的流向依次是（見上頁(yè)圖）：①動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵；②壓力油管；③轉(zhuǎn)向器殼體上的壓力油口；④轉(zhuǎn)閥閥體外圓中央環(huán)形槽；⑤閥體中的中心油孔A7；⑥閥體內(nèi)圓的四個(gè)軸向槽。然后，進(jìn)一步的油流流向由轉(zhuǎn)閥的工作狀態(tài)控制。汽車設(shè)計(jì)2.對(duì)動(dòng)力助力工作過(guò)程的基本理解

在圖中所示的是極端狀態(tài)，即一側(cè)油缸腔體完全與動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵出油口相通，另一側(cè)油缸室完全與油罐相通，系統(tǒng)中油壓很高（例如10MPa或14MPa），泵處于限壓狀態(tài)。這種狀態(tài)一般出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向阻力較大的情況下，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)向車輪已經(jīng)處于其極限轉(zhuǎn)角位置、并且已經(jīng)碰上限位塊而駕駛員繼續(xù)加大施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力時(shí)。但是，對(duì)于大部分轉(zhuǎn)向狀態(tài)，施加在扭桿上的轉(zhuǎn)矩比較小，扭桿的扭角不足以使閥芯相對(duì)于閥體轉(zhuǎn)動(dòng)到閥間隙都堵死的狀態(tài)。汽車設(shè)計(jì)

來(lái)自泵的高壓油的大部分進(jìn)入1號(hào)油缸腔，另一部分直接通過(guò)閥間隙返回回油管。閥間隙的大小便決定了助力油缸兩側(cè)的壓力差的大小和助力的程度。上述閥間隙的變化與扭桿的扭角成正比，即與駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力成正比。駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力越大，扭桿的扭角就越大，閥間隙的變化就越大，在助力活塞兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差就越大，從而助力就越大。

當(dāng)駕駛員釋放方向盤（施加的轉(zhuǎn)向力為零）時(shí)，在扭桿的作用下，閥芯在閥體內(nèi)又恢復(fù)到中性位置，在助力活塞兩側(cè)的壓力差為零。如果汽車在行駛中，則車輪上的回正力矩便會(huì)推動(dòng)車輪、轉(zhuǎn)向盤返回正常直行位置。如果扭桿過(guò)細(xì)、剛度過(guò)小，就有可能出現(xiàn)其彈性恢復(fù)力不足以克服轉(zhuǎn)閥內(nèi)部、轉(zhuǎn)向管柱中摩擦力矩、使轉(zhuǎn)閥恢復(fù)到中性位置的情況。在這種情況下，在助力活塞的兩側(cè)還會(huì)殘存一些壓力差，阻止前輪自動(dòng)回正。汽車設(shè)計(jì)3.轉(zhuǎn)閥的特性曲線

轉(zhuǎn)閥的功能特性用兩種曲線來(lái)描述。（1）響應(yīng)曲線，即壓力差-轉(zhuǎn)角（閥芯相對(duì)閥體的轉(zhuǎn)角）曲線。這種曲線表明，為了在助力活塞兩側(cè)建立一定的助力壓力差需要有多大的相對(duì)轉(zhuǎn)角。決定轉(zhuǎn)閥壓力差-轉(zhuǎn)角特性的主要因素是：①閥間隙隨著閥芯相對(duì)于閥體的轉(zhuǎn)角的變化特性；②動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的流量。（2）壓力差-轉(zhuǎn)向力矩（閥力）曲線。這種曲線表明，為了在助力活塞兩側(cè)建立一定的轉(zhuǎn)向助力壓力差而需要施加多大的轉(zhuǎn)向力矩。壓力差-轉(zhuǎn)向力矩（閥力）曲線由上述壓力差-轉(zhuǎn)角曲線、扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦特性等共同決定。汽車設(shè)計(jì)7.4.3齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器

圖示出一個(gè)中央輸出式齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。其中，助力油缸缸筒5通過(guò)螺紋安裝在轉(zhuǎn)向器殼體4的一端；助力活塞10安裝在活塞桿7上，用螺母11固定；活塞桿的一端安裝在齒條一端的圓柱孔中，用一個(gè)銷釘固定；8號(hào)件是活塞桿的支承，9號(hào)件是活塞桿的油封；助力油缸的1號(hào)腔、2號(hào)腔分別通過(guò)油管2、3與轉(zhuǎn)閥1接通。汽車設(shè)計(jì)

圖示出一個(gè)典型的用于齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)閥。其中，轉(zhuǎn)閥殼體1通過(guò)注塑3固定在轉(zhuǎn)向器殼體2上；4號(hào)件即是輸入短軸，又是閥芯，即在輸入短軸外圓上制出用于助力控制的軸向槽；在閥體外圓上制有三道環(huán)槽，用四道密封環(huán)隔開；扭桿5的上端通過(guò)扭桿固定銷釘4A固定在閥芯（輸入短軸）的上端，扭桿5的下端通過(guò)花鍵固定在齒輪7上。這種轉(zhuǎn)閥的工作原理與前述整體式轉(zhuǎn)向器的相同，只是結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。汽車設(shè)計(jì)

圖示為一種兩端輸出式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。齒條殼體14一般是用鋁合金制造的，鋼制的助力油缸缸筒9安裝在其一端；助力活塞6安裝在齒條13上，其兼起活塞桿的作用；齒條的軸承有兩處，一是在齒輪處，另外一處在齒條的一端，即齒條軸承3A；助力油缸的油封包括齒條油封3、O形油封4、齒條油封10和O形油封11，用于防止外泄漏，而助力活塞環(huán)7用于防止內(nèi)泄漏；在齒條中央制有通氣孔12，以連通齒條兩端的密封護(hù)套1，使它們內(nèi)部的氣壓達(dá)到平衡；助力油缸通過(guò)油管接頭5、8與油管連接，再通過(guò)油管與轉(zhuǎn)閥相連。汽車設(shè)計(jì)7.4.4轉(zhuǎn)閥特性曲線的計(jì)算

圖示為轉(zhuǎn)閥的分析模型。當(dāng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵就向動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸出流量

