1、汽车动力转向系统的维护与维修内 容 摘 要 转向系统是整车系统中最重要的组成系统之一，其功用是通过方向盘来操纵来控制汽车的行进方向，最终达到驾驶员的驾驶意图。汽车工业随着机械和电子技术的发展而不断前进，转向系统已经从机械转向系统演变为液控动力转向系统HPS（Hydraulic Power Steering）。随着上世纪五十年代起，液压动力转向系统在汽车上的应用，标志着转向系统革命的开始。该液压系统一般与发动机相连，当发动机启动的时候，一部分发动机能量提供汽车前进的动能，另外一部分则为液压系统提供动力。这助力转向系统主要的特点是液压力支持转向运动，减轻驾驶员疲劳强度，并在受到路面传来的偶然冲击及
2、汽车意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持汽车继续稳定行驶，改善了汽车转向的轻便性和汽车运行的稳定性。本文阐述了汽车动力转向系统各个部分的组成及工作原理，同时提出了一系列解决汽车液控动力转向相关故障的维修方案。关键词：汽车动力转向系统，工作原理，故障，维修。 摘要 1 第一章 汽车转向系统的概述11.1 汽车转向系统11.2 汽车动力转向系统概述11.2.1 动力转向系统的优点11.2.2 对动力转向系统的期望21.2.3 液压式动力转向系统的组成21.3 汽车转向系统工作原理31.3.1 汽车转向原理及基本特性31.3.2 动力转向系统的工作原理4第二章 汽车转向系统的故障诊断62.
3、1 动力转向系故障的主要现象62.2 动力转向系统故障诊断62.2.1 动力转向系转向不足或转向沉重62.2.2 怠速时原地转动转向盘其抖动或停车的骤间转向盘抖动62.2.3 转向盘自由行程过大与转向不灵敏72.2.4 行驶中动力转向泵内有异响声与前轮摆振72.2.5 电控动力转向系统ECU端故障检查82.3 转向系仪器检测82.3.1 转向盘转向力的检测92.3.2 转向盘自由转动量的检测10第三章汽车动力转向系统的故障进行维修113.1 转向操纵机构的维修113.2 转向器的维修113.3 转向传动机构的维修12谢辞16参考文献17第一章汽车转向系统的概述1.1汽车转向系统用来改变或保持汽
4、车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。1.1.1汽车动力转向系统概述汽车在行驶的过程中,需按驾驶员的意志改变其行驶方向。就轮式汽车而言,实现汽车转向的方法是, 驾驶员通过一系列的传动机构,使汽车转向桥(一般是前桥)上的车轮(转向轮)相对于汽车纵横线偏转一定角度。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，即称为汽车转向系统。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转
5、向系统。机械转向系统完全靠驾驶员手力操纵的转向系统。动力转向系统是借助动力来操纵的转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。1.2汽车动力转向系统概述 动力转向系统是利用发动机的动力来帮助司机进行转向操纵的装置，它把发动机的能量转换成液压能（电能或气压能），再把液压能（电能或气压能）转换成机械能作用在转向轮上帮助司机进行转向，故应称之为动力助力转向系统。它最初主要是为了减小司机施加到方向盘上的转向力而应用到汽车上的。从本世纪30年代开始在汽车上应用动力转向系统。当时，主要是在重型汽车上安装，采用的动力源包括气压和液压。到目前为止，气压动力转向已被淘汰，最广泛的应用的
