汽车四轮转向系统实验台实验指导书

  
汽车四轮转向系统实验台实验指导书
一.结构与原理
所谓四轮转向,是指后轮也和前轮一样具有一定的转向功能,不仅可以与前轮同方向转向,也可以与前轮反方向转向。其主要目的是增强轿车在高速行驶或在侧向风力作用下的操纵稳定性,改善低速时的操纵轻便性,在轿车高速行驶时便于由一个车道向另一个车道的移动调整,以减少调头时的转弯半径。
目前的轿车转向分为前轮转向(2WS)和四轮转向(4WS),前者普遍使用,后者是近年出现的一种新技术,主要应用在一些比较高级和新型轿车上。
所谓四轮转向,是指后轮也和前轮相似,具有一定的转向功能,不仅可以与前轮同方向转向,也可以与前轮反方向转向。其主要目的是增强轿车在高速行驶或者在侧向风力作用下的操纵稳定性,改善低速时的操纵轻便性,在轿车高速行驶时便于由一个车道向另一个车道的移动调整,以及减少调头时的转弯半径。

四轮转向装置按照前后轮的偏转角和车速之间的关系分为两种类型:一种是转角传感型,另一种是车速传感型。转角传感型是指前轮和后轮的偏转角度之间存在着一定的因变关系,即后轮可以按前轮偏转方向做同向偏转,也可以做反向偏转。车速传感型是根据事先设计的程序规定当车速达到某一预定值时(通常为35至40公里/小时),后轮能与前轮同方向偏转,当低于某一预定值时,则与前轮反方向偏转。目前的四轮转向轿车既有采用转角传感型,也有采用车速传感型,还有二者兼而用之的。例如马自达929型轿车的四轮转向就是具有两种类型的特点。
从汽车转向的基本过程来看,无论采取怎样的转向形式,都是使汽车在转弯时产生重心的平移和绕着重心的转动,这两种运动的结合促使汽车完成了转向的过程。当汽车方向盘的转角和车速都确定下来的时候,那么前轮转向汽车的行驶状态是单一的,而四轮转向汽车的行驶状态则会随着后轮与前轮之间的角度不同或相同而变得多种多样,这是两轮转向和四轮转向的根本差别所在,也是后者比前者优越的关键之处。汽车前轮在做转向时,会产生一个作用在前轮的侧向力,这时后轮也会产生一种离心力,这种作用力就会使车辆在垂直轴线方向上产生一个扭矩,增大了倾翻作用力使车辆不能稳定。而有四轮转向装置的汽车,前后轮会相互配合,减弱倾翻作用力,侧滑也会减少,从而保障了行车的安全。
汽车在做直线行驶时,由于受到车速和路面侧向风的影响经常会走偏。这时有四轮转向装置的汽车的微处理机就会根据车速和前轮转角加以计算,确定后轮的转角数值,以变动对变动来保持车子行驶的稳定性。
四轮转向轿车的前后轮转向装置之间的联系形式有机械式,也有液压式、电子式等。目前四轮转向装置已将机械、液压、电子、传感器及微处理机控制技术紧密结合在一起,在很大程度上改善轿车的转向特性,提高操纵稳定性。
四轮转向系统是一个电子控制后轮操纵系统。该系统有4个主要部分:前轮定位感应器,可操纵的固定偏轴伞齿轮后轴,电动发动机驱动的执行机构,控制单元。
转向盘位置和车辆速度传感器不断将数据传输给控制单元,控制单元据此确定后轮的转向角度。该系统有3种基本状态——正相、相、中间和负相。在较低速度的负相,后轮与前轮方向相反;中速时,后轮保持直行;高速时的正相,后轮与前轮方向相同。
高速时后轮与前轮保持相同的方向,可保证更高的稳定性,减少汽车在完成一项操纵动作时产生的偏摆和转动,使汽车即使在恶劣路面条件下也能在直行、转向或闪避时保持稳定的操纵响应。
使用该系统,高速行驶时的牵引稳定性也得到提高。后轮的正相状态会减小主车和拖挂车之间的铰接角度,减小拖车作用在主车后轮上的侧向力,避免主车和拖车的摇摆。
四轮转向系统同时改善了低速行驶时的操控性,与使用两轮转向系统相比,拖车更接近主车的行驶轨迹。在一些特殊行驶状态下,如市区交通堵塞、拖带挂车倒车和泊位时,四轮转向系统大大提高了操控性。
通过电子化控制后轮的方向,可以减小重型卡车的转弯半径。按照通用汽车公司对使用四轮转向系统的大型SUV和卡车的测试,转变半径平均减小了19%。一种重型卡车的转变半径从14m减小到11.4m。
(一)叶片式转向油泵
叶片式转向油泵按其转子叶片每转供油次数和转子轴的受力情况可以划分为单作用非卸荷式和双作用卸荷式两大类。北京切诺基吉普车采用双作用卸荷式叶片油泵,如图所示,由转子1、叶片2、定子3、轴4、配油盘5和壳体等机件组成。