，其首先通過(guò)供油孔（中心油孔）E進(jìn)入在閥體內(nèi)圓上制出的四條軸向油槽F。然后，流量

分成了兩部分，即

和

。

（1）流量

流向左側(cè)，通過(guò)閥間隙

進(jìn)入在閥芯外圓上制出的四條軸向油槽

。這個(gè)流量又進(jìn)一步分成兩部分，其中

進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)向油缸；-通過(guò)閥間隙

進(jìn)入在閥體內(nèi)圓上制出的四條軸向油槽

，然后通過(guò)在閥芯上制出的回油孔流入閥芯的中央，該處通過(guò)回油管與油罐相通，是低壓區(qū)。（2）流量

流向右側(cè)，通過(guò)閥間隙

流入在閥芯外圓上制出的四條軸向油槽

，與來(lái)自油缸的流量

會(huì)合。流量（

+

）通過(guò)閥間隙

進(jìn)入在閥體內(nèi)圓上制出的四條油槽

，然后通過(guò)在閥芯上制出的回油孔流入閥芯中央低壓區(qū)。汽車設(shè)計(jì)

根據(jù)液壓原理中的薄壁小孔理論，有如下方程：其中，假設(shè)在閥芯中央低壓區(qū)的壓力為零；忽略了內(nèi)泄漏；是動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的輸出壓力；、分別是在油槽、中的壓力；是閥間隙的流量系數(shù)，=0.7；是油的密度，=870kg/m3。在已知閥間隙

、

、

、

隨著閥芯相對(duì)于閥體的轉(zhuǎn)角而發(fā)生變化的特性和流量

、

時(shí)，就可以從左式解出

、

、

。而助力活塞兩側(cè)的壓力差為

汽車設(shè)計(jì)7.4.5動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵

在轎車等輕型汽車上，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵一般通過(guò)皮帶輪由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在許多中、重型貨車上動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵由空氣壓縮機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵與空氣壓縮機(jī)同軸，安裝在其后方。動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，并且通過(guò)動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管輸送給動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。1.對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的要求

●在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)能夠提供足夠的液壓油流量和壓力，以滿足停車轉(zhuǎn)向的要求；●工作效率高，以減小能耗；●在轉(zhuǎn)速一定時(shí)流量波動(dòng)要小，以有利于降低噪聲；●工作可靠、耐久性好；●工作溫度在希望的范圍之內(nèi)；●帶有限壓閥，限制系統(tǒng)中的最高油壓（起安全作用）；●帶有流量控制閥，以限制動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵向動(dòng)力轉(zhuǎn)向器輸送的最大流量，從而降低泵的功率消耗、降低溫度、減小振動(dòng)和噪聲、降低壓力；●尺寸小、重量輕、成本較低。汽車設(shè)計(jì)2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的低速工作模式

一啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵就開始轉(zhuǎn)動(dòng)，就有油被旋轉(zhuǎn)的葉片泵出，其通過(guò)泵油道和在出油聯(lián)合接頭16側(cè)壁上鉆出的油孔進(jìn)入出油聯(lián)合接頭16，有流量輸出到壓力油管。由于在出油聯(lián)合接頭16中有了流量，在其喉管處的壓力就低于在柱塞右側(cè)的壓力。而喉管處的低壓力通過(guò)控制油道傳到流量控制柱塞17的左側(cè)。在限壓球閥20兩側(cè)的壓力差不足以使其打開，其保持關(guān)閉狀態(tài)。所以，在流量控制柱塞17的左、右兩側(cè)產(chǎn)生了壓力差。動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速越高，通過(guò)出油聯(lián)合接頭16向壓力油管輸出的流量就越大，上述壓力差就越大。當(dāng)上述壓力差足以克服流量控制彈簧22的預(yù)緊力時(shí)，流量控制柱塞17就開始向左方移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速低于時(shí)，泵體中的增壓通道保持處于關(guān)閉狀態(tài)，葉片所泵出的油全部輸送到壓力油管、轉(zhuǎn)向器。在這種狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的輸出流量與其轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、汽車低速行駛時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵處于這種工作狀態(tài)。汽車設(shè)計(jì)3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的流量控制狀態(tài)

當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速高于時(shí)，在流量控制柱塞17左、右兩側(cè)所產(chǎn)生的壓力差足以克服流量控制彈簧22的壓緊力、使柱塞向左方移動(dòng)足夠遠(yuǎn)，使泵體中的增壓通道被打開，葉片所泵出的油一部分被輸送到壓力油管、轉(zhuǎn)向器；另外一部分以高速?zèng)_入增壓通道，由于增壓通道的設(shè)計(jì)保證其沿著與吸油道相切的方向沖入，起到射流泵的作用，幫助從油罐中把油吸入，同時(shí)還使泵的低壓油腔中的壓力有所升高。這些都有利于泵的高速工作。在這種狀態(tài)時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵輸出到壓力油管、轉(zhuǎn)向器的流量基本上保持不變；在限壓球閥20兩側(cè)的壓力差不足以使其打開，保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)汽車以中、高速行駛時(shí)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵處于這種工作狀態(tài)。

4.動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的限壓狀態(tài)

在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵處于限壓狀態(tài)時(shí)，流量控制柱塞17始終處于快速左、右振動(dòng)狀態(tài)，增壓通道被不斷地快速打開、關(guān)閉，以此來(lái)限制整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的最大油壓（泵內(nèi)、壓力油管、轉(zhuǎn)向器中的壓力基本上相等）。但是，由于油壓較高（對(duì)于轎車，一般約為10MPa；對(duì)重型貨車，最高的約為17MPa），葉片所泵出的油都在泵內(nèi)循環(huán)，油溫迅速上升。所以，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的限壓狀態(tài)一般僅允許持續(xù)幾秒鐘；否則，泵便會(huì)由于過(guò)熱而損壞。動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的最高允許工作溫度一般不超過(guò)135℃。

在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵處于限壓狀態(tài)時(shí)一般都會(huì)發(fā)出比較特殊的振動(dòng)、噪聲，這時(shí)應(yīng)該馬上減小施加在轉(zhuǎn)向盤上的力矩，直至這種振動(dòng)、噪聲消失。汽車設(shè)計(jì)5.動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的特性曲線

圖示為一個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵在輸出壓力為4.8265MPa時(shí)的輸出流量與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。壓力4.8265MPa大致相當(dāng)于一些汽車在良好路面上進(jìn)行停車轉(zhuǎn)向所需要的壓力?？梢钥闯觯诤砉苤睆讲煌瑫r(shí)，開始進(jìn)行流量控制的轉(zhuǎn)速不同，最大輸出流量也不同。隨著喉管直徑的增大，開始進(jìn)行流量控制的轉(zhuǎn)速升高，最大輸出流量增大。

圖示為上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵在輸出壓力為0.34475MPa時(shí)的輸出流量與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。壓力0.34475MPa大致相當(dāng)于汽車在公路上直線行駛（駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加的轉(zhuǎn)矩為零或接近為零）時(shí)的壓力?？梢钥闯?，在喉管直徑不同時(shí)，開始進(jìn)行流量控制的轉(zhuǎn)速不同，最大輸出流量也不同。隨著喉管直徑的增大，開始進(jìn)行流量控制的轉(zhuǎn)速升高，最大輸出流量增大。汽車設(shè)計(jì)