6、是液压动力转向，另外还有刚开始推广应用的电动动力转向。目前在国内外不但重型车装用动力转向系统，而且在轻型车和轿车上也极普遍的应用。从50年代起，各汽车工业发达国家就竞相发展动力转向装置。出现了许多生产动力转向器和转向油泵的专业厂家，并且已将产品系列化。1.2.1动力转向系统的优点： (1)减轻方向盘上的转向力，特别是在原地转向和低速大转角转向时减小转向力；(2)提高了转向灵敏性。从汽车转向系统设计的两个主要要求即转向轻便与转向灵敏这一矛盾出发，现在动力转向解决了转向轻便问题，从而使得转向器设计可以根据整车布置的不同要求，选择更为合适的转向器速比以提高转向系统的灵敏性，也即是可以更合理地选择方向
7、盘的圈数。这一点对于经常在山区多弯(尤其是多急弯)公路上行驶的汽车，效果更为明显； (3)减小了地面反冲对方向盘的影响； (4)在某个车轮爆破的情况下，可以更好地阻止车轮的突然转向，从而改善安全性； (5)转向车轮的允许负荷较大，可以增加总布置的自由度。1.2.2对动力转向系统的期望 (1)安全性：要有足够的使用寿命。即使在动力转向系统失效的情况下，车辆仍然具有转向的能力。 (2)敏感性：除了在各种行驶情况下都能提供足够的动力助力外，还应该在方向盘上保持足够的路感。(3)维修保养性：维修保养性要好。动力转向器的应用趋势及类型特点(1)动力转向按其动力源可分为三类：气压式、液压式、电动式。目前气
8、压式已经在开发研究阶段，电动式在国外已经开始实际应用，国内则尚处于开发阶段，而使用最多的是液压式，其中还包括了增加电子控制系统的速度感应式动力转向器。(2)液压式动力转向系统按其布置型式分为：整体式、置式。 整体式的特点是机械转向机、控制阀、助力缸包含在一个总成内。置式的特点是机械转向机与助力缸分开。1.2.3液压式动力转向系统的组成转向操纵机构图1-2转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。转向传动机构转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮
9、与地面的相对滑动尽可能小。转向直拉杆转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂(或转向节臂)。它所受的力既有拉力、也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可*。直拉杆的典型结构如图1-5在转向轮偏转或因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。图1-51.螺母 2.球头销 3.橡胶防尘垫 4.螺塞 5.球头座 6.压缩弹簧 7.弹簧座 8.油嘴 9.直拉杆体 10.转向摇臂球头销转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整
10、车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。1.3汽车转向系统工作原理1.3.1汽车转向原理及基本特性 若使汽车能顺利转向，各车轮不产生滑动，转向车轮须同向偏转，且所有车轮需要绕着一个转向中心转动，保证各车轮在转向过程中均为纯滚动。如图1-1所示，汽车四个车轮A、B、C和D转轴的延长线相交于一点O，O 点即为车轮的转动中心，四个车轮的运动轨迹形成同心圆。这就是汽车转向基本特性。当车轮转向机构的几何关系为平行四边形转向机构时，
