液压助力转向试验台设计文献综述.doc

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液压助力转向实验台的设计

本科毕业设计（论文）

——文献综述

题目液压助力转向实验台的设计

姓名AAAAAAA

专业交通运输

学号111111111

指导教师AAAAAA

郑州科技学院车辆与交通工程系

二〇一五年三月

液压助力转向实验台的设计

摘要

汽车转向系是汽车安全行驶的一个重要组成总成之一，现在中高档轿车都采用电动助力转向器，一些重型卡车、货车都采用液压助力转向器。

主要针对液压助力转向器的结构、工作原理进行综合分析，结合转向器的机械系统和液压系统建立一个能够模拟汽车转向过程的试验台。

从而巩固自己的专业知识，也为日后的工作奠定基础。

关键词：

液压；转向系统；转向器；实验台

1.汽车转向系的概述

汽车转向即汽车行驶过程中，需按驾驶员的意志经常改变其行驶方向[1]。

就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一套专设的机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。

在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向阻力的作用自动偏转而改变行驶方向。

此时，驾驶员也可以利用这套机构使转向轮相反的方向偏转，从而使汽车向恢复原来的行驶方向。

这套用来改变和恢复汽车行驶方向的机构，称为汽车转向系统。

因此，汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意志进行转向行驶[2]。

2.汽车转向系的意义

汽车的转向系是汽车底盘的四大系统之一，是决定汽车性能的关键总成之一。

它直接影响着汽车的舒适性、平顺性、操纵稳定性和安全性，它对于确保车辆的行驶安全、减少交通事故以及保护驾驶员的安全、改善驾驶员的工作条件起着重要作用[3]。

如何使汽车具有良好的转向操作性能，一直以来都是各科研部门重要的研究课题。

尤其是在如今的智能化、科技化、高速化的时代，汽车具有良好的操纵性越来越受到人们的青睐[4-6]。

3.汽车转向系的现状及其发展趋势

3.1纯机械式转向系统

机械式的转向系统，由于采用纯粹的机械解决方案，为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘，这样一来，占用驾驶室的空间很大，整个机构显得比较笨拙，驾驶员负担较重，特别是重型汽车由于转向阻力较大，单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向，这就大大限制了其使用范围。

但因结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用[7]。

3.2液压助力转向系统（HPS）

1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统，此后该技术迅速发展，使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。

80年代后期，又出现了变减速比的液压动力转向系统。

在接下来的数年内，动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统，比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统（VariableDisplacementPowerSteeringPump）和电动液压助力转向（ElectricHydraulicPowerSteering，简称EHPS）系统。

变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下，泵的流量会相应地减少，从而有利于减少不必要的功耗。

电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵，由于电机的转速可调，可以即时关闭，所以也能够起到降低功耗的功效。

液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。

由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。

但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足[7]。

3.3汽车电动助力转向系统（EPS）

EPS在日本最先获得实际应用，1988年日本铃木公司首次开发出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，并装在其生产的Cervo（牡鹿）车上，随后又配备在Alto（奥拓）上。

此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。

日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英国的Lucas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。

EPS的助力形式也从低速范围助力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也进一步加强。

日本早期开发的车时提供助力，高速时EPS将停止工作。

新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能在高速时提高汽车的操纵稳定性。

随着电子技术的发展，EPS技术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将越来越大[7]。

3.4线控转向系统（SBW）

线控转向系统（SteeringbyWire-SBW）是更新一代的汽车电子转向系统，线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和转向轮之间的机械连接。

该系统具有2个电机：

路感电机和驱动电机。

路感电机安装在转向柱上，控制器根据汽车转向工况控制路感电机产生合适的转矩，向驾驶员提供模拟路面信息。

驱动电机安装在齿条上，汽车的转向阻力完全由驱动电机来克服，转向盘只是作为转向系统的一个转角信号输入装置。

线控转向系统能够提高汽车被动安全性，有利于汽车设计制造，并能大大提高汽车的乘坐舒适性。

但是由于转向盘和转向柱之间无机械连接，驾驶员感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较困难；且电子器件的可靠性难以保证。

所以线控转向系统目前处于研究阶段，只配备在一些概念汽车上。

相信在未来的科技发展下它将取代电动助力转向系统，标配在所有汽车上[7]。

4.主要设计成果

（1）针对液压助力转向系统分析机械机构原理和液压系统原理，建立液压助力转向系统的数学模型、转向阀控制动态模型、方向盘到齿轮的动力学方程[8]、方向盘与扭杆的动力学模型[9]。