叶片泵的液压试验
叶片泵工作是否正常除了观察叶片泵的工作噪音是否明显增大之外,可以通过叶片泵的液压试验来鉴别。其方法是:
1)在叶片泵的出油管和转向机的进油口之间串接一个满量程约为10OMPa的压力表和一个开关,打开开关;
2)使转向盘处于汽车直线行驶位置;
3)起动发动机,使动力转向油液达到正常工作温度(77℃)。此时,压力表读数应小于1030kPa,如果超过此限,应检查转向器和油管等是否堵塞;
4)关闭开关(关闭时间不要超过5s),压力表的读数应不低于5OMPa;记录读数,连续启闭开关三次,读数值差应在345kPa以内;如果压力差和读数不符合上述规定,应检查叶片泵溢流阀工作情况以及泵芯(转子、定子、叶片和配油盘等)的磨损情况。
(二)动力转向器如下图所示。

(三)转阀式分配阀

其中图a)所示为汽车处于直线行驶时的状态,此时分配阀的转阀2处于中间位置。由转向油泵输入的压力油通过阀体1周围的油孔进入阀体后,流过转阀与阀体纵槽槽肩处的间隙(此时左右间隙相同),同时与动力缸的上下油腔相通,使齿条--活塞上下受到的油压相同,当然就没有助力作用。进入的压力油同时又通过转阀2上的回流孔流回到转向油泵,形成循环。
图b)所示为汽车转向时的情况。转向盘转动分配阀中央的扭杆弹簧3和转阀2,再通过扭杆弹簧带动阀体和转向机螺杆,由于转向阻力的作用,使扭杆弹簧发生扭转,造成阀体相对于转阀转过了一个角度,这样就使进油口进入的压力油只能流向转阀和阀体纵槽槽肩处间隙变大的一边,并通过阀体上的出油口流向接通了的动力缸的一侧腔室,此时动力缸的另一侧腔室就与进油口隔绝,其中的油液通过阀体内另一组纵槽槽肩处间隙变大的另一边,与转阀的回油孔相通,形成了泄压通道。这样就造成了齿条--活塞的一侧受到压力油的作用,而另一侧处于泄压状态,这种压力差就造成了助力作用。
当汽车直线行驶时,转阀处于中间位置,来自动力转向泵的高压油从转向器壳体的进油口流到阀体的中油环槽,经过其槽底的通孔进入阀体和转阀之间,此时因转阀处于中间位置,所以进入的油液就分别通过阀体和转阀纵槽槽肩形成的、两边相同的间隙,再通过转阀的纵槽和阀体的纵槽以及它们槽底的孔通向阀体外圆的下油环槽和上油环槽,然后通过壳体的两条油道与转向机齿条--活塞的上、下腔相通,使上、下腔油压相同。此时齿条--活塞即没有受到转向螺杆转动所造成的轴向移动力,又没有受到两侧动力腔因压差所造成的轴向力,所以齿条--活塞处于中间位置,转向助力作用不存在。流入阀体内腔的油液在通过转阀纵槽和两边相同的纵槽侧隙后,通过转阀上的径向通孔流到转阀与短轴组件之间的空隙,再流到阀体组件和调整螺塞之间的空隙处,最后经壳体回油口流回转向油泵储油罐,形成常流式的油液循环。
向左转向时,短轴在转向轴的驱动下逆时针方向转动,短轴一方面通过其下端的销钉30拨动转阀同步转动,另一方面又通过其上端的销钉2拨动扭杆轴上端同步转动,这个转动力通过扭杆轴传给其下端经三角形花键固定着的下端轴盖14,下端轴盖又通过其圆周边缘上的缺口传给固定在阀体上的销钉29,进而拨动阀体转动,阀体的转动就应通过其下端缺口经销钉16再直接传给转向机螺杆,但由于转向阻力的关系,要拨动转向螺杆必须有足够的转动力矩,这个力矩就使扭杆轴发生弹性扭转,这样就造成阀体转动角度小于转阀转动的角度,使阀体和转阀发生了角位置的错移,从而使阀体和转阀的纵槽错开,造成一侧间隙减小,而另一侧间隙加大的情况,这样就使流入阀体的压力油流向间隙增大的一边,并通过转阀的纵槽、阀体上的油孔和阀体外圆的下油环槽,流过转向器壳体油道进入齿条--活塞的上油腔,使油腔内油压增高。与此同时,由于转阀和阀体的相对角位置错移,同样造成的另一组纵槽的错开,使得与阀体的上油环槽相通的一侧油道间隙增大,这样就使齿条--活塞下油腔的油液经过转向器壳体油道、上油环槽及槽底油孔进入阀体和转阀的另一组纵槽,并通过增大的间隙和转阀的油孔流到阀体组件和调整螺塞之间的空隙,再经壳体的回油口流回转向油泵的储油罐。由于齿条--活塞的上腔压力增高,而下腔油液能自由流回储油罐,压力很低,这种压差就造成了对齿条--活塞向下移动的推力,这个推力和转向时通过扭杆轴下端盖、阀体下部传给转向螺杆的转向力是相同方向的,因此就起了明显的助力作用。
右转向时的整个情况与左转向时基本相似,不同的是由于转向方向相反,造成的阀体和转阀的角位置错移相反,以至于进入转阀的油液经过阀体和转阀的纵槽和间隙之后,流到转阀的上油环槽,进而流到动力缸的下腔,而动力缸上腔的油液经过阀体的下油环槽进入阀内之后,经过阀体和转阀的间隙仍然流到阀体组件与调整螺塞之间的空隙,再通过出油口流回转向油泵的储油罐,这样就造成了齿条一活塞的下腔压力增高而上腔油液自由回流、压力很低的情况,这个压力差对齿条一活塞的向上推力与转向时通过扭杆轴传来的转动力方向一致,因此同样起到了助力作用。
二、转向传动机构的装配与调整
1.前轮前束的检查与调整
(1)什么是前轮前束
所谓前束是指两前轮轴前轮距A小于前轮轴后轮距B的差值。其标准前束值为B-A=0-3毫米,如图所示。

