汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗臺實驗指導
一、結(jié)構(gòu)與原理:
所謂四輪轉(zhuǎn)向,是指后輪也和前輪一樣具有一定的轉(zhuǎn)向功能,不僅可以與前輪同方向
轉(zhuǎn)向,也可以與前輪反方向轉(zhuǎn)向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或在側(cè)向風力作用下的操縱穩(wěn)定性,改善低速時的操縱輕便性,在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調(diào)整,以減少調(diào)頭時的轉(zhuǎn)彎半徑。
目前的轎車轉(zhuǎn)向分為前輪轉(zhuǎn)向(2WS)和四輪轉(zhuǎn)向(4WS),前者普遍使用,后者是近年出現(xiàn)的一種新技術(shù),主要應用在一些比較高級和新型轎車上。
所謂四輪轉(zhuǎn)向,是指后輪也和前輪相似,具有一定的轉(zhuǎn)向功能,不僅可以與前輪同方向轉(zhuǎn)向,也可以與前輪反方向轉(zhuǎn)向。其主要目的是增強轎車在高速行駛或者在側(cè)向風力作用下的操縱穩(wěn)定性,改善低速時的操縱輕便性,在轎車高速行駛時便于由一個車道向另一個車道的移動調(diào)整,以及減少調(diào)頭時的轉(zhuǎn)彎半徑。
四輪轉(zhuǎn)向裝置按照前后輪的偏轉(zhuǎn)角和車速之間的關(guān)系分為兩種類型:一種是轉(zhuǎn)角傳感型,另一種是車速傳感型。轉(zhuǎn)角傳感型是指前輪和后輪的偏轉(zhuǎn)角度之間存在著一定的因變關(guān)系,即后輪可以按前輪偏轉(zhuǎn)方向做同向偏轉(zhuǎn),也可以做反向偏轉(zhuǎn)。車速傳感型是根據(jù)事先設(shè)計的程序規(guī)定當車速達到某一預定值時(通常為35至40公里/小時),后輪能與前輪同方向偏轉(zhuǎn),當?shù)陀谀骋活A定值時,則與前輪反方向偏轉(zhuǎn)。目前的四輪轉(zhuǎn)向轎車既有采用轉(zhuǎn)角傳感型,也有采用車速傳感型,還有二者兼而用之的。例如馬自達929型轎車的四輪轉(zhuǎn)向就是具有兩種類型的特點。
從汽車轉(zhuǎn)向的基本過程來看,無論采取怎樣的轉(zhuǎn)向形式,都是使汽車在轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生重心的平移和繞著重心的轉(zhuǎn)動,這兩種運動的結(jié)合促使汽車完成了轉(zhuǎn)向的過程。當汽車方向盤的轉(zhuǎn)角和車速都確定下來的時候,那么前輪轉(zhuǎn)向汽車的行駛狀態(tài)是單一的,而四輪轉(zhuǎn)向汽車的行駛狀態(tài)則會隨著后輪與前輪之間的角度不同或相同而變得多種多樣,這是兩輪轉(zhuǎn)向和四輪轉(zhuǎn)向的根本差別所在,也是后者比前者優(yōu)越的關(guān)鍵之處。汽車前輪在做轉(zhuǎn)向時,會產(chǎn)生一個作用在前輪的側(cè)向力,這時后輪也會產(chǎn)生一種離心力,這種作用力就會使車輛在垂直軸線方向上產(chǎn)生一個扭矩,增大了傾翻作用力使車輛不能穩(wěn)定。而有四輪轉(zhuǎn)向裝置的汽車,前后輪會相互配合,減弱傾翻作用力,側(cè)滑也會減少,從而保障了行車的安全。
汽車在做直線行駛時,由于受到車速和路面?zhèn)认蝻L的影響經(jīng)常會走偏。這時有四輪轉(zhuǎn)向裝置的
汽車的微處理機就會根據(jù)車速和前輪轉(zhuǎn)角加以計算,確定后輪的轉(zhuǎn)角數(shù)值,以變動對變動來保持車子行駛的穩(wěn)定性。
四輪轉(zhuǎn)向轎車的前后輪轉(zhuǎn)向裝置之間的聯(lián)系形式有機械式,也有液壓式、電子式等。目前四輪轉(zhuǎn)向裝置已將機械、液壓、電子、傳感器及微處理機控制技術(shù)緊密結(jié)合在一起,在很大程度上改善轎車的轉(zhuǎn)向特性,提高操縱穩(wěn)定性。
四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個電子控制后輪操縱系統(tǒng)。該系統(tǒng)有4個主要部分:前輪定位感應器,可操縱的固定偏軸傘齒輪后軸,電動發(fā)動機驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu),控制單元。
