汽车方向盘转向系统研究

汽车转向系统的运作原理研究

当汽车驾驶人员转动方向盘时，我们知道，车轮就会随之转动。这是一种机械传动关系，而且，为了使车轮转向，方向盘和轮胎之间存在许多有趣的运动。我们将了解一种最常见的方向盘与汽车前轮的位置转向器的工作原理：齿条齿轮式转向系统。

当汽车转向时，两个前轮并不指向同一个方向，对此你可能会感到奇怪。根据力学分析可知，在汽车转向时会存在离心力的作用，为了消除离心力的影响，汽车的自重会分出来做向心力抵消影响。而且，两个前轮并不指向同一个方向，可以加大摩擦力抵消离心力影响。根据运动学可知，两个前轮并不指向同一个方向，其合方向是汽车重心转动的方向。转向原理是：当汽车转向时，每个轮胎的运动轨迹和汽车的运动轨迹一样，都是圆弧。要让汽车顺利转向，每个车轮都必须按不同的圆圈运动。由于内车轮所经过的圆圈半径较小，因此它的转向角度比外车轮要大。而转向拉杆具有独特的几何结构，可使内车轮的转向角度大于外车轮。

齿条齿轮式转向系统已迅速成为汽车、小型货车等普遍使用的转

向系统，其工作机制非常简单。齿条齿轮式转向系统工作原理：小齿轮连在转向轴上，转动方向盘时，齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上。齿条齿轮式齿轮组有两个作用：一是将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性运动。另一个是提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。

在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止位（从最左侧转到最右侧）。汽车转向角度是有限的，一般在45度。方向盘的三到四周把车轮从一个锁止位转到另一个锁止位的角均分，以免转动过激发生危险。向盘转向程度与车轮转向程度之比就定义为转向传动比。例如，如果将方向盘旋转一周（360 度）会导致车轮转向30度，则转向传动比就等于360除以30，即12:1。比率越高，就意味着要使车轮转向达到指定距离，方向盘所需要的旋转幅度就越大。但是，由于传动比较高，旋转方向盘所需要的力便会降低。这关乎省力与省距离。不同类型的车辆应该选择其合适的传动比。一般而言，轻便车和4运动型汽车的转向传动比要小于大型车和货车。比率越低，转向反应就越快，只需小幅度旋

转方向盘即可使车轮转向达到指定距离。这正是运动型汽车梦寐以求的特性。由于这些小型汽车很轻，因此比率较低，转动方向盘也不会太费力。有些汽车使用可变传动比转向系统，在此系统中，齿条齿轮式齿轮组的中心与外侧具有不同的齿距（每厘米的齿数）这不仅能提高汽车转向时的响应速度，还能减少车轮在接近转向极限时的作用力。