（2）转向器总圈数的测定。

将转向器总成安装在试验台架上,输出端不加任何载荷，测定转向盘从一个极限位置转动到另一个极限位置所转过的总圈数。

转向器的总圈数是转向器设计的主要参数之一,因为就某一种型号的转向器而言,输入轴的位置与输出端的位置具有确定的关系。

如果试验中测得的总圈数小于设计要求,则装有此转向器汽车的转向轮就转不到位,这样会给汽车的运行带来困难。

（3）自由间隙的测定。

将装置或总成安装在试验台架上,在转向器处于汽车直线行驶位置时,将输出端刚性固定,转动转向盘,测出两个方向装置压力增加105Pa时转向盘转过的角度。

转向器的自由间隙使得汽车的转向动作滞后于驾驶员的操作,造成转向灵敏度降低。

但另一方面,传动间隙的存在有利于缓和路面冲击,使得驾驶员不致感到过分紧张。

现代轿车上广泛采用齿轮齿条式转向器很重要的原因之一就是它传动间隙小,只在齿轮齿条啮合处存在传动间隙,而且,还可以通过调整使得二者之间的间隙达到最小[10]。

（4）进行汽车转向模拟过程。

5.液压助力转向系统的试验

5.1实验装置

系统由25SCY-IB轴向柱塞泵作为液压动力源,实验流量为24升/分，系统实验压力为10MPa，油液的过滤精度为10微米。

液压转向器采用BBZI一E80型。

转向液压缸采用单出杆双作用耳铰式液压缸。

碳膜式控制电位器提供手动控制输入信号，该信号连同其它反馈信号经AT89552单片机处理后送入以驱动电源、WZM一2H090MK步进驱动器为主要元件的功率级,产生驱动脉冲信号，该脉冲信号驱动步进电机旋转,而步进电机带动全液压转向器旋转。

同时在转向液压缸相关部位设置了压力传感器和转角测量传感器。

测量系统采用上一下位机模式,下位机为AT89s52单片机上位机系统主要由工业控制计算机、PCIZoo6高速数据采集卡和LABVIEW软件组成[11]。

5.2试验内容

通过试验观察设计的液压助力转向系统是否能够精确且快速的跟随驾驶员的操作。

该部分试验完全利用数据采集系统，通过对采集得到的数据以及图形分析完成该部分。

通过试验观察设计的液压转向系统是否能够正确的反应出驾驶员的意图，能否稳定的转向[11]。

6.液压助力转向系统存在的问题

1、液压助力转向系统在汽车行驶时需要消耗一定的能量，增加了液压油泵、液压缸、油管和一些辅助装置，增加了汽车行驶时的油耗，其燃油经济性较差。

2、助力转向特性不能随着车辆速度的变化进行自动调节，无法兼顾车辆低速转向的轻便性和高速转向的转向路感。

3、转向回正性差。

液压助力转向系统在回正过程中，不可避免存在阀芯和阀套之间的残余角，即转向盘到中间位置时助力压差不能立即减少为零，形成阻碍回正的阻力矩，影响车辆转向的回正特性[12-16]。

总结

纯机械式转向系统结构简单、工作可靠、造价低廉，目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用；液压助力转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，在重型车辆上广泛应用；液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞，布置更方便，降低了转向操纵力，也使转向系统更为灵敏。

由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力，目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。

但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。

EPS以其特有的优越性而得到青睐，它代表着未来动力转向技术的发展方向，EPS将作为标准配置装备到汽车上，未来一段时间在动力转向领域占据主导地位；而SBW由于有利于提高汽车被动安全性、有利于汽车设计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因，将成为动力转向系统的发展方向[17]。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造[M].第五版.北京:

人民交通出版社,2005.

[2]李春明,焦传君.汽车构造[M].第三版.北京:

北京理工大学出版社,2013.

[3]苗立东.汽车液压助力转向器试验台的研制[D].江苏大学,2002.

[4]张文春.汽车理论[M].第二版.北京:

机械工业出版社,2009.

[5]李伟.图解新型汽车底盘拆装与检修[M].第二版.北京:

机械工业出版社,2013.

[6]左建令,吴浩.汽车转向系系统的发展及展望[J].上海汽车,2005.[7]

[8]高翔,赵金才,王若平等.液压助力转向系统的仿真分析[J].江苏大学学报,2003.

[9]

[10]张洪欣.汽车设计[M].第2版（修订本）.北京:

机械工业出版社,1989.

[11]张君君.电控液压助力转向系统的设计研究[D].江苏大学,2009.

[12]余卓平，赵志国，陈慧.主动前轮转向对车辆操纵稳定性能的影响[J].中国机械工程,2005.

[13]葛小铭.宝马E60主动转向系统结构与检修[J].汽车维修技师,2006.

[14]蒋励,余卓平,高晓杰.宝马主动转向技术概述[J].汽车技术,2005.

[15]李瑞源.宝马主动转向技术[J].汽车使用技术,2005.

[16]朱海.电动助力转向匹配分析及性能评价研究[D].吉林大学,2004.

[17]吴明.汽车维修工程[M].北京:

机械工业出版社,2009.

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