11、转向车轮的偏转角度相同(见图1-2a)，四个车轮转轴延长线交汇点有两个，因而形成两个转动中心，转向车轮不能实现纯滚动，其转向过程异常。为满足汽车转向基本特性，运用阿克曼原理，转向机构的几何关系呈梯形(见图1-2b)。梯形转向机构由梯形臂和横拉杆组成。梯形转向机构使两侧转向车轮偏转时形成一个转向中心，即汽车的四个车轮均绕着一个点转动。此时内、外侧转向车轮偏转角度不相等，内侧车轮偏转角 比外侧车轮偏转角 大(见图1-3)。图1-2 前轮的运动轨迹 图1-3 转向车轮偏转角的转角差在车轮为刚体的假设条件下，内、外侧转向车轮偏转角的理想关系式为：cot= cot + B/ L式中：B两侧主销轴线与地面
12、交点之间的距离，也称为轮距；L汽车轴距。由转向中心O到外转向轮与地面接触的距离R称为汽车的转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地越小，其机动性越好。由图1-3 可知，当前外转向轮偏转角达到最大值max 时，转弯半径R有最小值。在图示理想情况下，最小转弯半径Rmin 与max的关系为:Rmin=L/sinmax 1.3.2动力转向系统的工作原理动力转向系统是在机械式转向系统的基础上加一套动力辅助装置组成的。如下图，转向油泵6安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出液压油。转向油罐5有进、出油管接头，通过油管分别与转向油泵和转向控制阀2联接。转向控制阀用以改变油路。机械转向器和缸体形成左右
13、两个工作腔，它们分别通过油道和转向控制阀联接。当汽车直线行驶时，转向控制阀2将转向油泵6泵出来的工作液与油罐相通，转向油泵处于卸荷状态，动力转向器不起助力作用。当汽车需要向右转向时，驾驶员向右转动转向盘，转向控制阀将转向油泵泵出来的工作液与R腔接通，将L腔与油罐接通，在油压的作用下，活塞向下移动，通过传动结构使左、右轮向右偏转，从而实现右转向。向左转向时，情况与上述相反。液压动力转向系统示意图l.转向操纵机构2.转向控制阀3.机械转向器与转向动力缸总成4.转向传动结构5.转向油罐6.转向油泵R.转向动力缸右腔L.转向动力缸左腔第二章 汽车转向系统的故障诊断2.1动力转向系故障的主要现象转向系用
14、来改变或回复汽车的行驶方向，它有机械转向系和动力转向系之分。这里仅介绍动力转向系，动力转向系则是在机械转向系的基础上，增加了一套转向油泵，转向控制阀和转向动力缸组成的转向助力装置。转向系出现故障，会影响汽车行驶方向和行驶稳定性，还关系汽车的行驶方向。转向不灵敏的现象：汽车行驶转向时，需用较大幅度转动方向盘才能控制汽车的行驶方向，感到转向盘松旷量很大，有明显的间隙感，且在行驶时汽车方向不稳定。前轮摆震的现象主要是：汽车在中高速或者是某一个较高速运行时，转向轮绕主销摆振，汽车行驶不稳，严重时转向盘抖动，有振手的感觉。动力转向器装置噪声的主要现象是：发动机启动后或者车辆行驶过程中，液压助力装置发出不
15、正常的响声。2.2动力转向系故障的诊断与检修转向系常见的故障为转向沉重，转向不灵敏，前轮摆震等。动力转向系助力不足或转向沉重的主要现象是：装有液压助力转向器的车辆，转向时转向盘沉重或者存在忽轻忽重的现象。2.2.1动力转向系转向不足或转向沉重转向油泵驱动皮带松弛或者损坏；转向油泵工作不良，油泵压力过低；储油罐油面过低；液压助力系统内有空气或者泄露；液压管路扭曲，折皱或者破裂漏油；压力流量限制阀弹簧弹力下降或者密封不良；转向控制阀，助力缸工作不良；转向器润滑不良或者轴承齿合间隙调整不当；转向柱弯曲变形，转向器或者转向柱的轴轴承损坏；齿条弯曲变形或者与衬套配合过紧；横直拉杆球头润滑不良或者调整不当