圖7-44示出上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵在不同輸出壓力時(shí)所需要的輸入功率與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。在輸出壓力一定時(shí)，泵所需要的輸入功率隨著轉(zhuǎn)速線性增大。而且，輸出壓力越大，所需要的輸入功率隨著轉(zhuǎn)速增大的斜率越大。

圖7-45示出上述動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵在不同輸出壓力時(shí)所需要的輸入轉(zhuǎn)矩與泵轉(zhuǎn)速之間的特性曲線。在輸出壓力一定時(shí)，泵所需要的輸入轉(zhuǎn)矩基本上不隨著轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，基本上是個(gè)常數(shù)。但是，輸出壓力不同，這個(gè)轉(zhuǎn)矩常數(shù)不同。汽車設(shè)計(jì)3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的安裝

動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵應(yīng)該很剛性地安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，如果采用安裝支架，其剛度應(yīng)該盡可能大。泵安裝高度一般應(yīng)該高于動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。發(fā)動(dòng)機(jī)向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)不應(yīng)該引起皮帶輪的前后振動(dòng)，因?yàn)檫@會(huì)在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的驅(qū)動(dòng)軸上引起軸向力。7.4.6動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐1.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐的功能

●用于向動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)添加液壓油；●用于檢查動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓油的液面高度；●為動(dòng)力轉(zhuǎn)向液壓油的熱膨脹提供空間（油溫范圍為-40~149℃）；●當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管膨脹時(shí)（例如動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵限壓時(shí)）提供補(bǔ)償液壓油；●用于除去動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的空氣。汽車設(shè)計(jì)2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐的類型

●整體式油罐直接安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵上的油罐稱為整體式油罐。整體式油罐的制造成本、保修成本都比較低。在有安裝空間的情況下盡可能采用整體式油罐?！襁h(yuǎn)距離油罐不直接安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵上的油罐稱為遠(yuǎn)距離油罐。這種油罐主要用在安裝空間緊張的場(chǎng)合。在布置中，這種油罐離開泵的距離應(yīng)該盡可能短，建議不超過(guò)450mm。采用遠(yuǎn)距離油罐的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的冷啟動(dòng)性能不如采用整體式油箱的系統(tǒng)好；由于有更多的潛在泄漏點(diǎn)，成本較高；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的垂直加速度超過(guò)25g時(shí)，不能裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。汽車設(shè)計(jì)3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐的設(shè)計(jì)指南

（1）油罐應(yīng)該具有足夠的容積，一般要求不小于600mL。（2）油罐中空氣體積與液壓油體積的比率為1：2~1：2.5（例如在總?cè)莘e為600mL的油罐中，空氣體積為200mL，油的體積為400mL）。（3）油罐應(yīng)該帶有加油頸和回油管接頭；安裝油罐蓋，其功能包括：密封，即液壓油封閉在油罐之內(nèi)；提供油面高度指示器；通大氣，即允許空氣進(jìn)入、排出油罐，保持油罐中適當(dāng)?shù)臍鈮?，有利于冷卻。（4）回油管接頭能夠使油順暢地從轉(zhuǎn)向器流向油罐，并不引起渦流（它會(huì)把摻入空氣的油吸入泵的進(jìn)油口），為此回油管接頭一般布置在油罐低部（總是在油面以下至少50mm），以免回油打破油面，引起空氣吸入；油罐的吸油口也必須總是位于油面以下（至少50mm），必須使由回油引起的渦流不集中在進(jìn)油口。（5）在油罐中適當(dāng)設(shè)置阻隔板，以控制流動(dòng)、減小油中的含空氣量，防止引起油的泡沫化。（6）在任何情況下（例如急轉(zhuǎn)向、爬陡坡時(shí)），與吸油管相連的吸油口都在油面以下。（7）能為動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵提供順暢的供油，防止由回油引起的氣泡進(jìn)入吸油管。（8）設(shè)置磁鐵槽，把磁鐵安放在渦流最小的位置，并適當(dāng)固定，以收集外來(lái)的鐵和鋼粒子。（9）油罐中的工作油面應(yīng)該高于動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵，在整體式油罐中油面至少應(yīng)該比泵的進(jìn)油口高30mm。汽車設(shè)計(jì)3.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐的設(shè)計(jì)指南（10）外部顏色一般建議采用黑色。（11）油罐的材料應(yīng)該能夠滿足使用溫度的要求，一般的工作溫度范圍是-40~+150℃。

對(duì)于遠(yuǎn)距離油罐還有如下設(shè)計(jì)要求：吸油管的直徑至少為15.88mm，以保證把油順暢地從遠(yuǎn)距離油罐輸送到動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的吸油口；從油罐到動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的距離一般不超過(guò)450mm，油罐中的油面至少比泵進(jìn)油口高75mm，如圖所示；遠(yuǎn)距離油罐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求其最小容積是泵每分鐘流量的兩倍，但是動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐的容積一般都不能達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所以加隔板減弱渦流很重要。汽車設(shè)計(jì)7.4.7動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管

動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管包括壓力油管和回油管，在采用遠(yuǎn)距離油罐的情況下，還有吸油管?？梢钥闯觯瑒?dòng)力轉(zhuǎn)向油管都是由硬管（鋼管）和柔性油管（橡膠油管）組成的。為了保證壓力油管和回油管具有足夠的抗腐蝕能力，在鋼管上制有專門的覆蓋層。為了加強(qiáng)散熱、降低油溫，在一些回油管上安裝了散熱片型散熱器或管型散熱器，汽車設(shè)計(jì)1.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管的功能●傳輸液壓油壓力油管用于從動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵向動(dòng)力轉(zhuǎn)向器傳輸壓力油?；赜凸苡糜趶膭?dòng)力轉(zhuǎn)向器向動(dòng)力轉(zhuǎn)向油罐傳輸回油。●降低動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪聲液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作時(shí)常常會(huì)引起嚴(yán)重的噪聲。主要的噪聲源是動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵（液壓泵），動(dòng)力轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)閥也是一個(gè)重要的噪聲源。●降低液壓油的溫度動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管中的鋼管部分散熱性能較好。在出現(xiàn)油溫過(guò)高的情況下，需要加強(qiáng)散熱，一般在回油管上安裝散熱片型散熱器或管型散熱器汽車設(shè)計(jì)2.動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管在車輛上的安裝為了在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下適當(dāng)布置油管，必須考慮如下因素：●發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)車架的運(yùn)動(dòng)情況；●懸架的運(yùn)動(dòng)情況；●轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)情況；●與發(fā)動(dòng)機(jī)熱零件的接近程度；●是否暴露于從路面濺起的泥、水等之中；●由于調(diào)整皮帶引起的附件位置改變。為了保證動(dòng)力轉(zhuǎn)向油管能夠正常工作，在其布置中應(yīng)該保證其與相鄰的零部件之間具有需要的間隙，如表所示汽車設(shè)計(jì)7.5轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)

