汽車構造 理論教案 第14-19章 轉向系統(tǒng)-新能源汽車技術簡介

理論課教案

學院：

授課課程：汽車構造2

授課教研室：車輛工程

授課教師：

課程負責人：

第十四章轉向系統(tǒng)

授課題目授課類型理論課

第一節(jié)概述第二節(jié)機械轉向系統(tǒng)

首次授課時間年9月18日學時1

1、知識目標

具備汽車轉向系統(tǒng)的結構、組成、類型及工作原理的相關知識

1）掌握轉向系統(tǒng)的功用、類型；

2）機械轉向系統(tǒng)和動力轉向系統(tǒng)的基本組成；

3）掌握轉向系統(tǒng)傳動比、轉向盤自由行程、轉彎半徑的概念；

4）掌握轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構的組成、結構、類型及工作原理。

2、能力目標

培養(yǎng)觀察能力、綜合分析能力、理論聯(lián)系實際的能力

教學目標

1）在汽車上找到轉向系統(tǒng)各組成部分；

2）分析轉向系統(tǒng)的類型及特點；

3）設計車輛的轉向系統(tǒng)。

3、素質目標

1）養(yǎng)成科學嚴謹的治學態(tài)度，具有完整的知識框架和系統(tǒng)的學科思維體系，學

會用哲學中抓主要矛盾的方法論來解決發(fā)動機工作原理及總體構造中遇到的

問題。

2）具有匠人心態(tài)，精益求精，一絲不茍；樂觀、積極向上、熱愛專業(yè)。

重點：1）轉向系統(tǒng)的類型及組成；2）轉向器的類型、結構和工作原理。

重點與難點

難點：轉向器的類型、結構和工作原理。

學習者分析本門課學生第一門專業(yè)課

教學資源自建在線課程（總論部分）；翻轉教學平臺學習資源里的文章等

教學方式一課堂

教學方法教學方法一問題式；自學自講；討論式；探究式；雙語式；互動（包括簽

至人答題、頭腦風暴、答疑、選擇、判斷、搶答、隨機選人等）

教室多媒體演示+板書；

教學手段

實驗室現場教學

1

教學過程：（包括授課思路、過程設計、講解要點及各部分具體內容、時間分配等）

一、線上學習任務安排（20分鐘）

課前布置作業(yè)：自學，上課學生自講。思考如下問題：

1）轉向系統(tǒng)的類型；

2）轉彎半徑和機動性。

注意：（1）學習過程中在教材上做出標記；（2）記錄出有疑問的地方。

課堂教學（100分鐘）

按照“在線測試-導學-內容講授-總結-答疑-作業(yè)”的線性順序開展教學活動。

二、課后拓展

1.在智慧樹提交作業(yè)；

2.完成下一節(jié)課在線學習；

3.完成拓展任務-變速比傳動。

課堂教學

?授課思路

（1）一起討論轉向系統(tǒng)的功用、組成、類型；

（2）分析兩側轉向輪偏轉角之間的理想關系；

（3）用自己做的突出結構特點的彩圖圖片、視頻等。

分別找?guī)讉€學生著重講解：

1）轉向系統(tǒng)的傳動比；

4）轉向盤自由行程；

5）轉向操縱機構的組成、布置、部件及安全裝置；

6）轉向器的效率、類型及各種轉向器的結構及工作原理；

7）轉向傳動機構的組成及結構特點。；

（4）期間運用智慧樹翻轉教學，讓學生做幾道題。

?過程設計及時間分配

1.智慧平臺測試線上學習的基礎知識（5分鐘）

2.汽車轉向基本特性（5分鐘）（自學自講）

3.機械轉向系統(tǒng)的組成及工作原理（5分鐘）（講授+互動）

4.轉向系統(tǒng)角傳動比和轉向盤自由行程（2分鐘）（講授+互動）

5.轉向盤（5分鐘）（學生思考+小組討論+學生回答+教師分析）

6.轉向軸、轉向柱管及其吸能裝置（5分鐘）（自學+隨堂測試）

7.轉向器（10分鐘）（自學+隨堂測試）

8.轉向傳動機構的組成與布置（5分鐘）（自學自講）

9.轉向傳動機構部件（8分鐘）（講授+互動）

13.思政元素的導入（5分鐘）（博世華域轉向系統(tǒng)有限公司與VUCA世界）

2

?講解要點及各部分具體內容

授課要點

一、概述

二、機械轉向系統(tǒng)

授課內容

第十四章轉向系統(tǒng)