16、；转向主销转向节润滑不良；轮胎气压过低等等。故障诊断与排除：检查转向油泵驱动皮带，损坏或者断裂应更换；若皮带过松，应调整驱动皮带张紧度；检查储油罐液面高度，过低应及时添加补充；检查液压管路有无扭曲、折皱或者断裂，各连接处有无漏油现象，并视情况予以恢复；排除液压系统中的空气；检查液压泵的泵油压力，不符合要求时应对液压泵及压力流量限制阀进行修复或者更换；检查转向控制阀和助力缸，若工作不良或者损坏应维修或者更换转向器。2.2.2怠速时原地转动转向盘其抖动或停车的骤间转向盘抖动该故障主要是工作油压过低造成的，而油压过低的故障原因有下列几种。油液液面过低；油液内存有空气，储液罐内有气泡；液泵皮带过松或沾
17、有油液（快速转向时有较大的皮带尖叫声，转向盘阻力陡增）；溢流阀被卡滞。溢流阀应在泵体内滑动自如，如阀卡滞，应用1200金相砂纸沿周围方向打磨。还要注意溢流阀端部的防松螺栓是否有松动，弹簧是否过软；安全阀失效（弹簧坏或阀球被粘在开放状态）；滑阀磨损，更换控制阀总成；泵压不足或转向机构外部泄漏；检查动力转向机构外部泄漏点时，擦干净动力转向系统外部的油迹，检查并拧紧所有软管的接头，启动发动机，并使其快怠速运转，支起前桥将转向盘以一个止端打到另一个止端，打到止端时停留时间不要超过5s。随着油压的升高就能较快地查到漏油部位。2.2.3转向盘自由行程过大与转向不灵敏（1）转向盘自由行程过大液压系统中有空气
18、（油液中有乳化气泡）；动力转向系统内部泄漏，溢流阀或安全阀失效；出现这种故障，汽车无论是低速行驶还是中高速行驶，若工作油压不足，均会使转向沉重；左右转向轻重不同；助力缸活塞一侧有空气；滑阀通往助力缸侧的油管堵塞或高压油管接头有漏损。（2）转向不灵敏故障原因：转向器主动齿轮与齿条齿合间隙过大、轴承松旷；横拉杆及各链接件松旷；轮毂轴承调整不当或者磨损松旷；转向主销磨损松旷。故障诊断排除：转动转向盘，转向器齿条个立即随之运动，表明齿条与主动齿轮齿合间隙过大，可通过补偿机构进行调整，消除转向器的齿合间隙；若齿条随转向盘运动而横拉杆不动，应更换横拉杆内端连接孔出的缓冲衬套，并检查齿条及连接板与转动支架的
19、连接情况，松动应及时紧固；横拉杆随转向盘转动而转向臂不动，应对横拉杆外端球头进行检修与调整；若转向臂随之灵活转动，可支起前桥晃动前轮检查，轮毂轴承松旷时，应进行调整和更换；对于其他类型的转系统，还应检查与调整转向器的轴承预紧度、齿合间隙、调整、紧固各连接件球头销等。2.2.4行驶中动力转向泵内有异响声与前轮摆振 （1）行驶中动力转向泵内有异响声液压泵内有空气或形成真空。如油液液面过低，油中有气泡，都会造成泵内有空气。油滤器堵塞，中高速时供油不足，在泵内会形成真空；皮带打滑，过松或沾有油污，快速转向时会发出尖叫声；转向盘回位差；液压控制阀调整不当，油液严重氧化，滑阀被粘住或发生卡滞，定位弹簧过软
20、或损坏；动力转向系统转向盘转矩的检查；转向盘转距检查的前提条件：储液罐的液面高度正常、无气泡，皮带的张力正常，汽车停在平坦干燥的路面上。让车辆怠速运转，向左右止端打几次转向盘，然后田到直线行驶的位置，用弹簧秤沿切线方向拉动转向盘，转向轮刚开始转动时的拉力应少于或等于30N。否则应检查转向油泵的压力是否正常。（2）前轮摆振故障原因：转向减震器失效，前架减震器弹簧或者减震器损坏；车轮不平衡或者轮毂变形；前轮定位失准；转向器齿合间隙过大；转向传动机构磨损松旷或者连续松动；轮毂轴承松旷；传动轴不平衡。故障诊断排除：转动转向盘检查其自由行程，若自由行程过大，应查明原因予以排除；检查转向减震器，若有漏油现