在圖中所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)由左、右梯形臂10、12和轉(zhuǎn)向橫拉桿11組成，用來(lái)保證：在汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，所有車輪都應(yīng)該盡可能繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心、在不同的圓周上作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。

整體式轉(zhuǎn)向梯形和斷開式轉(zhuǎn)向梯形是兩種汽車的轉(zhuǎn)向梯形類型。在采用獨(dú)立前懸架的汽車上都采用斷開式轉(zhuǎn)向梯形。為使轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)受到前軸的保護(hù)，其一般布置在前軸之后，比較安全。但是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)位置很低或前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于在前軸之后沒有安裝轉(zhuǎn)向梯形的空間，有把轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)置于前軸之前的。汽車設(shè)計(jì)7.5.1汽車轉(zhuǎn)向時(shí)理想的內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

圖示為一輛正在轉(zhuǎn)向行駛的兩軸汽車的俯視圖假定汽車正在向右轉(zhuǎn)向且速度很慢，其側(cè)向加速度很小，車輪的側(cè)偏角可以忽略。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，為了使各個(gè)車輪都處于純滾動(dòng)狀態(tài)而無(wú)滑動(dòng)發(fā)生，則要求全部車輪都繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)。對(duì)兩個(gè)后輪來(lái)說(shuō)，它們的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該與它們到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，即轉(zhuǎn)向中心在后軸軸線的延長(zhǎng)線上。同樣，內(nèi)前輪的運(yùn)動(dòng)方向也與它到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向中心O。如果外前輪的滾動(dòng)軸線的延長(zhǎng)線也與O相交，則各個(gè)車輪都繞同一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O作圓周運(yùn)動(dòng)，各個(gè)車輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)有如下關(guān)系：汽車設(shè)計(jì)7.5.1汽車轉(zhuǎn)向時(shí)理想的內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

圖示為一輛正在轉(zhuǎn)向行駛的兩軸汽車的俯視圖假定汽車正在向右轉(zhuǎn)向且速度很慢，其側(cè)向加速度很小，車輪的側(cè)偏角可以忽略。在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，為了使各個(gè)車輪都處于純滾動(dòng)狀態(tài)而無(wú)滑動(dòng)發(fā)生，則要求全部車輪都繞一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)。對(duì)兩個(gè)后輪來(lái)說(shuō)，它們的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)該與它們到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，即轉(zhuǎn)向中心在后軸軸線的延長(zhǎng)線上。同樣，內(nèi)前輪的運(yùn)動(dòng)方向也與它到轉(zhuǎn)向中心的連線垂直，這樣就可以確定上述三個(gè)車輪的轉(zhuǎn)向中心O。如果外前輪的滾動(dòng)軸線的延長(zhǎng)線也與O相交，則各個(gè)車輪都繞同一個(gè)瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心O作圓周運(yùn)動(dòng)，各個(gè)車輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)有如下關(guān)系：汽車設(shè)計(jì)7.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核

對(duì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)校核的圖解方法包括如下步驟。（1）按照右圖所示方法確定校核用當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形。該當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形底角

按照下式初選：

，當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形的梯形臂m為：有了a和

就可以確定轉(zhuǎn)向橫拉桿與梯形臂的球鉸中心

、

的位置。（2）畫出在中間位置時(shí)的當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形圖（3）再給出一系列內(nèi)輪轉(zhuǎn)角

，利用校核用當(dāng)量轉(zhuǎn)向梯形通過(guò)作圖求得對(duì)應(yīng)的外輪轉(zhuǎn)角

。（4）再分別以A和B為原點(diǎn)，把

和

畫在圖上，得到一對(duì)射線。每對(duì)射線有一個(gè)交點(diǎn)，把這些交點(diǎn)連接起來(lái)，就得到在選定的梯形底角下的實(shí)際特性曲線。汽車設(shè)計(jì)

應(yīng)該指出，式

所描述的理想特性（Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系）比較適用于低速轉(zhuǎn)向行駛的場(chǎng)合，例如車速在5km/h以下。在這種情況下，汽車輪胎側(cè)偏角很小，可以忽略不計(jì)。但是，當(dāng)汽車在以中、高速行駛中進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，側(cè)向加速度可能比較大，輪胎會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向力和側(cè)偏角，這時(shí)它們就會(huì)對(duì)Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系產(chǎn)生影響。如圖7-57所示，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，各個(gè)輪胎都產(chǎn)生了側(cè)偏角，使得各個(gè)輪胎中心的瞬時(shí)速度方向都偏離了輪胎的對(duì)稱線。這時(shí)，各個(gè)輪胎的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心仍然在與其行駛速度矢量相垂直的直線上。這些直線相交于B點(diǎn)，它就是汽車的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心。可以看出，上述輪胎側(cè)偏角使汽車的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心從A變到了B，即向前移了一個(gè)距離。7.5.2整體式轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核汽車設(shè)計(jì)