第一節(jié)概述

汽車轉向系統(tǒng)的功用是按照駕駛人的意志改變和保持汽車的行駛方向。

一、汽車轉向基本特性

若使汽車能順利轉向，保證各車輪在轉向過程中均為純滾動，轉向車輪須同向偏轉，

且所有車輪繞著一個轉向中心轉動。

如圖14-1所示，汽車四個車輪A、B、C和D轉軸的延長線相交于一點0,0點即為

車輪的轉向中心，四個車輪的運動軌跡形成同心圓。這就是汽車轉向基本特性。

一

■

#I

ai4-i車輪的運動軌跡

1.轉向機構的幾何關系

當前車輪轉向機構的幾何關系為平行四邊形時，轉向車輪的偏轉角度相同（圖14-2a）,

四個車輪轉軸延長線交匯點有兩個，因而形成兩個轉動中心，轉向車輪不能實現純滾動，

其轉向過程異常。

為滿足汽車轉向基本特性，運用阿克曼原理，轉向機構的幾何關系呈梯形（圖14-2b）,

其由前軸、梯形臂和橫拉桿組成。這樣，使兩側轉向車輪偏轉時形成一個轉向中心，

即汽車的四個車輪均繞著一個點轉動，此時內、外側轉向車輪偏轉角度不相等，內側車輪

偏轉角a比外側車輪偏轉角3大。

2.內、外側轉向車輪偏轉角的理想關系

為了滿足基本特性，如圖147所示，假設車輪為剛體，貝U內、外側轉向車輪偏轉角

的理想關系式為：cot3=cota+B/L

式中B——兩側主銷軸線與地面交點之間的距離，也稱為輪距；

L——汽車軸距。

3

3.轉彎半徑與機動性

由轉向中心0到外轉向輪與地面接觸點的距離R稱為汽車的轉彎半徑。轉彎半徑越

小，則汽車轉向所需場地越小，其機動性越好。當外轉向輪偏轉角達到最大值時，轉彎半

徑R有最小值。在理想情況下，最小轉彎半徑R與B的關系為Rmin=L/sinj3max。

圖14-2前輪的運動軌跡

二、汽車轉向系統(tǒng)的類型

機械轉向系統(tǒng)(ManualSteeringSystem)以駕駛人的體力作為轉向能源。

動力轉向系統(tǒng)(PowerSteeringSystem)兼用駕駛人體力和發(fā)動機動力為轉向能

源。動力轉向系統(tǒng)又可分為液壓動力轉向系統(tǒng)和電動助力動力轉向系統(tǒng)。在正常情況下，

汽車轉向所需的能量只有一小部分由駕駛人提供，而大部分能量由發(fā)動機(或電動機)通

過轉向加力裝置提供。但在轉向加力裝置失效時，一般還應當能由駕駛人獨立承擔汽車轉

向任務。

前輪主動轉向AFS(ActiveFrontWheeISteering)主要是根據汽車行駛狀況實時

調節(jié)轉向器的等效傳動比，從而為駕駛人提供最適宜的轉向靈敏度。

線控轉向SBW(Steer-by-wire)其最大特點是轉向盤與轉向輪之間沒有機械連接。

四輪轉向4WS(Four-wheeISteering)是指4個車輪可根據前輪轉角或車速等信號

同時相對車身偏轉。

第二節(jié)機械轉向系統(tǒng)

一、機械轉向系統(tǒng)的組成及工作原理

機械轉向系統(tǒng)(圖14-3)由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三部分組成。轉向

操縱機構包括從轉向盤到轉向器輸入端的零部件；轉向器是把轉向盤傳來的轉矩按一定傳

動比放大并輸出的增力裝置；轉向傳動機構是把轉向器的運動傳給轉向車輪的機構，包括

從搖臂到轉向車輪的零部件。

4

CUKB號*卡-?■

二、轉向系統(tǒng)角傳動比和轉向盤自由行程

轉向盤轉角增量與轉向搖臂相應轉角增量之比i31稱為轉向器角傳動比；轉向搖臂

轉角增量與轉向盤一側轉向節(jié)相應轉角增量之比ia2稱為轉向傳動機構角傳動比；轉向

盤轉角增量與同側轉向節(jié)相應轉角增量之比i3稱為轉向系統(tǒng)角傳動比。顯然

iCO=iC01iC02oiGO越大，駕駛人操縱越輕便，但是同樣的轉向輪偏轉角度，需要的轉向

盤轉角越大，導致不靈敏。因此選取i3時，栗兼顧省力和靈敏的要求。

因為轉向系統(tǒng)中各傳動件之間存在著裝配間隙，在轉向盤開始轉動階段，駕駛人對轉

向盤施加的力矩很小，消除間隙后各傳動件才開始運動。轉向盤在空轉階段的角行程

稱為轉向盤自由行程。轉向盤從相應于汽車直線行駛的中間位置向任一方向的自由行程一

般為10°~15°,這個間隙需要定期檢查調整。

三、轉向操縱機構

汽車轉向操縱機構(圖14-3)主栗由轉向盤、轉向軸以及轉向柱管等機件組成。有些

轉向系統(tǒng)考慮車架變形的影響，在轉向操縱機構中增加了萬向節(jié)。

1.轉向盤

轉向盤(圖14-4)(SteeringWheeI)由輪緣、輪輻和輪轂組成。輪輻一般為三根輻

條或四根輻條，也有用兩根輻條的。轉向盤輪轂孔具有細牙內花鍵，借此與轉向軸連接。

轉向軸(SteeringShaft)是連接轉向盤和轉向器的傳動件，轉向柱管(Steering

Column)安裝在車身上，支撐著轉向盤。轉向軸從轉向柱管內穿過，支撐在柱管內的軸承

和襯套上。

5

(1)柔性聯(lián)軸器式(FlexibleCoupIingType)