21、象应更换，拆下减震器用手拉，若阻力过小或者出现空行程应进行更换；检查前悬挂减震器有无漏油现象，推压车身检查前悬挂架的减震性是否良好，前悬架连接有无松动现象，减震器漏油或减震弹簧弹力过弱应更换新件，连接松动则重新紧固；检查和调整转向轮定位参数；进行车轮平衡检测校正。2.2.5电控动力转向系统ECU端故障检查PPS动力转向系统常见故障有：低速或发动机怠速时转向沉重和高速行驶时转向过度灵敏。在检查电控系统之前，应先察看胎压、悬架和转向杆件及球形接头的润滑情况，检查前轮定位、动力转向泵油压是否正常，各导线插接器是否连接牢靠，转向柱是否弯曲等。电控系统ECU端的一般检查方法（1）打开点火开关(ON)，察
22、看ECUIC熔断丝是否正常。如果烧毁，重新更换后又烧毁，表明此熔断丝与电控单元ECU的+B脚之间短路。（2）关断点火开关(OFF)，从电控单元ECU上拔下导线连接器线束插座，将电压表正表笔接插接器。+B脚，负表笔搭铁。再打开点火开关(ON)，电压表指示电压应为(1114)V(蓄电池电压)。如果无电压，表明ECUIC熔断丝与ECU的+B脚之间有断路。（3）将电阻表正表笔接插接器插头的GND(搭铁)脚，负表笔仍接地，此时电阻值应为零，否则应对ECU的GND脚与车进行检查。（4）顶起一侧前轮，将电阻表的正表笔接插接器SPD脚，负表笔接GND脚。然后转动支起的车轮，电阻表值应在0之间交替地变化。否则，
23、说明ECU的SPD端与车速传感器之间有断路或短路，或车速传感器有故障。（5）将电阻表的正表笔接插接器的SOL(-)脚，负表笔接GND脚。电阻表所显示电阻值应为(无穷大)，否则说明电磁线圈与GND脚之间的线路有短路或电磁阀有故障。（6）将电阻表的正表笔接插接器的SOL(+)脚，负表笔接SOL(-)脚。两脚之间的电阻应为(611)，否则这两脚之间的线路有断路或电磁阀有故障。电控部件故障的诊断（1）电磁阀的检查关断点火开关(OFF)，拔下电磁阀(装在转向器处)上的线束插头，用电阻表测量电磁线圈的电阻(插座上两端子间)，电阻应为(611) 。从转向器内拆下电磁阀，将蓄电池正极接电磁线圈的SOL(+)脚
24、，负极接SOL(-)脚，这时针阀应缩回约2mm，否则应更换电磁阀。（2） ECU的检查顶起汽车，拆下ECU，但不拔下ECU上的导线插接器，然后启动发动机。在发动机怠速运转的情况下，首先用电压表测量ECU的SOL(-)和GND两脚之间的电 压(电压表测笔从背面插入)。然后将变速器挂上挡，并使车速达到60kmh，仍按上述接法再测电压，电压应比原来增加(007022)V。如果无电压或电压增值不对，则应更换ECU。2.3转向系仪器检测转向系的常用诊断参数有：转向盘最大自由转动量（即转向盘自由行程，）、转向盘外缘最大转向切向力（即转向盘最大转向力，N）、转向轮最大转向角（）、汽车最小转弯半径（m）、转向
25、轮定位参数等。对于前轮转向的汽车，转向轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束，即我们常说的前轮定位。转向轮定位的检测在行驶系中介绍。转向轮定位应该是行驶系的内容，但由于该参数的改变，既可能造成行驶系故障（如轮胎异常磨损），也可能造成转向系故障（如转向沉重），因此转向轮定位参数通常也作为转向系的诊断参数。依靠人工经验很难判断转向盘的转向力和自由转动量是否正确，可以使用专门仪器来检测。2.3.1 转向盘转向力的检测操纵稳定性良好的汽车，必须有适度的转向轻便性。如果转向沉重，不仅增加驾驶员的劳动强度，而且可能会因不能及时正确转向而影响行车安全。如果转向太轻，又可能导致驾驶员路感太
