汽车转向系统概述

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作用在后倾角的垂直力
力矩 (Fzl Fzr)d sin sin
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作用在后倾角的垂直力
左、右车轮力矩方向相反，通过转接杆系 趋于平衡，平衡取决于左、右车轮载荷相 等。
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作用在后倾角的垂直力
载荷和后倾角影响到前束，并且不平衡的 载荷或者几何布置的不对称可能产生转向 偏移。
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第二种转向系统几何误差
对于转接杆位于车轮中心线后部的情况， 如果车轮向上跳动，则转接杆末端弧线轨 迹会产生向左转向运动，反之，车轮回弹 将产生向右转向运动。转向运动对于右侧 车轮相反。因此，当车辆沿道路行驶时， 每一个跳动循环都将产生前轮的前束和前 张。
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误差影响
由于这种情况下左、右车轮对称，所以车 身侧倾时两车轮会同时向一个方向旋转。
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不足转向
不足转向梯度为 Kstrg Wf (r p)
Wf —前轮载荷 r—车轮半径 Kss
p —与回正力矩相关的轮胎拖矩 —后倾角
Kss —轮胎与转向盘之间的转向刚度
后倾角和回正力矩的作用效果增加存在柔顺 性转向系统的不足转向。
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制动稳定性
在自由滚动条件下可有效产生类似于4度到 8度后倾角作用效果的轮胎回正力矩也可以 在制动过程中，改变转向方向。
用于改善低速操纵性能的反向后轮转向，不适于 高速转向，这是因为后轮的方向运动会带来过多 转向的影响。
四轮转向的主要优点来自于对瞬态转向特 性较好的控制。
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四轮转向
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不同四轮转向系统的侧向加速度响应
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不同四轮转向系统的车体侧滑角
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感谢！
汽车转向系统概述
汽车转向系统认识
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典型的汽车转向系统结构
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汽车转向系统概述
汽车转向系统的定义： 汽车转向系统是用 来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。
汽车转向系统的功能： 根据驾驶员的指令 输入操纵前轮，从而对车辆进行整体的方 向控制，改变和保持汽车的行驶方向。
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 。汽车转向系统是汽车安全必须要重视的 系统。
根据三角函数的知识，
余切是个反函数。函数
M
值越大角度值越小。
所以：>
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阿克曼几何关系
汽车转向行驶时，为 了避免车轮相对地面 滑动而产生附加阻力 ，减轻轮胎磨损，要 求转向系统能保证所 有车轮均作纯滚动， 即所有车轮轴线的延 长线都要相交于一点 。
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平行几何关系
平行几何关系：车辆转向行驶时，若满足 上述公式表示的条件，车辆才做纯滚动。 但实际中，车辆转向梯形机构很难在整个 转向范围内均满足该条件，通常只是近似 地满足。当内、外轮转向差别不大时，可 近似认为两者相等。此时的转向梯形为平 行几何关系。
转移到后轮，导致后轮侧偏刚度增加，前轮侧偏
刚度减小（不足转向。）
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四轮转向
后轮相对前轮向相反方向转向，可以减少转弯半
径，改进低速转向性能，从而改善操纵性能。通
常后轮转向是前轮的一部分。
r f
f
r
f
f
f (1 )