某轎車(圖14-5)的轉向軸分為上、下兩段，中間用柔性聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器的上、

下凸緣盤靠兩個銷子與銷孔扣合在一起。銷子通過襯套與銷孔配合。當發(fā)生猛烈撞車時，

將使車身、車架產生嚴重變形，導致轉向軸、轉向盤等部件后移。與此同時，在慣性作用

下駕駛人身體向前沖，致使轉向軸上的上、下凸緣盤的銷子與銷孔脫開，從而緩和了沖擊，

吸收了沖擊能量，有效地減輕了駕駛人的受傷程度。

(2)軸一套管式(Shaft-sIeeveType)(圖14-6)

軸和套管用銷子連接，當碰撞力達到一定值時連接銷子被“沖”斷，軸可以伸縮至套

管深處。

(3)網格狀和波紋管式(GridandBeIIowsType)(圖14-7)

當沖撞到轉向盤的力超過允許值時，網格狀和波紋管部分被壓縮，產生塑性變形。

■U-7

四、轉向器

轉向器的功用是增大駕駛人作用在轉向盤的力并改變力的傳遞方向，一般有1?2級

減速傳動副。目前汽車上廣泛采用的是齒輪齒條式和循環(huán)球一齒條齒扇式。

轉向器的輸出功率與輸入功率之比稱為轉向器傳動效率。在功率由轉向軸輸入，由轉

向傳動機構(如：轉向橫拉桿或搖臂)輸出的情況下求得的傳動效率稱為正效率；而傳動

方向與上述相反時求得的效率則稱為逆效率。逆效率很高的轉向器稱為可逆式轉向器，逆

效率很低的轉向器稱為不可逆式轉向器，逆效率略高于不可逆式的轉向器稱為極限可逆式

轉向器。

現代汽車上一般不采用不可逆式轉向器。經常在良好路面上行駛的汽車多采用可逆式

6

轉向器。極限可逆式轉向器多用于中型以上越野汽車和礦用自卸汽車。

1.齒輪齒條式轉向器

(1)結構及工作原理

圖14-8為兩端輸出式齒輪齒條式轉向器。

圖14-10為中間輸出式齒輪齒條式轉向器。與兩端輸出式不同的地方是：其轉向齒

條的中部用螺栓與左右橫拉桿相連。

(2)特點

齒輪齒條式轉向器可以使轉向機構簡化，適合與麥弗遜式獨立懸架配用，常用于轎車、

微型貨車和輕型貨車。

(3)變速比傳動

使齒條從中間到兩端各齒的傾斜角、壓力角和模數按一定規(guī)律變化。一般結構是：齒

條采用兩邊稀疏、中間細密的齒比結構。高速行駛時，使用齒比較密的齒條段，這樣轉向

不會那么“靈敏”，而是非常精確；在低速狀態(tài)下，使用齒比較疏的齒條段，轉向反應靈

敏。

7

2.循環(huán)球一齒條齒扇式轉向器

(1)結構

循環(huán)球齒條齒扇式轉向器(RecircuIatingBaIISteeringGear)(圖14-11)中有兩

級傳動副，第一級是螺桿螺母傳動副，第二級是齒條齒扇傳動副。

(2)工作原理

轉動時，轉向螺桿通過鋼球將力傳給轉向螺母，螺母即沿軸向移動。同時，在螺桿與

螺母兩者和鋼球間的摩擦力矩作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內滾動，形成“球流”。

鋼球在管狀通道內繞行后，流出螺母進入導管的一端，再由導管另一端流回螺旋管狀通道。

五、轉向傳動機構

功用：是將轉向器輸出的力和運動傳到轉向橋兩側的轉向節(jié)，使兩側轉向輪偏轉，并

使兩轉向輪偏轉角按一定關系變化，以保證汽車轉向時車輪與地面的相對滑動盡可能小。

1.轉向傳動機構的組成與布置

(1)與非獨立懸架配用的轉向傳動機構(圖1472)

由轉向搖臂、轉向直拉桿、轉向節(jié)臂和由轉向橫拉桿與兩個梯形臂組成的轉向梯形機

構。

(2)與獨立懸架配用的轉向傳動機構

采用獨立懸架的轉向輪可以相對于車架單獨運動，因而其轉向橋必須是斷開式的，轎

車上一般將轉向傳動機構中的轉向梯形分成兩段，轉向橫拉桿為兩根圖14-13a為兩端輸

出型，圖14-13b為中間輸出型。

8

梯形臂梯形臂

轉向橫拉桿A

口

務轉向/於亡"

