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详解汽车转向系统的构造与原理

来源:金沙乐娱app9908下载网 2020-07-29分类:底盘件 阅读:

底盘转向系统常识概览
1.转向系统的概念

传统的汽车转向系统是使用位于驾驶员前方的方向盘,通过一系列传动机构转动前轮,进而对整车施加横摆角速度和横向位移的控制机构。

转向系统包括如下部件:方向盘、转向管柱、转向机(转向器)、转向扭矩传感器、方向盘转角传感器。

                   

 

目前大众和斯柯达两大品牌均采用前轮转向来实现车辆操控,部分高端车型也将会引进后轮随动转向系统,通过这一系统可以进一步减小转弯半径,提升车辆行驶时的动态稳定性;目前上汽通用旗下豪华品牌凯迪拉克CT6上配置了TRW为其开发的后轮随动转向,其绕桩性能明显优于纯前轮转向车辆。

2.转向工作原理

系统工作时,其输入来源于驾驶员施加在方向盘上的转动力矩,然后能量按照下面的路径传递,

  • 驾驶员在方向盘上施加转动力矩和角度;

  • 方向盘带动转向柱转动;

  • 转向柱通过其底部和转向机相连的齿轮齿条机构,将转向柱的转动和驱动电机的助力变为转向机齿条的横向直线运动;

  • 转向机两端的转向横拉杆,通过推动或拉动转向节来改变车轮的方向;

  • 车轮与地面间产生横向力,车辆转向。

转向的阻力主要来源于车轮转动时和地面产生的摩擦力(和前轴载荷的关系很大,一般来说前轴载荷越大,轮胎与地面的摩擦力也就越大),次要来源于系统内部摩擦力。早期的转向系统,是纯粹的机械结构,笔者曾今也开过早期的五菱神车,方向盘非常的重,夏天的时候原地掉头和蒸桑拿并无区别。这样驾驶员的体验必然是很糟糕的,于是就有了“助力转向”的概念。

3.转向系统类别

助力转向分为多种:

  • 液压助力转向 Hydraulic Power Steering

  • 电动助力转向 Electric Power Steering

  • 线控转向(已经不是“助力”了)Steering by Wire

?3.1.液压助力转向

液压助力转向是最早出现的助力转向,其助力的动力源是发动机,具体的工作原理如下:

在机械转向的工作流程中把液压助力系统加进去:驾驶员在方向盘上施加转动力矩和角度;方向盘带动转向柱转动;转向柱通过其底部和转向机相连的齿轮齿条机构,将转向柱的转动变为转向机齿条的横向直线运动;发动机的转动,带动转向助力泵转动,产生高压液体液压通过转向油管传递到液压助力转向机上;液压推动液压助力转向机上的双作用液压缸的活塞,产生压力,对齿条的横向直线运动进行助;转向机两端的转向横拉杆,通过推动或拉动转向节来改变车轮的方向;车轮与地面间产生横向力,车辆转向。

?3.2.电动助力转向

随着技术的发展,当下主机厂越来越多都会采用电动助力转向,下面大家重点聊聊这三种类型的转向机:

第一种是对转向柱的转矩进行助力,这种叫C-EPS(Column-EPS),其工作原理如下:

当驾驶员转动方向盘时,安装在管柱上的位移传感器和位移传感器会将信号传输至ECU模块,ECU给安装在管柱上的驱动电机发出指令,由电机带动涡杆驱动安装在管柱中心轴上的涡轮盘转动,力矩通过中间轴传给转向机输入轴,从而带动拉杆左右移动,完成转向动作。

第二种是在转向机上对齿条的直线运动进行助力,这种叫R - EPS (Rack - EPS),而R - EPS根据传动的方式不同,又可以分为R-EPS和DP-EPS(双小齿轮EPS),其工作原理如下:

对于DP-EPS(双小齿轮转向机),当驾驶员转动方向盘时,力矩通过转向管柱和中间轴传递到转向机输入轴上,输入轴内的扭杆将位置信号和力矩信号传递至ECU模块,ECU给安装在转向机上的助力电机发出指令,助力电机驱动蜗杆,带动涡轮盘转动,安装在涡轮上的蜗杆驱动齿条左右移动,从而完成转向动作;Rack-EPS的工作原理与DP-EPS类似,这里就不再先容。

第三种是采用循环球带传动转向机(APA),其主要原理如下:

当驾驶员转动方向盘时,力矩通过转向管柱和中间轴传递到转向机输入轴上,输入轴内的扭杆将位置信号和力矩信号传递至ECU模块,ECU给安装在转向机上的助力电机发出指令,助力电机驱动循环球转动,进而驱动齿条左右移动,完成转向动作。

?3.3.线控转向

线控转向与传统的转向系统相比,取消了中间轴模块,驾驶员转动方向盘时,力矩信号直接传递至电机ECU,进而助力电机通过驱动涡轮蜗杆结构带动齿条左右移动,完成转向;但由于取消了机械硬连接中间轴,因此对电控和冗余系统设计提出了更高的要求;目前市面上已经量产的车型只有英菲尼迪Q50;笔者了解到,目前业内知名供应商舍弗勒在这一领域已经取得重大进展,预计在2021既可实现量产。

在汽车产业变革与发展的今天,智能化与自动化无疑已经成为各大OEM争相争夺的技术制高点;目前底盘研发团队就线控转向项目已经与诸多主流供应商与科研院所展开战略合作,努力在转向技术领域占据制高点。


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