作者也根據(jù)這種原理對(duì)保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等的理想內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系進(jìn)行了模擬研究，其中利用三自由度汽車操縱性模型根據(jù)前輪角輸入計(jì)算輪胎的側(cè)偏角。圖7-58示出一些研究結(jié)果，即保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等的理想內(nèi)、外前輪轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線。在圖7-58中也示出了對(duì)應(yīng)的不考慮側(cè)偏角（實(shí)際上側(cè)偏角為零）的Ackerman幾何關(guān)系曲線。可以看出，在車速為5km/h時(shí)，保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等所要求的內(nèi)、外側(cè)車輪轉(zhuǎn)角差與Ackerman幾何關(guān)系基本上相同，這是因?yàn)樵谶@樣低的車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)側(cè)向加速度很小，輪胎基本上沒有側(cè)偏角；汽車速度越高、前輪轉(zhuǎn)角越小，保證內(nèi)、外前輪側(cè)偏角相等所要求的內(nèi)、外前輪的轉(zhuǎn)角差就越小，當(dāng)達(dá)到80km/h的車速時(shí)，基本上要求內(nèi)、外前輪的轉(zhuǎn)角相等，即基本上是平行轉(zhuǎn)向；而車速達(dá)到100km/h時(shí)，甚至要求內(nèi)前輪的轉(zhuǎn)角小于外前輪的轉(zhuǎn)角。汽車設(shè)計(jì)7.6轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計(jì)在汽車轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計(jì)中主要考慮如下要求：①當(dāng)車輪上、下跳動(dòng)（懸架壓縮、伸張）時(shí)由轉(zhuǎn)向桿系與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉所引起的車輪前束角變化盡可能??；②汽車轉(zhuǎn)向行駛、車身發(fā)生側(cè)傾時(shí)，由上述兩種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉所引起的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角（車輪前束角變化）盡可能小或有利于不足轉(zhuǎn)向；③由懸架中橡膠元件的受力變形所引起的車輪前、后移動(dòng)要盡可能不引起前束角的變化。汽車轉(zhuǎn)向桿系的布置方式與汽車采用的懸架、轉(zhuǎn)向器的類型直接相關(guān)。7.6.1在前懸架是縱置鋼板彈簧的汽車中轉(zhuǎn)向縱拉桿的布置

在前懸架是縱置鋼板彈簧的汽車中，轉(zhuǎn)向桿系與懸架的匹配設(shè)計(jì)就是如何布置轉(zhuǎn)向縱拉桿的問題。圖7-59示出常規(guī)的貨車轉(zhuǎn)向縱拉桿的布置情況。如圖7-59所示，轉(zhuǎn)向縱拉桿的兩端分別通過(guò)球鉸G、E與轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)臂相連。汽車設(shè)計(jì)

首先分析車橋的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖7-60示出汽車滿載時(shí)車架、鋼板彈簧、前軸的位置。對(duì)一般的鋼板彈簧（對(duì)稱或近似對(duì)稱）而言，在車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，其中部與前橋夾緊的一段與前橋一起作平移運(yùn)動(dòng)。彈簧主片中心點(diǎn)A的軌跡為一圓弧，其圓心Q的位置在縱向方向（沿著鋼板彈簧前、后卷耳中心C、D的連線方向）與卷耳中心C相距Le/4，其中Le為卷耳中心到前U形螺栓中心的距離；沿著垂直于C、D連線的方向，Q點(diǎn)與卷耳中心相距e/2，其中e是卷耳半徑。由于前橋隨著鋼板彈簧中部被U形螺栓夾緊段作平移，故轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向縱拉桿的球鉸中心E與主片中心A的連線AE也作平移。連接A、Q，且從E點(diǎn)開始作AQ的平行線ER；再?gòu)腝開始作AE的平行線與RE交于R點(diǎn)，則得到一個(gè)平行四邊形AERQ，即E點(diǎn)的回轉(zhuǎn)中心是R。只有這樣，才能保證前軸在跳動(dòng)時(shí)，AE點(diǎn)的連線總是相互平行，即前軸作平移。以R為圓心、RE為半徑畫圓弧，此圓弧即為懸架決定的E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（圓?。?/p>

轉(zhuǎn)向縱拉桿與轉(zhuǎn)向搖臂的球鉸中心G與R點(diǎn)不重合，當(dāng)車輪上、下跳動(dòng)時(shí)，只要轉(zhuǎn)向縱拉桿不發(fā)生變形或斷裂，E點(diǎn)由該轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的運(yùn)動(dòng)軌跡是以G點(diǎn)為圓心、GE為半徑的圓弧，即轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧?？梢钥闯?，其與由懸架決定的圓弧不重合。因此，隨著車輪的上、下跳動(dòng)，轉(zhuǎn)向縱拉桿將迫使E點(diǎn)到G點(diǎn)的距離保持不變，即沿轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧運(yùn)動(dòng)，這必將迫使轉(zhuǎn)向節(jié)繞主銷發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)生不希望的前輪轉(zhuǎn)角。所以，當(dāng)汽車處于直行位置時(shí)，應(yīng)該使轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向搖臂與轉(zhuǎn)向縱拉桿的鉸點(diǎn)G與R點(diǎn)重合；否則，將隨著車輪的跳動(dòng)，產(chǎn)生不希望的轉(zhuǎn)向。汽車設(shè)計(jì)

在制動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)力

作用下，鋼板彈簧會(huì)發(fā)生S形變形，如圖7-61所示。鋼板彈簧在發(fā)生S形變形時(shí)，一般近似認(rèn)為其轉(zhuǎn)動(dòng)中心在鋼板彈簧第一片的中點(diǎn)A的下方一個(gè)卷耳半徑e處。鋼板彈簧及前橋?qū)⒗@該轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖7-61中，E點(diǎn)布置得較高，離開E點(diǎn)有相當(dāng)距離。在鋼板彈簧發(fā)生S形變形時(shí)，E將繞該轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度

，從而使其向前移動(dòng)一個(gè)距離，這是由懸架決定的運(yùn)動(dòng)。但是，在轉(zhuǎn)向縱拉桿不發(fā)生變形或斷裂的情況下，E點(diǎn)到G點(diǎn)的距離保持不變，即迫使E點(diǎn)基本上不向前移動(dòng)。這相當(dāng)于使E點(diǎn)向后移動(dòng)了一個(gè)距離。從圖7-61可以看出，這會(huì)使前輪向右轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。因此，在E點(diǎn)相對(duì)于S形變形的轉(zhuǎn)動(dòng)中心布置得較高的情況下，在制動(dòng)時(shí)汽車將發(fā)生向右的制動(dòng)跑偏。為了避免這種制動(dòng)跑偏，應(yīng)該使轉(zhuǎn)向縱拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接的球鉸中心E在側(cè)視圖上與鋼板彈簧的S形變形轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合。汽車設(shè)計(jì)

在汽車設(shè)計(jì)中，一般可以比較容易地實(shí)現(xiàn)E點(diǎn)與鋼板彈簧S形變形轉(zhuǎn)動(dòng)中心相重合（在側(cè)視圖上）。但是，有時(shí)不能把G點(diǎn)布置在理想的R點(diǎn)。例如，在很多平頭貨車上，其駕駛員的位置很靠前，而轉(zhuǎn)向器又在駕駛員之前，這就決定了不方便把G點(diǎn)布置得與R點(diǎn)重合。在這種情況下，可以在E點(diǎn)和R點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上布置G點(diǎn)。這樣，一般也可以保證車輪上、下跳動(dòng)時(shí)其繞主銷的轉(zhuǎn)角比較小，而且上、下跳動(dòng)時(shí)該干涉轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。