4K轉向一

轉向器需

C）轉向汽拉桿橫置

圖14-12與非獨立懸架配用的轉向傳動機構示意圖

2.轉向傳動機構部件

（1）轉向搖臂

轉向搖臂是轉向器與轉向直拉桿之間的傳動件。轉向搖臂的大端用錐形三角細花鍵與

轉向器中搖臂軸的外端連接，其小端帶有球頭銷，與轉向直拉桿作空間較鏈連接。

（2）轉向直拉桿

轉向直拉桿（SteeringDragLink）是轉向搖臂與轉向節(jié)臂之間的傳動桿件（圖14-

3）。在轉向輪偏轉或因懸架彈性變形而相對于車架跳動時，轉向直拉桿與轉向搖臂及轉向

節(jié)臂的相對運動都是空間運動。為了不發(fā)生運動干涉，三者之間的連接件都是球形鐵鏈（圖

14-15）O

圖14-15轉向直拉桿

（3）轉向橫拉桿

轉向橫拉桿（SteeringTieRod）（圖14-3）是轉向梯形機構的底邊，它由橫拉桿體

和旋裝在兩端的橫拉桿接頭組成（圖1476a）。兩接頭借螺紋與橫拉桿體連接。接頭旋裝

到橫拉桿體上后，用夾緊螺栓夾緊。兩端的螺紋一為右旋，一為左旋。旋松夾緊螺栓以后，

轉動橫轉向傳動機構各部件之間的連接拉桿體，即可改變轉向橫拉桿的總長度，從而調整

前束值。兩端的接頭（圖1476b）結構相同，與梯形臂采用球形較鏈相連。

9

4IJ打搔頭

?

P;智慧樹翻轉課堂自擬作業(yè)

教學后記

教學反思：

形成性評價平日成績：慕課（20）+章節(jié)測試（20）+資源學習（10）

自講（加分10）；搶答（加分10）；討論小組活動表現好（10）

10

第十四章轉向系統(tǒng)

授課題目第三節(jié)液壓動力轉向系統(tǒng)授課類型理論課

第四節(jié)電控動力轉向系統(tǒng)