轉(zhuǎn)向盤位置和車輛速度傳感器不斷將數(shù)據(jù)傳輸給控制單元,控制單元據(jù)此確定后輪的轉(zhuǎn)向角度。該系統(tǒng)有3種基本狀態(tài)——正相、相、中間和負相。在較低速度的負相,后輪與前輪方向相反;中速時,后輪保持直行;高速時的正相,后輪與前輪方向相同。
高速時后輪與前輪保持相同的方向,可保證更高的穩(wěn)定性,減少汽車在完成一項操縱動作時產(chǎn)生的偏擺和轉(zhuǎn)動,使汽車即使在惡劣路面條件下也能在直行、轉(zhuǎn)向或閃避時保持穩(wěn)定的操縱響應。
使用該系統(tǒng),高速行駛時的牽引穩(wěn)定性也得到提高。后輪的正相狀態(tài)會減小主車和拖掛車之間的鉸接角度,減小拖車作用在主車后輪上的側(cè)向力,避免主車和拖車的搖擺。
四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同時改善了低速行駛時的操控性,與使用兩輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比,拖車更接近主車的行駛軌跡。在一些特殊行駛狀態(tài)下,如市區(qū)交通堵塞、拖帶掛車倒車和泊位時,四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大大提高了操控性。
通過電子化控制后輪的方向,可以減小重型卡車的轉(zhuǎn)彎半徑。按照通用汽車公司對使用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的大型SUV和卡車的測試,轉(zhuǎn)變半徑平均減小了19%。一種重型卡車的轉(zhuǎn)變半徑從14m減小到11.4m。
(一)葉片式轉(zhuǎn)向油泵
葉片式轉(zhuǎn)向油泵按其轉(zhuǎn)子葉片每轉(zhuǎn)供油次數(shù)和轉(zhuǎn)子軸的受力情況可以劃分為單作用非卸荷式和雙作用卸荷式兩大類。北京切諾基吉普車采用雙作用卸荷式葉片油泵,如圖所示,由轉(zhuǎn)子1、葉片2、定子3、軸4、配油盤5和殼體等機件組成。
葉片泵的液壓試驗:
葉片泵工作是否正常除了觀察葉片泵的工作噪音是否明顯增大之外,可以通過葉片泵的液壓試驗來鑒別。其方法是:
1)、在葉片泵的出油管和轉(zhuǎn)向機的進油口之間串接一個滿量程約為10OMPa的壓力表和一個開關(guān),打開開關(guān);
2)、使轉(zhuǎn)向盤處于汽車直線行駛位置;
3)、起動發(fā)動機,使動力轉(zhuǎn)向油液達到正常工作溫度(77℃)。此時,壓力表讀數(shù)應小于1030kPa,如果超過此限,應檢查轉(zhuǎn)向器和油管等是否堵塞;
4)、關(guān)閉開關(guān)(關(guān)閉時間不要超過5s),壓力表的讀數(shù)應不低于5OMPa;記錄讀數(shù),連續(xù)啟閉開關(guān)三次,讀數(shù)值差應在345kPa以內(nèi);如果壓力差和讀數(shù)不符合上述規(guī)定,應檢查葉片泵溢流閥工作情況以及泵芯(轉(zhuǎn)子、定子、葉片和配油盤等)的磨損情況。
(二)動力轉(zhuǎn)向器如下圖所示。
(三)轉(zhuǎn)閥式分配閥
其中圖a)所示為汽車處于直線行駛時的狀態(tài),此時分配閥的轉(zhuǎn)閥2處于中間位置。由轉(zhuǎn)向油泵輸入的壓力油通過閥體1周圍的油孔進入閥體后,流過轉(zhuǎn)閥與閥體縱槽槽肩處的間隙(此時左右間隙相同),同時與動力缸的上下油腔相通,使齒條--活塞上下受到的油壓相同,當然就沒有助力作用。進入的壓力油同時又通過轉(zhuǎn)閥2上的回流孔流回到轉(zhuǎn)向油泵,形成循環(huán)。
圖b)所示為汽車轉(zhuǎn)向時的情況。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動分配閥中央的扭桿彈簧3和轉(zhuǎn)閥2,再通過扭桿彈簧帶動閥體和轉(zhuǎn)向機螺桿,由于轉(zhuǎn)向阻力的作用,使扭桿彈簧發(fā)生扭轉(zhuǎn),造成閥體相對于轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)過了一個角度,這樣就使進油口進入的壓力油只能流向轉(zhuǎn)閥和閥體縱槽槽肩處間隙變大的一邊,并通過閥體上的出油口流向接通了的動力缸的一側(cè)腔室,此時動力缸的另一側(cè)腔室就與進油口隔絕,其中的油液通過閥體內(nèi)另一組縱槽槽肩處間隙變大的另一邊,與轉(zhuǎn)閥的回油孔相通,形成了泄壓通道。這樣就造成了齒條--活塞的一側(cè)受到壓力油的作用,而另一側(cè)處于泄壓狀態(tài),這種壓力差就造成了助力作用。
