转向系统设计手册

转向控制系统的开发和设计

1 转向控制系统的概述

1．1转向控制系统一般包括转向操纵机构和转向器总成

1．1．1转向操纵机构

驾驶员操纵转向器的工作结构，主要包括转向盘、转向轴、转向管柱等。（建议附图）1．1．2 转向器

将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。转向器一般固定在汽车车架上或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。

1．2 转向控制系统的类型

根据转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系和助力转向系两大类。

1．2．1 机械转向系

以驾驶员的体力（手力）作为转向能源的转向系，其中所有传力件都是机械的。

1．2．2 助力转向系

兼用驾驶员的体力和发动机（或电机）的动力为转向能源的转向系。它是在机械转向系的基础上加设一套转向加力装置而形成的。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，而大部分是由发动机（或电机）通过转向加力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还应当由驾驶员独立承担汽车转向任务。

1．3 整车对转向控制系统的要求

要求它工作可靠，操纵要轻便灵活，还应能减弱或避免地面施加在转向车轮上的冲击传到转向盘上，同时又要是驾驶员通过转向盘对转向过程中车轮与地面之间的运动情况保持适当的路感。另外，当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。

汽车的转向操纵性能并不完全取决与转向系，它还于行驶系有关。汽车在直线行驶中，转向轮会受到偶然出现的地面侧向反力而发生意外偏转，从而使汽车意外转向。为了使汽车能稳定地保持直行方向，要求转向轮偶然发生偏转后，能立即自动回复到直线行驶的位置。

1．4 设计原则

1．4．1根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用情况（含道路状况、使用条件及用户群体等）确定转向控制系统的总体方案，为系统各零部件的选型提供依据；

1．4．2根据车型提供的整车参数，结合各项法规的要求，初步分析各所选转向零部件与整车匹配的合理性；

1．4．3根据整车的要求，制定试验方案进一步验证整车转向控制系统匹配和各元件选型的合理性。

1．5 技术发展现状和趋势

目前，世界上大多数普通车辆使用机械式转向系统和一般助力转向系统（无电控装置），但在高档车上，对转向性能的要求已不再是单纯的为了减轻操作强度，而是根据车速和行驶条件的不同产生相应的、合适的转向力。理想的助力转向系统应在停车状态时能提供足够的助力，使原地转向容易，而随着车速的增加助力逐渐减小，在高速行驶时则无助力或助力很小，以保证驾驶员有足够的路感。这就出现了可变助力的助力转向系统，并且有广泛应用的倾向。

（1）可变助力的液压助力转向系统

ZF公司生产的可变助力的液压助力转向系统能在低速调头和停车时提供95%的助力，以后随着车速的提高提供路感和精确的手动控制而逐渐减小到65%，并可根据行驶状态和需要而精确地进行调节，不受因温度变化，而引起油量或黏度变化的影响。

美国塞其诺公司以电子装置调整可变助力的液压助力转向系统，是用一个被称为电子可变量孔的装置来达到可变助力效果的。电子控制模块可根据车速信号和给定的特性，操纵电磁阀量针在量孔中上，下移动，以控制油泵的流量。这样，当车速增加时流量将随之减小。

（2）可变助力的电动助力转向系统

电动传动用电动机代替液压缸，电动机由汽车电源供电。电动转向系统中的传感器检测出其运动情况，使电动机产生足够大的动力带动转向轮做适当的偏转，电动转向系统用电子开关代替了液压动力转向中的液压分配阀。

电动转向系统能根据不同情况产生适合不同车速的助力转向。与液压助力转向相比，重量轻25%，零件少，另因其只在转向时工作，节省燃油。

另外为防止人员受伤，采用网状结构的转向盘轮缘、安全气囊、可分离式安全转向操纵机构、缓冲吸能式转向操纵机构、

2．设计方案初步规划

2．1 各主要零部件的选型及相关注意事项：

2．1．1 转向器总成（以下只适用于机械循环球齿条齿扇式转向器）

机械循环球齿条齿扇式转向器正效率很高、操纵轻便、结构简单、使用可靠寿命长、调整方便、齿形的几何参数对传动工作的影响不敏感、易于实现变传动比。因而广泛应用于各类各级汽车。

2．1．1．1 通过对所开发车型与已开发同类车型（或标杆车）的比较及所开发车型的前桥负荷,初步确定转向器总成的结构和相关参数。故在选取时应遵循以下原则；

2．1．1．2转向器结构选型原则：

1）、根据整车布置尺寸，确定转向器结构尺寸。

2）、根据使用和成本状况，确定是否使用通气螺塞。

2．1．1．3 转向器参数选型原则：

1）、根据转向盘布置形式，确定是左置转向器或右置转向器。

2）、根据前桥负荷，选定转向器输出扭矩及输入轴花键。

3）、根据车型的最小转弯半径确定转向摇臂输出摆角能否满足使用要求。

4）、根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用情况，确定转向传动比是否采用变传动比形式。

5）、根据产品信函（或项目描述书）所描述的整车的使用情况，确定传动间隙特性。

2．1．2 转向摇臂选型原则：

1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据车型的最小转弯半径确定转向摇臂在转向器上的中间位置。

3）、根据车型总布置，确定转向摇臂的偏距和长度。

2．1．3 转向传动轴及管柱的选型原则：

1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据点火开关和组合开关确定转向传动轴及管柱的形式。

3）、根据整车需要或成本考虑确定是否采用双万向节结构，转向盘可调结构或缓冲吸能结构。2．1．4 转向盘选型原则：

1）、根据标杆车进行类比。

2）、根据总布置确定转向盘直径。

3）、根据整车需要或成本考虑，是否采用防伤转向盘。

2．2 初步分析计算：

2．2．1 根据以上对转向控制系统的初步规划和主要零部件的选型后需要对整个转向控制系统的匹配进行初步分析计算，考察所选配置与整车、所选配置在整车上的应用与相关行业标准的符合性，必要时重新调整配置；

2．2．2 分析计算过程中的相关注意事项：

2．2．2．1 转向盘的自由行程：根据行业标准汽车在时速100km/h以上时，转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向任一方向的自由行程不超过10°。