首次授課時間年9月18日學時2

1、知識目標

具備汽車轉向系統(tǒng)的結構、組成、類型及工作原理的相關知識

1）掌握常用的整體式動力轉向系統(tǒng)和電動式動力轉向系統(tǒng)的結構及工作原理；

2）了解電控液壓動力轉向、主動轉向、線控轉向和四輪轉向系統(tǒng)的結構特點和

工作原理。

2、能力目標

培養(yǎng)觀察能力、綜合分析能力、理論聯(lián)系實際的能力

1）在汽車上找到轉向系統(tǒng)各組成部分；

教學目標

2）分析轉向系統(tǒng)的類型及特點；

3）設計車輛的轉向系統(tǒng)。

3、素質目標

1）養(yǎng)成科學嚴謹的治學態(tài)度，具有完整的知識框架和系統(tǒng)的學科思維體系，學

會用哲學中抓主要矛盾的方法論來解決發(fā)動機工作原理及總體構造中遇到的

問題。

2）具有匠人心態(tài)，精益求精，一絲不茍；樂觀、積極向上、熱愛專業(yè)。

重點：1）液壓助力轉向系統(tǒng)的類型（常壓式、常流式），轉閥和滑閥的結構及

重點與難點工作原理；2）捷達轎車整體式動力轉向系統(tǒng)的結構及工作原理。

難點：整體式動力轉向系統(tǒng)的隨動原理。

學習者分析本門課學生第一門專業(yè)課

教學資源自建在線課程（總論部分）；翻轉教學平臺學習資源里的文章等

教學方式一課堂

教學方法教學方法一問題式；自學自講；討論式；探究式；雙語式；互動（包括簽

至人答題、頭腦風暴、答疑、選擇、判斷、搶答、隨機選人等）

教室多媒體演示+板書；

教學手段

實驗室現場教學

教學過程：（包括授課思路、過程設計、講解要點及各部分具體內容、時間分配等）

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一、線上學習任務安排（20分鐘）

課前布置作業(yè)：自學，上課學生自講。思考如下問題：

1）動力轉向系統(tǒng)的類型；

2）液壓動力轉向系統(tǒng)的組成。

注意：（1）學習過程中在教材上做出標記；（2）記錄出有疑問的地方。

課堂教學（100分鐘）

按照“在線測試-導學-內容講授-總結-答疑-作業(yè)”的線性順序開展教學活動。

三、課后拓展

L在智慧樹提交作業(yè)；

2.完成下一節(jié)課在線學習；

3.完成拓展任務-主動轉向系統(tǒng)。

課堂教學

?授課思路

（1）一起討論動力轉向系統(tǒng)的概念、組成、類型；

（2）分析常壓式和常流式液壓助力轉向系統(tǒng)的特點及應用；

（3）分析液壓助力轉向系統(tǒng)的轉閥和滑閥的結構及工作原理；

（4）用自己做的突出結構特點的彩圖圖片、視頻等著重講解：

1）捷達轎車整體式動力轉向系統(tǒng)的結構及工作原理；

2）電控液壓動力轉向結構特點和工作原理。

（5）學生自學自講

1）主動轉向、線控轉向和四輪轉向系統(tǒng)的結構特點和工作原理；

2）常見的電動式動力轉向系統(tǒng)的結構特點和工作原理。

（6）期間運用智慧樹翻轉教學，讓學生做幾道題。

?過程設計及時間分配

1.智慧平臺測試線上學習的基礎知識（5分鐘）

2.液壓動力轉向系統(tǒng)的分類（10分鐘）（自學自講）

3.液壓動力轉向系統(tǒng)的控制閥（10分鐘）（講授+互動）

4.整體式動力轉向系統(tǒng)（30分鐘）（講授+互動）

5.流量控制式EHPS（10分鐘）（學生思考+小組討論+學生回答+教師分析）

6.反力控制式EHPS（10分鐘）（自學+隨堂測試）

7.電動式EPS的結構和工作原理（15分鐘）（自學+隨堂測試）

8.電動式EPS的類型（5分鐘）（自學自講）

9.思政元素的導入（5分鐘）（汽車轉向最新時事新聞）

?講解要點及各部分具體內容

授課要點

12

一、液壓動力轉向系統(tǒng)

二、電控動力轉向系統(tǒng)

授課內容

第十四章轉向系統(tǒng)

第三節(jié)液壓動力轉向系統(tǒng)

一、概述

1.液壓動力轉向系統(tǒng)組成及工作原理

液壓動力轉向系統(tǒng)(HydrauIicPowerSteeringSystem)(圖1477)是在機械轉向

系統(tǒng)的基礎上加設一套液壓加力裝置而形成的。其中屬于動力轉向裝置的部件主要有：轉

向油罐、轉向泵、轉向控制閥和轉向動力缸。

工作原理：當駕駛人轉動轉向盤時，轉向軸通過轉向萬向傳動裝置帶動轉向控制閥轉

動，使轉向動力缸中活塞一■側的油腔接通液面壓力為零的轉向油罐，而另一■側油腔則接通

轉向泵的出油口，使高壓油進入該油腔，于是轉向動力缸的活塞受到液壓力的作用，推動

活塞桿移動，通過轉向傳動機構帶動左、右轉向輪偏擺實現轉向。這樣，駕駛人施于轉向

盤上很小的轉向力矩，便可克服地面作用于轉向輪上的轉向阻力矩。

分類：根據助力能源形式的不同可以分為液壓助力、氣壓助力和電動機助力三種類型。

氣壓式主要應用于氣壓制動的貨車和客車，因壓力較低，部件尺寸過于龐大。

2.液壓助力轉向系統(tǒng)的分類

1)按機械轉向器(ManualSteeringGear)、轉向控制閥(SteeringCo

ntroIVaIve)和轉向動力缸(SteeringPowerCyIinder)三者的組合及相對位置不

同，分整體式動力轉向器、半整體式動力轉向器和轉向加力器三種結構形式(圖14-

18)。整體式動力轉向器因其結構緊湊、管路短得到廣泛采用。

玉轉向油罐I4轉向油罐安多閥I:卜轉向油罐

流量控制閥流量控制閥

安全閥流量控制閥安全閥

轉向動力缸J5M

單向閥

機械轉向泵轉向泵轉向泵

機械轉向器

轉向器機械轉向器單向閥

單向閥轉向軸

轉向軸

轉向盤、轉向盤

轉向軸2轉向、轉向向盤盤/轉向動力缸

控制L閥b轉電下廣武江

轉向控制閥轉向/

轉向/▽轉向動力缸搖臂

搖臂搖臂J

轉向直拉桿轉向直拉桿轉向直拉桿

轉向控制閥

帶整體式動力轉向器帶半整體式動力轉向器帶轉向加力器

圖14-18液壓動力轉向系統(tǒng)結構布置方案示意圖

2)按照轉向控制閥的結構不同，分為滑閥式和轉閥式。

3)按照轉向系統(tǒng)內部壓力狀態(tài)不同，分為常流式(ConstantFIowType)和常壓式

(ConstantPressureType)o不轉向(靜態(tài))時，油液仍不斷流動，稱為常流式；若靜態(tài)