而為了獲得側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向性能，可以把G點(diǎn)適當(dāng)?shù)夭贾迷贓點(diǎn)、R點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線的下方，如圖7-64所示。假設(shè)汽車向右轉(zhuǎn)向行駛，左前輪是外側(cè)車輪，其相對(duì)于車架向上跳動(dòng)。根據(jù)圖7-64所示懸架決定的圓弧和轉(zhuǎn)向縱拉桿決定的圓弧之間的相互關(guān)系，轉(zhuǎn)向縱拉桿會(huì)拉動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂球鉸中心E點(diǎn)向前，從而使左前輪繞主銷向左轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，再通過(guò)轉(zhuǎn)向梯形也使右前輪向左轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。因此，這種干涉轉(zhuǎn)角是有利于不足轉(zhuǎn)向的。汽車設(shè)計(jì)7.6.2在采用雙橫臂式前懸架的汽車中的轉(zhuǎn)向桿系布置

在采用雙橫臂式前懸架的汽車中布置轉(zhuǎn)向桿系主要就是確定斷開式梯形的斷開點(diǎn)。在圖7-65所示系統(tǒng)中采用的是整體式轉(zhuǎn)向器，斷開點(diǎn)就是外側(cè)轉(zhuǎn)向連桿與中央轉(zhuǎn)向連桿連接的球鉸中心。在圖7-66所示系統(tǒng)中采用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器，斷開點(diǎn)就是轉(zhuǎn)向連桿與齒條端部連接的球鉸中心。汽車設(shè)計(jì)

在圖7-67所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點(diǎn)U高于懸架下橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)G，低于上橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)E。在這個(gè)系統(tǒng)中確定斷開點(diǎn)T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心

點(diǎn)。它是E、C連線的延長(zhǎng)線與G、D連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。（2）確定

點(diǎn)。它是G、E連線的延長(zhǎng)線與D、C連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。（3）確定角

。它是G、D連線與U、

連線的夾角。其中，U、

的連線就是轉(zhuǎn)向連桿的方位。還需要確定轉(zhuǎn)向連桿的長(zhǎng)度。（4）確定點(diǎn)

。作直線

，使其與直線

的夾角為

。由于直線

在直線

的上方，所以直線

要在直線

的上方。直線

與U、E連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)就是

。（5）確定斷開點(diǎn)T。

、C連線的延長(zhǎng)線與直線

的交點(diǎn)就是T。汽車設(shè)計(jì)

在圖7-68所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點(diǎn)U高于懸架上擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)E。在這個(gè)系統(tǒng)中確定斷開點(diǎn)T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心

點(diǎn)。它是E、C連線的延長(zhǎng)線與G、D連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。（2）確定點(diǎn)

。它是G、E連線的延長(zhǎng)線與D、C連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。（3）確定角

。它是G、D連線與U、

連線的夾角。其中，U、

的連線就是轉(zhuǎn)向連桿的方位。還需要確定轉(zhuǎn)向連桿的長(zhǎng)度。（4）確定點(diǎn)

。作直線

，使其與直線

的夾角為

。由于直線

在直線

的上方，所以直線

要在直線

的上方。直線

與E、U連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)就是

。（5）確定斷開點(diǎn)T。

、C連線與直線的交點(diǎn)就是T。汽車設(shè)計(jì)

在圖7-69所示系統(tǒng)中，兩個(gè)橫臂互相平行，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點(diǎn)U低于懸架上橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)E、高于下橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)G。在這個(gè)系統(tǒng)中確定斷開點(diǎn)T的步驟如下。（1）由于上、下橫臂相互平行，轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心點(diǎn)

在無(wú)窮遠(yuǎn)處。（2）確定轉(zhuǎn)向連桿的方位。過(guò)U點(diǎn)作直線GD的平行線，即為轉(zhuǎn)向連桿的方位。這兩條平行線之間的距離為a。（3）確定點(diǎn)

。它是G、E連線的延長(zhǎng)線與D、C連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。（4）確定點(diǎn)

。過(guò)

作直線GD的平行線，在該直線上方再作一條直線GD的平行線，使上述兩條新作平行線之間的距離為a。其中，較高平行線與U、E連線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)就是

。（5）確定斷開點(diǎn)T。

、C連線的延長(zhǎng)線與過(guò)U點(diǎn)、平行于直線GD的直線的交點(diǎn)就是T。汽車設(shè)計(jì)7.6.3在采用麥克弗森式前懸架的汽車中的轉(zhuǎn)向桿系布置

在汽車采用麥克弗森式獨(dú)立懸架情況下，見圖7-70，當(dāng)前輪上、下跳動(dòng)時(shí)，E和G點(diǎn)之間的距離要發(fā)生變化。因此，要采用不同的方法確定轉(zhuǎn)向連桿斷開點(diǎn)的位置。在這個(gè)系統(tǒng)中確定斷開點(diǎn)T的步驟如下。（1）確定轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)中心

。轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的絕對(duì)速度就是沿著減振器軸線的相對(duì)速度，因?yàn)樵谶@一點(diǎn)的牽連速度（由減振器軸線繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)引起）為零，所以轉(zhuǎn)向節(jié)在E點(diǎn)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心位于過(guò)E點(diǎn)所做的與減振器軸線相垂直的直線

上。懸架控制臂軸線GD的延長(zhǎng)線

與相交于點(diǎn)

，其就是轉(zhuǎn)向節(jié)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)中心。（2）確定點(diǎn)

。過(guò)G點(diǎn)作直線

的平行線

，其與E、D連線的延長(zhǎng)線交于

點(diǎn)。（3）確定角

。U點(diǎn)是轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向橫拉桿的鉸點(diǎn)。轉(zhuǎn)向橫拉桿應(yīng)該位于U、

點(diǎn)的連線上。直線

與直線

之間的夾角為

。（4）確定點(diǎn)

。過(guò)

作一條直線

使其與直線

的夾角也為

；

與U、G連線的延長(zhǎng)線交于點(diǎn)

。（5）確定斷開點(diǎn)T。

、D點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線與直線

交于點(diǎn)T，它就是轉(zhuǎn)向連桿的斷開點(diǎn)。汽車設(shè)計(jì)

在圖7-71所示系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向節(jié)臂鉸點(diǎn)U點(diǎn)在主銷軸線內(nèi)側(cè)、并且比較高。而U點(diǎn)位置越高（高過(guò)G點(diǎn)），并且其越靠?jī)?nèi)側(cè)，則將獲得越長(zhǎng)的轉(zhuǎn)向連桿UT，這導(dǎo)致采用中央輸出式齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。7.6.4前束角隨著前輪上、下跳動(dòng)的變化特性曲線