(2)检查和调整前轮前束时应先做好的工作
①轮毂轴承紧度应符合技术要求;
②轮胎气压应符合原车使用规定;
③为使车轮处于实际工作状态,消除各运动副之间的间隙,应把汽车停放在平坦紧实的路面上,使两前轮处于直线行驶的位置,并向前推动一段距离。
(3)检查方法
①将前桥顶起使两前轮悬空。
②在两前轮胎面中心处,沿整个圆周涂约20-40毫米宽的白粉笔印迹。
③在尽可能地靠近胎面中心处安置划针,转动车轮,让划针在粉笔印迹内沿整个圆周画出细线标记,如图所示。

④放下两前轮,检查汽车两前轮是否处于直线行驶的位置,必要时转动方向盘进行调整。
⑤将前束尺针尖的高度调到与前轮中心高度相等,如图所示。

⑥用前束尺分别在前桥前面和后面测出两前轮的轮距A和B。
⑦将B值减去A值即得前束值。
若所检测的前束值不符合规定应进行调整。
(4)调整方法
前束的调整如图所示。

 
①拆下开口销1,松开螺母2。
②向上扭转调整管3,前束值增大;反之前束值减小。
③调整正确后,扭紧螺母2,装上开口销1。
2.转向角的检查与调整
汽车的最小转弯直径不应大于12米,否则应进行调整。
(1)检查方法
①在两前轮胎面上涂上白灰浆;
②将方向盘往左、右转到极限位置,使用低速档行驶;
③测出左、右最小转弯直径。
若测量结果不符合要求时,应进行调整。
(2)调整方法
①松开锁紧螺母;
②顺时针旋入调整螺钉,直到最小转弯直径符合规定时为止(注意:将方向盘往左、右转到极限位置后,车轮不应触及叶子板等其它机件);
③调好后扭紧锁紧螺母。
3.方向盘游动间隙的检查与调整
(1)什么是方向盘的游动间隙
所谓方向盘的游动间隙是指转动方向盘时,前轮不发生偏转而方向盘所能转动的角度。其标准值应小于14°,方向盘转动弧长应小于37毫米,如图所示。

(2)检查方法
①使两前轮处于直线行驶的位置;
②将游隙检查器的刻度盘和指针分别夹持在转向轴管和方向盘上,如图所示;

③向左(右)转动方向盘至感到有阻力时,记下指针所指的位置;再向右(左)转动方向盘至感到有阻力时为止。此时;指针在刻度盘上所划过的角度就是方向盘的游动间隙。
若发现游动间隙过大,应查明原因,及时调整,以保修理质量。
(3)调整方法
①调整前,检查转向器、转向摇臂、联轴节、转向拉杆和转向节各连接和固定部位是否松动,必要时予以紧固和调整。
②调整转向器的扇齿和齿条的啮合间隙。松开锁紧螺母1,顺时针转动调整螺钉,使啮合间隙减小,扭紧锁紧螺母。
三.马自达汽车四轮转向系统如下图所示。