時油液不流動，系統(tǒng)維持高壓，稱為常壓式。常流式比常壓式轉向器功率消耗小，結構也

較簡單(少了蓄能器)，故現在大部分汽車采用常流式動力轉向器。

13

不轉向時，轉向控制閥保持開啟。轉向動力缸的活塞兩邊的工作腔，由于都與低壓回

油管路相通而不起作用。當駕駛員轉動方向盤，通過機械轉向器使轉向控制閥處于與某一

轉彎方向相對應的工作位置時，轉向動力缸的相應工作腔與回油管路隔絕，轉而與油泵輸

出管路相通，動力缸的另一腔則仍然通回油管路而與油泵輸出管路相隔絕。

轉向油罐

安全閥

單由閥轉向泵

22機械轉向器

口轉向動力缸

26

轉向控制閥

圖14-19常流式液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖

3.液壓動力轉向系統(tǒng)的控制閥

(1)滑閥(SpoolValve)式轉向控制閥

圖14-20a為常流式液壓助力轉向系統(tǒng)中的滑閥，其閥體通過沿軸向移

動來控制油液流量。當閥體處于中間位置時，其兩個凸棱邊與閥套2的環(huán)槽

形成四條縫隙。中間的兩個縫隙分別與動力缸兩腔的油道相通，而兩邊的兩

個縫隙與回油道相通。當閥體向右移動時，右凸棱將右外側的縫隙堵住，左凸棱將中

間的左縫隙堵住，則來自轉向泵的高壓油經通道和中間的右縫隙流入通道4,繼而進入動

力缸的一個腔；而動力缸另一腔的低壓油被活塞推出，經由通道2和左凸棱外側的縫隙

流回儲油罐。

實際上閥體移動并未將縫隙完全堵住時，一側縫隙增大，另一側縫隙減小就可以在動

力缸活塞兩側形成壓力差，并實現助力作用。此壓力差隨閥體與閥套進一步的相對移動將

變大。當閥體向左移動時，油液會進入動力缸的另一個腔。圖14-20b所示為常壓式液壓

助力轉向系統(tǒng)中的滑閥結構。與常流式的滑閥相比較，它的凸棱較寬，閥體1處于中間位

置(圖示位置)時，通向動力缸的油道都被關閉。

(2)轉閥(RotaryValve)式轉向控制閥

圖14-21為常流式液壓助力轉向系統(tǒng)中的轉閥，其閥體通過繞其軸線轉動來控制油

液流量。該轉閥具有4個互相連通的進油道A,通道B、C分別與動力缸的左、右腔連通，

中空的閥體與儲油罐相連。當閥體順時針轉過一個很小的角度時，通道C與進油道A相

14

通，而與回油道（圖中未表示）相隔斷，來自油泵的壓力油經通道A流入通道C,繼而進

入動力缸的一個腔內；同時，通道B與進油道A相隔斷而與回油道相通，動力缸另一腔

的低壓油在活塞的推動下經通道B、回油道和中空的閥體流回儲油罐?；y的結構簡單、

工藝性好，布置方便；轉閥的靈敏度較高，密封件少，應用廣泛。

a）常流式滑閥b）常壓式滑閥”一?*向"■出"務的

圖14-20滑閥的結構和工作原理BC一逢馬力k/右普的?道

二、整體式動力轉向系統(tǒng)

圖14-22所示為捷達轎車的整體式液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖，圖中將轉閥的剖面圖

放大畫出，并表示出油路的連接關系。轉向動力缸活塞與轉向齒條制成一體，活塞將轉向

動力缸（即轉向器殼體）分成左右兩腔。

轉閥的構造如圖14-23所示。扭桿的前端用銷與轉向齒輪連接，后端用銷與閥芯連

接，而閥芯又與轉向軸的末端固定在一■起，因而轉向軸可通過扭桿帶動轉向齒輪轉動。

剛一開始轉動轉向盤時，轉向軸連同閥芯被順時針轉動（圖14-22b）,因為受到轉向

節(jié)臂傳來的路面轉向阻力，動力缸活塞和轉向齒條暫時都不能運動，所以轉向齒輪暫時也

不能隨轉向軸轉動。這樣，由轉向軸傳來的轉矩只能使扭桿產生少許扭轉變形，使轉向軸

帶動閥芯得以相對轉向齒輪（即閥套）轉過不大的角度，從而轉閥開始工作并使動力缸左

腔成為高壓的進油腔，右腔則成為低壓的回油腔。作用在動力缸活塞上的向右的液壓作用

力幫助轉向齒輪使轉向齒條開始右移，轉向輪開始向右偏轉，同時，轉向齒輪也得以與轉

向軸同向轉動，以實現轉向。只要轉向盤繼續(xù)轉動，扭桿就一直保持有扭轉變形，轉向控

制閥也一直處于向右轉向的位置。一旦轉向盤停止轉動，動力缸暫時還繼續(xù)工作，導致轉

向齒輪繼續(xù)轉動，使扭桿的扭轉變形減小，直到扭桿恢復自由狀態(tài)，控制閥回復到中立位

置，動力缸停止工作為止。此時，轉向盤停在某一位置上不動，則車輪轉角也就保持一定。

若轉向盤繼續(xù)轉動，則轉向動力缸又繼續(xù)工作。這種轉向動力缸隨轉向盤的轉動而工作，

又隨轉向盤停止轉動而停止加力的作用，稱為動力轉向器的隨動作用。

15

a)汽車直線行駛時

圖14-23轉閥構造

P—轉閥進油口O—轉閥出油口4一通動力缸左腔出油口E一通動力缸右腔出油口

第四節(jié)電控動力轉向系統(tǒng)

電控動力轉向(EIectronicControIPowerSteering)系統(tǒng)簡稱EPS,是在普通動力

轉向系統(tǒng)的基礎上增設了一套電子控制系統(tǒng)，能夠根據車速、轉向情況等對轉向助力實施

控制，使動力轉向系統(tǒng)在不同的行駛條件下都有最佳的轉向性能。

EPS既可在低速時使轉向輕便、靈活，又能在高速時保證一定的路感，從而提高了駕

駛舒適性和操縱穩(wěn)定性。

一、液壓式電控動力轉向系統(tǒng)