圖7-72示出三輛前輪驅(qū)動(dòng)汽車的左前輪的前束角隨著車輪上、下跳動(dòng)的變化特性曲線（測(cè)量結(jié)果）。其中，具有特性曲線1、2的汽車采用的基本上是按照前述方法確定的轉(zhuǎn)向連桿斷開點(diǎn)，其特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)位置附近前束角隨著車輪上、下跳動(dòng)而變化的斜率基本上是零，而且在整個(gè)車輪跳動(dòng)范圍內(nèi)前束角的變化比較?。ㄗ畲笞兓恳话悴怀^(guò)1°）。特性曲線3不同，其在設(shè)計(jì)位置的前束角變化斜率為一個(gè)負(fù)值，即隨著車輪上跳前束角減小。而在汽車向右轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，左前輪是外側(cè)車輪，由于車身側(cè)傾，其相對(duì)于車身向上跳動(dòng)，前束角減小，有利于不足轉(zhuǎn)向。如圖7-73所示，假設(shè)轉(zhuǎn)向節(jié)球鉸U在前輪中心線以前，則把斷開點(diǎn)布置在理想斷開點(diǎn)T以上就可以獲得圖7-72中曲線3那樣的前束角變化特性汽車設(shè)計(jì)即當(dāng)車輪向上跳動(dòng)時(shí)，U點(diǎn)就會(huì)被推向外側(cè)，引起車輪的前束角減小。當(dāng)然，如果要定量評(píng)價(jià)側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向，一般需要對(duì)車輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。汽車設(shè)計(jì)7.6.5車輪前、后移動(dòng)時(shí)前束角的控制

在許多前置-前輪驅(qū)動(dòng)轎車上采用麥克弗森式后懸架。圖7-74示出一個(gè)這樣的懸架。如圖7-74、圖7-75所示，這種懸架的后下擺臂一般比前下擺臂長(zhǎng)。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力

基本上由縱臂5承受，但是其對(duì)主銷軸線有一個(gè)力矩

，其會(huì)在桿系中引起彈性變形，產(chǎn)生負(fù)的前束角增量。而在后下擺臂比前下擺臂長(zhǎng)的情況下，在制動(dòng)力的作用下，后下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)3變到3A，前下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)的鉸點(diǎn)4變到4A，使后輪產(chǎn)生一個(gè)正的前束角增量

。所以，這兩個(gè)前束角增量相互抵消，減小了實(shí)際產(chǎn)生的前束角變化。汽車設(shè)計(jì)

為了降低采用子午線輪胎所引起的噪聲，一般要求車輪能夠相對(duì)于車身前、后移動(dòng)一定距離。圖7-76示出一個(gè)為了達(dá)到這個(gè)目的而采用的懸架和轉(zhuǎn)向桿系設(shè)計(jì)，其中采用麥克弗森式懸架和齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。在圖7-76所示系統(tǒng)中，懸架下擺臂的前安裝點(diǎn)A相當(dāng)于一個(gè)球鉸點(diǎn)，后安裝點(diǎn)B是一個(gè)具有一定剛度的橡膠件。在驅(qū)動(dòng)力

、制動(dòng)力

的作用下，下擺臂在B點(diǎn)處將發(fā)生一定的橫向位移，使車輪能夠向前移動(dòng)14mm、向后移動(dòng)12mm，以此來(lái)降低子午線輪胎的噪聲。如圖7-77所示，轉(zhuǎn)向連桿和懸架下擺臂的設(shè)計(jì)應(yīng)該保證車輪在縱向力作用下只作平動(dòng)，而不發(fā)生前束角的變化。汽車設(shè)計(jì)7.7線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

隨著汽車技術(shù)的日益革新，在轉(zhuǎn)向方面，各公司與科研機(jī)構(gòu)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展從最初的機(jī)械轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向，發(fā)展為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。但為了進(jìn)一步地提高各項(xiàng)性能，目前各大機(jī)構(gòu)和企業(yè)都著手研究關(guān)于線控轉(zhuǎn)向方面的技術(shù)。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即用電信號(hào)的傳遞與控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)。同時(shí)轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤上的阻力矩也由電機(jī)模擬產(chǎn)生，可以自由地設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳遞特性和力傳遞特性。在改善路感、改善轉(zhuǎn)向特性、提高穩(wěn)定性和安全性方面有明顯優(yōu)勢(shì)，并且有利于底盤一體化集成控制。。7.7.1線控轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)組成

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成如圖7-78所示。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在工作的過(guò)程中，轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間沒有機(jī)械連接，根據(jù)轉(zhuǎn)向功能可以劃分為路感模擬子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行子系統(tǒng)，控制器及線束子系統(tǒng)，電源子系統(tǒng)4個(gè)部分。汽車設(shè)計(jì)

路感模擬子系統(tǒng)由方向盤、路感反饋電機(jī)、扭桿、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器和蝸輪蝸桿減速器組成；轉(zhuǎn)向執(zhí)行子系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、齒輪齒條減速器、齒條位置傳感器和轉(zhuǎn)向拉桿；控制器及線束子系統(tǒng)主要包括路感反饋控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器、通訊總線線束及相關(guān)傳感器線束。路感反饋控制器獲取車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息(如車速、橫擺角速度和輪速信號(hào)等)、轉(zhuǎn)向執(zhí)行控制器信息(齒條位置和轉(zhuǎn)向電機(jī)電流等)、方向盤轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)，通過(guò)控制路感反饋?zhàn)鲃?dòng)器實(shí)現(xiàn)路感反饋功能、方向盤主動(dòng)回正功能以及更高級(jí)的行車功能(如車道保持功能)；轉(zhuǎn)向控制器接受方向盤轉(zhuǎn)向指令和車輛狀態(tài)信息，對(duì)車輛行駛狀態(tài)和駕駛員指令進(jìn)行判斷，可以實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，在智能化較高的車輛上，可以實(shí)現(xiàn)緊急避障功能、自動(dòng)泊車和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向等高級(jí)功能。在功能安全方面，在各個(gè)控制器中都要實(shí)現(xiàn)故障診斷、冗余切換和傳感器信息診斷功能。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要在舒適性、安全性以及成本上均衡，從而提出多種系統(tǒng)構(gòu)型。典型構(gòu)型可以根據(jù)是否有機(jī)械備份、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的數(shù)量、路感反饋?zhàn)鲃?dòng)器的選擇，轉(zhuǎn)向輪的布置和電機(jī)的繞組數(shù)量進(jìn)行分類。機(jī)械備份是采用電磁離合器實(shí)現(xiàn)的，主要有兩個(gè)功能，一是安全冗余的功能，二是方向盤零位對(duì)正的功能。為了提高轉(zhuǎn)向的功能安全級(jí)別，目前有兩種提高轉(zhuǎn)向電機(jī)安全性的方法，第一種利用雙電機(jī)轉(zhuǎn)向器替換當(dāng)前的單電機(jī)轉(zhuǎn)向器，另一種方法是增加單電機(jī)的繞組數(shù)，利用六相永磁同步電機(jī)替換當(dāng)前的三相永磁同步電機(jī)。近年來(lái)，為了提高車輛的動(dòng)力學(xué)性能和安全性，提出多種轉(zhuǎn)向形式，包括前輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向、后輪隨動(dòng)轉(zhuǎn)向、四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向以及差動(dòng)轉(zhuǎn)向。汽車設(shè)計(jì)7.7.2路感反饋控制策略