26、弱或汽车“发飘”，同样不利于行车安全。转向轻便性可用一定行驶条件下作用在转向盘上的转向力（即作用在转向盘外缘的最大切向力）来表示，采用转向参数测量仪可以测得转向盘转向力。下面以国产Z。2型转向参数测量仪为例，介绍其检测转向盘转向力的方法。2.3.1.1 安装将转向参数测量仪对准被测转向盘中心，调整好三只活动卡爪长度，与转向盘牢固连接。2.3.1.2 检测转动操纵盘，转向力通过底板、力矩传感器、连接叉传递到被测转向盘上，使转向盘转动。此时，力矩传感器将转向力矩变成电信号，而定位杆内端连接的光电装置则将转角的变化转变为电信号。这两种电信号由微机自动完成数据的采集、转角的编码、运算、分析、存储、显示
27、和打印，因而该仪器既可测得转向力，又可测得转向盘转角。转向力的检测可按转向轻便性实验方法进行，一般有原地转向力实验、低速大转角（“8”字行驶）转向力实验、弯道转向力实验等，可参照有关国家标准的规定进行检测。2.3.1.3 结果分析按GB/T 18565中7.2.1条的规定，路试时检测转向盘最大转向力采用如下方法：汽车空载在平坦、干燥和清洁的硬路面上，以10 km/h的速度在5s之内沿螺旋线从直线行驶过渡到直径为24m的圆周行驶，施加于转向盘外缘的最大切向力不得大于150 N。图2-4 转向盘自由转动量的检测1转向盘；2指针；3刻度盘；4转向管柱2.3.2 转向盘自由转动量的检测转向盘自由转动量
28、又可称为转向盘自由行程，是指汽车保持直线行驶位置不动时，左右晃动转向盘时的自由转动量（游动角度）。GB/T 18565中7.1.1和7.1.2条规定：最大设计车速大于或等于100 km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为200；最大设计车速小于100 km/h的汽车，转向盘自由转动量最大为300。转向盘自由转动量是一个综合诊断参数，当其超过规定的值时，说明从转向盘至转向轮的传动链中有处或几处的配合出现松旷。转向盘自由转动量过大时，将造成驾驶员工作紧张，并影响行车安全。转向盘自由转动量可采用专用检测仪进行（转向参数测量仪也能检测）。简易的转向盘自由转动量检测仪由刻度盘和指针两部分组成，如图2-4。
29、刻度盘通过磁力座吸附在驾驶室仪表盘或转向管柱上，指针则固定在转向盘的周缘上；也可将指针通过磁力座固定在仪表板或转向管柱上，而刻度盘固定在转向盘周缘上。使用该种检测仪时，应使汽车保持直线行驶位置不动，转动转向盘至一侧极限位置，将刻度盘归零，再轻轻转动转向盘至行程另一侧极限位置，指针所示刻度即为转向盘自由转动量。第三章 汽车动力转向系统的故障维修3.1转向操纵机构的维修转向操纵机构的维护和修理作业主要包括：1.清洁部件外部。2.检查转向管柱与转向盘、转向器的花键连接是否松动或磨损，视情况予以更换。3.检查转向传动轴万向节有无松动、磨损，视情况予以更换。图3-1 转向盘自由行程的调整1锁紧螺母；2调
30、整螺栓；3锁片；4锁紧螺母；5调整螺母3.润滑万向节。3.2 转向器的维修3.2.1 转向器的维护（1）检查转向器固定是否可靠，有无漏油现象。若有，应将转向器可靠固定，找出漏油原因并加以排除。（2）检查转向器外壳是否破裂，视情况焊补或更换。（3）检查调整齿轮、齿条配合间隙。（4）检查调整转向盘自由行程。以循环球式转向器为例：如图3-1松摇臂轴上调整螺栓的锁紧螺母1，拧动调整螺栓2，使自由行程满足15，然后将调整螺栓锁止。（5）紧固。按规定力矩紧固转向器螺钉、转向器与车架的固定螺钉、转向管柱固定螺钉等。（6）润滑。转向器润滑油一般每隔8000 km检查添加，48 000 km更换；每隔2000 km润滑转向传动轴。3.2.2 转向器的修理齿轮齿条式转向器由于结构紧凑，传动机构简单，在乘用车上得到广泛使用。图3-2天津夏利齿轮齿条式转向器的结构图。现以该车为例，阐述这类转向器的拆卸