當汽車直線行駛時,轉(zhuǎn)閥處于中間位置,來自動力轉(zhuǎn)向泵的高壓油從轉(zhuǎn)向器殼體的進油口流到閥體的中油環(huán)槽,經(jīng)過其槽底的通孔進入閥體和轉(zhuǎn)閥之間,此時因轉(zhuǎn)閥處于中間位置,所以進入的油液就分別通過閥體和轉(zhuǎn)閥縱槽槽肩形成的、兩邊相同的間隙,再通過轉(zhuǎn)閥的縱槽和閥體的縱槽以及它們槽底的孔通向閥體外圓的下油環(huán)槽和上油環(huán)槽,然后通過殼體的兩條油道與轉(zhuǎn)向機齒條--活塞的上、下腔相通,使上、下腔油壓相同。此時齒條--活塞即沒有受到轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動所造成的軸向移動力,又沒有受到兩側(cè)動力腔因壓差所造成的軸向力,所以齒條--活塞處于中間位置,轉(zhuǎn)向助力作用不存在。流入閥體內(nèi)腔的油液在通過轉(zhuǎn)閥縱槽和兩邊相同的縱槽側(cè)隙后,通過轉(zhuǎn)閥上的徑向通孔流到轉(zhuǎn)閥與短軸組件之間的空隙,再流到閥體組件和調(diào)整螺塞之間的空隙處,最后經(jīng)殼體回油口流回轉(zhuǎn)向油泵儲油罐,形成常流式的油液循環(huán)。
向左轉(zhuǎn)向時,短軸在轉(zhuǎn)向軸的驅(qū)動下逆時針方向轉(zhuǎn)動,短軸一方面通過其下端的銷釘30撥動轉(zhuǎn)閥同步轉(zhuǎn)動,另一方面又通過其上端的銷釘2撥動扭桿軸上端同步轉(zhuǎn)動,這個轉(zhuǎn)動力通過扭桿軸傳給其下端經(jīng)三角形花鍵固定著的下端軸蓋14,下端軸蓋又通過其圓周邊緣上的缺口傳給固定在閥體上的銷釘29,進而撥動閥體轉(zhuǎn)動,閥體的轉(zhuǎn)動就應通過其下端缺口經(jīng)銷釘16再直接傳給轉(zhuǎn)向機螺桿,但由于轉(zhuǎn)向阻力的關(guān)系,要撥動轉(zhuǎn)向螺桿必須有足夠的轉(zhuǎn)動力矩,這個力矩就使扭桿軸發(fā)生彈性扭轉(zhuǎn),這樣就造成閥體轉(zhuǎn)動角度小于轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)動的角度,使閥體和轉(zhuǎn)閥發(fā)生了角位置的錯移,從而使閥體和轉(zhuǎn)閥的縱槽錯開,造成一側(cè)間隙減小,而另一側(cè)間隙加大的情況,這樣就使流入閥體的壓力油流向間隙增大的一邊,并通過轉(zhuǎn)閥的縱槽、閥體上的油孔和閥體外圓的下油環(huán)槽,流過轉(zhuǎn)向器殼體油道進入齒條--活塞的上油腔,使油腔內(nèi)油壓增高。與此同時,由于轉(zhuǎn)閥和閥體的相對角位置錯移,同樣造成的另一組縱槽的錯開,使得與閥體的上油環(huán)槽相通的一側(cè)油道間隙增大,這樣就使齒條--活塞下油腔的油液經(jīng)過轉(zhuǎn)向器殼體油道、上油環(huán)槽及槽底油孔進入閥體和轉(zhuǎn)閥的另一組縱槽,并通過增大的間隙和轉(zhuǎn)閥的油孔流到閥體組件和調(diào)整螺塞之間的空隙,再經(jīng)殼體的回油口流回轉(zhuǎn)向油泵的儲油罐。由于齒條--活塞的上腔壓力增高,而下腔油液能自由流回儲油罐,壓力很低,這種壓差就造成了對齒條--活塞向下移動的推力,這個推力和轉(zhuǎn)向時通過扭桿軸下端蓋、閥體下部傳給轉(zhuǎn)向螺桿的轉(zhuǎn)向力是相同方向的,因此就起了明顯的助力作用。
右轉(zhuǎn)向時的整個情況與左轉(zhuǎn)向時基本相似,不同的是由于轉(zhuǎn)向方向相反,造成的閥體和轉(zhuǎn)閥的角位置錯移相反,以至于進入轉(zhuǎn)閥的油液經(jīng)過閥體和轉(zhuǎn)閥的縱槽和間隙之后,流到轉(zhuǎn)閥的上油環(huán)槽,進而流到動力缸的下腔,而動力缸上腔的油液經(jīng)過閥體的下油環(huán)槽進入閥內(nèi)之后,經(jīng)過閥體和轉(zhuǎn)閥的間隙仍然流到閥體組件與調(diào)整螺塞之間的空隙,再通過出油口流回轉(zhuǎn)向油泵的儲油罐,這樣就造成了齒條一活塞的下腔壓力增高而上腔油液自由回流、壓力很低的情況,這個壓力差對齒條一活塞的向上推力與轉(zhuǎn)向時通過扭桿軸傳來的轉(zhuǎn)動力方向一致,因此同樣起到了助力作用。