路感反饋控制策略分為反饋力矩計(jì)算和主動(dòng)回正兩個(gè)部分。反饋力矩計(jì)算分為路感反饋力矩計(jì)算和力矩控制兩層;主動(dòng)回正包括回正邏輯判斷和回正過(guò)程控制。1.反饋力矩計(jì)算

路感反饋控制的目的是讓駕駛員轉(zhuǎn)向操縱輕松且穩(wěn)定，同時(shí)讓駕駛員感受到車輛的行駛狀態(tài)和路面情況，以便于駕駛員做出更佳的轉(zhuǎn)向策略。線控轉(zhuǎn)向路感反饋需要一定的保真模型以保證轉(zhuǎn)向的真實(shí)性和舒適性。得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的響應(yīng)帶寬和控制精度大大提高，使得模擬出上述的路感是完全可行的。路感反饋控制策略可以分為兩層，第一層是路感反饋力矩計(jì)算，第二層是路感反饋?zhàn)鲃?dòng)器閉環(huán)控制。電機(jī)電流閉環(huán)控制的方案相對(duì)成熟，路感反饋力矩計(jì)算一直是研究的重點(diǎn)。路感反饋力矩計(jì)算需要多方面的考慮，如信號(hào)計(jì)算的實(shí)時(shí)性、快速性、降低手感波動(dòng)和反映真實(shí)路況等。路感反饋力矩由3個(gè)部分組成，理想路感反饋力矩、機(jī)械系統(tǒng)補(bǔ)償力矩和主動(dòng)回正力矩。理想路感反饋力矩計(jì)算方法主要包括4種。

汽車設(shè)計(jì)

●傳感器測(cè)量的方法。通過(guò)傳感器測(cè)量齒條力大小，齒條力中包括路面條件、回正力矩以及輪胎特性等信息，從而保證路感的真實(shí)性，然而力傳感器的價(jià)格昂貴，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的成本增加?！駞?shù)擬合的方法?？梢灾苯訕?gòu)建反饋力矩關(guān)于方向盤轉(zhuǎn)角或者是方向盤轉(zhuǎn)角和方向盤轉(zhuǎn)速的MAP圖，常常用于駕駛模擬器等簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景。也可以選取車速信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)兩個(gè)參數(shù)，定義反饋力矩和方向盤轉(zhuǎn)角存在可變剛度，同時(shí)把反饋力矩設(shè)計(jì)成車速的多項(xiàng)式函數(shù)，形成反饋力矩關(guān)于車速和方向盤角度的MAP圖。參數(shù)擬合的方法計(jì)算簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性高，但缺乏路面信息和真實(shí)工況的反饋?！褴囕v動(dòng)力學(xué)計(jì)算法。通過(guò)獲取車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，計(jì)算得到反饋力矩。部分學(xué)者估算輪胎回正力矩及設(shè)計(jì)助力系數(shù)計(jì)算得到反饋力矩。估算回正力矩主要存在2類方法，第1類通過(guò)質(zhì)心側(cè)偏角估計(jì)，結(jié)合車輛橫擺角速度、車速和方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)得到輪胎側(cè)偏角，利用經(jīng)驗(yàn)輪胎模型得到輪胎回正力矩；第2類是通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)軟件與MATLAB/Simulink聯(lián)合建模，利用懸架和輪胎的彈性動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到輪胎回正力矩，再結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出反饋力矩。●齒條力估計(jì)法。采用齒條力估計(jì)法有兩個(gè)原因，單純由車速信號(hào)和方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)或者是車輛狀態(tài)信息得到的反饋力矩，駕駛員無(wú)法從手感中判斷路面信息，甚至是碰到減速帶和路緣，駕駛員也無(wú)法做出正確的判斷;另一方面是力傳感器的成本較高，采用電流傳感器和齒條位置傳感器成本較低，用轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)電流和齒條位置估算齒條力可以達(dá)到齒條力觀測(cè)精度和快速性需求，然后結(jié)合電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的助力策略計(jì)算出反饋力矩。齒條力估計(jì)法，可以反映真實(shí)路面，實(shí)時(shí)性較好。汽車設(shè)計(jì)2.路感評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)向路感客觀評(píng)價(jià)一直是重要的挑戰(zhàn)，有學(xué)者將轉(zhuǎn)向過(guò)程分為駕駛員主導(dǎo)的轉(zhuǎn)向階段和車輛主導(dǎo)的轉(zhuǎn)向階段。對(duì)應(yīng)上述兩個(gè)轉(zhuǎn)向階段，設(shè)置了四個(gè)準(zhǔn)則。前兩個(gè)準(zhǔn)則設(shè)定在駕駛員主導(dǎo)轉(zhuǎn)向階段，反饋力矩應(yīng)在駕駛員打算轉(zhuǎn)彎時(shí)告知駕駛員線控系統(tǒng)被激活；當(dāng)駕駛員進(jìn)入穩(wěn)定的彎道轉(zhuǎn)向，反饋力矩應(yīng)當(dāng)告知駕駛員轉(zhuǎn)向過(guò)程完成；第三個(gè)準(zhǔn)則產(chǎn)生于車輛主導(dǎo)轉(zhuǎn)向的過(guò)程，反饋力矩應(yīng)始終如一地引導(dǎo)駕駛員返回直線行駛狀態(tài)；最后的準(zhǔn)則設(shè)定轉(zhuǎn)向的所有過(guò)程，即反饋力矩在任何駕駛條件下，不能影響駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱感。除了上述相對(duì)定性的客觀評(píng)價(jià)，定量的客觀評(píng)價(jià)包括轉(zhuǎn)向靈敏度