L R
转向半径
R

L
f (1 )
转向能源的转向系统。动力转向系统是在
机械转向系统的基础上加设一套转向加力
装置而形成的
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机械转向系统
转向系统图： 转向器
转向轴
转向摇臂
转向万向节
转向直拉杆
转向节臂
转向盘
转向节
梯形臂
横拉杆
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动力转向系统
机械转向器 转向摇臂
转向拉杆
转向油罐 转向油泵
转向动力缸
转向节 梯形臂
转向控制阀
转向横拉杆
属于转向加力装置的部 件是：转向油罐、转向 液压泵、转向控制阀和 转向动力缸。
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前束
车轮前束(Toe-in) 是指从上往下看两 个车轮指向的方向 。在前端指向内的 一对前轮(或后轮) 是车轮前束，指向 外的则称为车轮后 束(Toe-out)。车 轮的前束或后束可 用英寸、毫米或角 度来表示。
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第二种转向系统几何误差
误差来源：由于转接杆内侧铰点低于或高 于理想中心点而产生的。
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汽车转向系统的基础知识
分类：按动力源的不同分为机械转向系统 和动力转向系统。
机械转向系统：机械转向系统以驾驶员的 体力作为转向能源，所有传递力的构件都 是机械的，主要由转向操纵机构、转向器 和转向传动机构三大部分组成。
液压转向系统：动力转向系统是兼用驾驶
员体力和发动机（或电动机）的动力作为
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转向传动比
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不足转向
车辆的稳态转向特性通常用在转向盘上测 量的不足转向梯度来表征。因为转向系统 柔顺性的存在，使转向轮偏离转向盘的输 入，得到的结果受转向系统特性的影响。
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不足转向
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不足转向
此车辆转向盘不足转向梯度值很大，约为 150deg/g(图中转向盘梯度的初始斜率)。以 转向系统的传动比（36:1）转换到车轮上， 其梯度等于4deg/g。然而，单独测量车轮 转角发现，其初始斜率几乎水平——相当 于车轮的中性转向。当车轮的反作用力作 用于转向柔顺性时，转向转接杆系的变形 带来了这种差距。
Fzl, Fzr —左、右车轮垂直载荷；
d —地面侧向偏移量；
—侧向倾角； —转向角；
—后倾角；
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作用在侧向倾角的垂直力
力矩 （ - Fzl Fzr）d sin sin
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作用在侧向倾角的垂直力
当出现转角时，作用在左、右车轮的力矩 共同产生回正力矩，回正力矩阻碍转向运 动，带来不足转向。
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第一种转向系统误差
当左轮向上跳动或反弹时，转接杆的末端随着向 右拉动转向节臂的弧线运动。当转接杆在车轮中 心线后部时，就会产生向左转向效果。同样道理 ，右轮向上跳动或反弹时会导致右转向。所以， 当车轮不处于设计乘载高度时就会产生前束误差 ，而由于前轮载荷的变化，很难保持适当的前束 。
当转接杆铰点向内侧偏离中心点较远，右轮向上 跳动或反弹时，车轮会朝与上述方向相反的方向 运动，同样产生前束误差。
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转向系统工作原理
驾驶员在转向盘上施加的力矩及转向角， 使转向盘的旋转运动经转向器变换为直线 运动。转向器产生的横向直线运动由转向 杆系传至左、右车轮的转向节臂。
车轮转向时，为获得左右不等的转向角， 转向杆系构成的几何形状通常设计成不等 边四边形，被称做“转向梯形”。通过转 向梯形使两侧转向绕主销转动。
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前轮前束
前轮前束：消除前轮外倾的影响。使前轮 每一瞬间的滚动方向接近正前方。保证车 轮的直线前进。
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几何布置
车轮外倾角与前束通常是转向特性和高速 转向响应的次要因素。车轮外倾是为了使 实际载荷下的车辆不产生车轮外倾角。通 常选择较小的静态前束角是为了使在地面 存在驱动力及或滚动阻力时得到零角度。 通常，这些角度的设置更多的是考虑前轮 磨损，而不是操控。
向右转弯，车身向左倾斜引起左侧车轮向 上跳动，右侧车轮回弹。所以，两前轮同 时向左转向（与转向方向相反），增加了 车辆方向响应的不足转向效果。如果转向 横拉杆内侧铰点位于理想中心点上方，则 会产生过多转向。
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前轮几何布置
转向系统的重要元素不仅包括上述可见的 杆系，还有与车轮转向旋转轴相关的几何 布置。这种几何布置决定了作用在转向系 统的力和力矩，并影响其整体的性能。
误差：几何误差引起的前束误差和增大不 足转向的转向几何误差
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理想的转向系统转接杆系
理想的转向系统转接杆系应设计成它与转 向节臂连接球头画的运动弧线会精确地跟 随当悬架发生位移时转向节臂的弧线。
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第一种转向系统误差
如果转接杆铰点偏离圆心，当车轮向上跳 动或反弹时转向几何误差就会引起转向作 用。
1.驱动推力侧向分量—这类机制影响比较小，在 方向上是过多转向。
2.相对于转向轴作用的驱动力矩—与驱动轴几何 布置和转向时车身侧倾角度密切相关，这种机制 在方向上是不足转向。
3.侧向力损失—轮胎特性引起不足转向。
4.回正力矩增量—回正力矩促使车辆背离转向方 向，由此产生不足转向。
5.前、后轴载荷转移—车辆加速时，载荷动态地
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制动稳定性
如图所示，在低制动系数情况下，回正力 矩使轮胎向行驶方向转动，作用在转向轮 上就是试图将车辆偏离转向方向（不足转 向效果）。
在高制动系数条件下，回正力矩方向相反 ，可能达到较高负值，这使得轮胎试图向 转向方向转动（过多转向效果）。
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前轮驱动不足转向影响
前轮驱动车辆上与节气门开/关变化相关机制：
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牵引力
作用在主销偏距上的牵引力 Fx ，产生如
下总力矩 MT (Fxl Fxr)d
Fxl Fxr——左，右车轮上的牵引力（向前
为正） d——偏距 偏距——转向轴与地面的交点到车轮中心
平面的侧向距离。
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牵引力
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牵引力
左、右两侧的力矩方向相反，通过转接杆 系趋于平衡。非平衡状态，例如轮胎爆胎 、制动器故障或者对开系数的路面，都会 产生与侧向偏距大小相关的转向力矩。

侧向力
作用在轮胎中心的侧向力Fy ,通过由后倾角 带来的纵向偏移构成力矩，如图所示：
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侧向力
总力矩为 ML (Fyl Fyr)r tan
Fyl ，Fyr ——作用在左、右车轮的侧向力（ 向右为正）；
r ——轮胎半径
——主销后倾角。
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侧向力
通常，侧向力取决于转向角和转向工况， 且正的后倾角产生与车辆转向方向相反的 力矩。因此，它是产生不足转向的主要因 素。