液壓式電控動力轉向系統(tǒng)(ElectronieHydrostaticPowerSteering,EHPS)是在

普通動力轉向系統(tǒng)的基礎上增設了控制液體流量的電磁閥、檢測車輛信息的各種傳感器以

及電控單元(ECU)o目前EHPS在轎車上應用較多。根據控制方式不同，EHPS分為流量控

制式、反力控制式和閥靈敏度控制式等多種形式。

1.流量控制式EHPS

流量控制式EHPS是ECU根據車速傳感器的信號，控制電磁閥的開啟程度，從而控制

轉向動力缸活塞兩側油室的旁路液壓油流量，以控制轉向力的大小。

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(1)系統(tǒng)組成

如圖14-24所示為某轎車上使用的一種流量控制式EHPS的基本組成。該系統(tǒng)是在一

般液壓動力轉向系統(tǒng)上增加了旁通流量控制電磁閥、車速傳感器、轉向角速度傳感器、電

控單元和控制開關等元件。

(2)工作原理

1)當車速很低時。電控單元輸出的脈沖控制信號的占空比很小，通過旁通流量控制

電磁閥線圈的平均電流很小，電磁閥開啟程度也很小，旁路液壓油流量小，液壓助力作用

大，使低速時轉向盤操縱輕便。

2)當車速提高時。電控單元輸出的脈沖控制信號的占空比增大，通過旁通流量控制

電磁閥線圈的平均電流增大，電磁閥開啟程度也增大，旁路液壓油流量增大，從而使液壓

助力作用減小，以增加高速時轉向盤的路感。

，內，■'

2.反力控制式EHPS

反力控制式EHPS根據車速大小控制液壓反力腔油壓，從而改變輸入、輸出增益幅度

以控制轉向力。

(1)系統(tǒng)組成

反力控制式EHPS(圖14-25)是在一般液壓動力轉向系統(tǒng)上增加了液壓反應裝置、液

流分配閥、電磁閥、車速傳感器及電子控制單元等。

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二、電動式電控動力轉向系統(tǒng)

隨著電子技術的進一步發(fā)展，越來越多的轎車上采用了電動式EPS,它是一種直接依

靠電動機提供輔助轉矩的電控動力轉向系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅需要控制電動機電流的方向和幅

值，不需要復雜的控制機構。具有能耗低、輕量化、系統(tǒng)安全可靠、優(yōu)化助力控制等優(yōu)點，

但因為提供的輔助動力較小，不宜用于大型車輛。

1.電動式EPS的結構和工作原理

(1)電動式EPS的結構

電動式EPS主要包括機械式轉向器、轉矩傳感器、減速機構、離合器、電動機、

電控單元(ECU)和車速傳感器等，其結構如圖14-26所示。

(2)電動式EPS的工作原理

當操縱轉向盤時，裝在轉向軸上的轉矩傳感器不斷地測出轉向軸上的轉矩信號，該信

號與車速傳感器同時輸入到電控單元，電控單元根據這些信號，確定助力轉矩的大小和方

向，即選定電動機的電流大小和方向，調整轉向輔助動力的大小。電動機的轉矩由電磁離

合器通過減速機構減速增矩后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與汽車工況相適應

的轉向作用力。

這種控制可以方便地實現在不同車速下提供不同的助力效果，保證汽車在低速轉向行

駛時輕便靈活，高速行駛時穩(wěn)定可靠。

2.電動式EPS的類型

根據電動機和減速器安裝位置的不同，電動式EPS分為轉向軸助力式、齒輪助力式、

齒條助力式3種類型，如圖14-27所示，其選擇方案見表147。

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電心機

電動機

HRA*M收以總it

<H4?lHMrtrie

??*￡-?

HlMA*

HXe鐵

a/向??力式b＞總論句力式

914-27EPS的臭理

知識拓展：

一、四輪轉向系統(tǒng)

汽車的四輪轉向是指汽車在轉向時，四個車輪都可相對車身主動偏轉，使之起到轉向

作用，以改善汽車的轉身機動性能。

轉向時，傳感器將前輪轉角、車速和橫擺角速度等信號送入ECU進行分析計算，ECU

確定后輪轉角并向步進電動機輸出驅動信號，電動機通過后輪轉向機構驅動后車輪偏轉以

配合前輪轉向，實現汽車的四輪轉向。同時，ECU計算后輪目標轉角與實際轉角之間的差

值并進行調整，從而實現汽車行駛狀況的實時監(jiān)控。

二、線控轉向系統(tǒng)

線控轉向系統(tǒng)用傳感器記錄駕駛員的轉向意圖和車輛的行駛狀況，通過數據線將信號

傳遞給車載電腦，電腦據此做出判斷并控制液壓激勵器提供相應的轉向力，使轉向輪偏轉

相應角度實現轉向。

P;智慧樹翻轉課堂自擬作業(yè)