二、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的裝配與調(diào)整
1、前輪前束的檢查與調(diào)整
(1)什么是前輪前束
所謂前束是指兩前輪軸前輪距A小于前輪軸后輪距B的差值。其標準前束值為B-A=0-3毫米,如圖所示。
(2)檢查和調(diào)整前輪前束時應先做好的工作
①、輪轂軸承緊度應符合技術(shù)要求;
②、輪胎氣壓應符合原車使用規(guī)定;
③、為使車輪處于實際工作狀態(tài),消除各運動副之間的間隙,應把汽車停放在平坦緊實的路面上,使兩前輪處于直線行駛的位置,并向前推動一段距離。
(3)檢查方法
①、將前橋頂起使兩前輪懸空。
②、在兩前輪胎面中心處,沿整個圓周涂約20-40毫米寬的白粉筆印跡。
③、在盡可能地靠近胎面中心處安置劃針,轉(zhuǎn)動
車輪,讓劃針在粉筆印跡內(nèi)沿整個圓周畫出細線標記,如圖所示。
④、放下兩前輪,檢查汽車兩前輪是否處于直線行駛的位置,必要時轉(zhuǎn)動方向盤進行調(diào)整。
⑤、將前束尺針尖的高度調(diào)到與前輪中心高度相等,如圖所示。
⑥、用前束尺分別在前橋前面和后面測出兩前輪的輪距A和B。
⑦、將B值減去A值即得前束值。
若所檢測的前束值不符合規(guī)定應進行調(diào)整。
(4)、調(diào)整方法
前束的調(diào)整如圖所示。
①、拆下開口銷1,松開螺母2。
②、向上扭轉(zhuǎn)調(diào)整管3,前束值增大;反之前束值減小。
③、調(diào)整正確后,扭緊螺母2,裝上開口銷1。
2、轉(zhuǎn)向角的檢查與調(diào)整
汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑不應大于12米,否則應進行調(diào)整。
(1)檢查方法
①、在兩前輪胎面上涂上白灰漿;
②、將方向盤往左、右轉(zhuǎn)到極限位置,使用低速檔行駛;
③、測出左、右最小轉(zhuǎn)彎直徑。
若測量結(jié)果不符合要求時,應進行調(diào)整。
(2)調(diào)整方法
①、松開鎖緊螺母;
②、順時針旋入調(diào)整螺釘,直到最小轉(zhuǎn)彎直徑符合規(guī)定時為止(注意:將方向盤往左、右轉(zhuǎn)到極限位置后,車輪不應觸及葉子板等其它機件);
③、調(diào)好后扭緊鎖緊螺母。
3.方向盤游動間隙的檢查與調(diào)整
(1)什么是方向盤的游動間隙
所謂方向盤的游動間隙是指轉(zhuǎn)動方向盤時,前輪不發(fā)生偏轉(zhuǎn)而方向盤所能轉(zhuǎn)動的角度。其標準值應小于14°,方向盤轉(zhuǎn)動弧長應小于37毫米,如圖所示。
(2)檢查方法
①、使兩前輪處于直線行駛的位置;
②、將游隙檢查器的刻度盤和指針分別夾持在轉(zhuǎn)向軸管和方向盤上,如圖所示;
③、向左(右)轉(zhuǎn)動方向盤至感到有阻力時,記下指針所指的位置;再向右(左)轉(zhuǎn)動方向盤至感到有阻力時為止。此時;指針在刻度盤上所劃過的角度就是方向盤的游動間隙。
若發(fā)現(xiàn)游動間隙過大,應查明原因,及時調(diào)整,以保修理質(zhì)量。
(3)調(diào)整方法
①、調(diào)整前,檢查轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向搖臂、聯(lián)軸節(jié)、轉(zhuǎn)向拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)各連接和固定部位是否松動,必要時予以緊固和調(diào)整。
②、調(diào)整轉(zhuǎn)向器的扇齒和齒條的嚙合間隙。松開鎖緊螺母1,順時針轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘,使嚙合間隙減小,扭緊鎖緊螺母。
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