教學后記

教學反思:

形成性評價平日成績：慕課(20)+章節(jié)測試(20)+資源學習(10)

自講(加分10)；搶答(加分10)；討論小組活動表現好(10)

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第十五章制動系統(tǒng)

授課題目第一節(jié)概述授課類型理論課

第二節(jié)制動器

首次授課時間年9月18日學時2

1、知識目標

具備汽車制動系統(tǒng)的結構、組成、類型及工作原理的相關知識

1）掌握制動系統(tǒng)的功用、組成、類型及工作原理；

2）掌握各種制動器的結構、工作原理及間隙的調整方法。

2、能力目標

培養(yǎng)觀察能力、綜合分析能力、理論聯(lián)系實際的能力

1）在汽車上找到制動系統(tǒng)各組成部分；

教學目標

2）分析制動系統(tǒng)及制動器的類型及特點；

3）設計車輛的制動器。

3、素質目標

（1）養(yǎng)成科學嚴謹的治學態(tài)度，具有完整的知識框架和系統(tǒng)的學科思維體系，

學會用哲學中抓主要矛盾的方法論來解決發(fā)動機工作原理及總體構造中遇到

的問題。

（2）具有匠人心態(tài)，精益求精，一絲不茍；樂觀、積極向上、熱愛專業(yè)。

重點：1）制動系統(tǒng)的工作原理；2）制動器的結構、工作原理、間隙的調整。

重點與難點

難點：制動器間隙的自動調整裝置。

學習者分析本門課學生第一門專業(yè)課

教學資源自建在線課程（總論部分）；翻轉教學平臺學習資源里的文章等

教學方式一課堂

教學方法教學方法一問題式；自學自講；討論式；探究式；雙語式；互動（包括簽

至11、答題、頭腦風暴、答疑、選擇、判斷、搶答、隨機選人等）

教室多媒體演示+板書；

教學手段

實驗室現場教學

教學過程：（包括授課思路、過程設計、講解要點及各部分具體內容、時間分配等）

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一、線上學習任務安排（20分鐘）

課前布置作業(yè)：自學，上課學生自講。思考如下問題：

1）制動系統(tǒng)的類型；

2）制動系統(tǒng)的組成。

注意：（1）學習過程中在教材上做出標記；（2）記錄出有疑問的地方。

課堂教學（100分鐘）

按照“在線測試-導學-內容講授-總結-答疑-作業(yè)”的線性順序開展教學活動。

四、課后拓展

L在智慧樹提交作業(yè)；

2.完成下一節(jié)課在線學習；

3.完成拓展任務-制動系統(tǒng)的發(fā)明發(fā)展。

課堂教學

?授課思路

（1）一起討論制動系統(tǒng)的功用、組成、類型；

（2）詳細分析制動系統(tǒng)的工作原理；

（3）用自己做的突出結構特點的彩圖圖片、視頻等。

著重講解：

1）領從蹄式制動器的結構和工作原理；

2）雙領蹄式制動器的結構和工作原理；

3）雙向雙領蹄制動器的結構和工作原理；

4）雙從蹄式制動器的結構和工作原理；

5）單向自增力式制動器的結構和工作原理；

6）雙向自增力式制動器的結構和工作原理。

7）鼓式制動器的受力情況

8）鉗盤式制動器的類型；

9）定鉗盤和浮鉗盤式制動器的結構和工作原理；

（4）分析講解各種制動器間隙的調整；

（5）期間運用智慧樹翻轉教學，讓學生做幾道題。

?過程設計及時間分配

1.智慧平臺測試線上學習的基礎知識（5分鐘）

2.制動系統(tǒng)的工作原理（5分鐘）（自學自講）

3.領從蹄式制動器（20分鐘）（講授+互動）

4.雙領蹄/雙向雙領蹄/雙從蹄式制動器（10分鐘）（講授+互動）

5.自增力式制動器（10分鐘）（學生思考+小組討論+學生回答+教師分析）

6.制動器間隙的調整（20分鐘）（自學+隨堂測試）

7.凸輪式制動器（15分鐘）（自學+隨堂測試）

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8.盤式制動器（10分鐘）（自學自講）

9.思政元素的導入（5分鐘）（汽車時事新聞）

?講解要點及各部分具體內容

授課要點

一、概述

二、制動器

授課內容

第十五章制動系統(tǒng)

第一節(jié)概述

一、制動系統(tǒng)的功用

使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的

汽車保持不動，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動。

對汽車起制動作用的作用在汽車上，其方向與汽車行駛方向相反的外力，即制動力。

二、制動系的類型

1）按制動系的功用分類：

①行車制動系：使行駛中的汽車減速甚至停車。

②駐車制動系：使已停駛的汽車駐留原地不動。

③第二制動系：行車制動系統(tǒng)失效的情況下保證汽車仍能實現減速或停車。

④輔助制動系：在汽車下長坡時用以穩(wěn)定車速。

2）按制動系的制動能源分：

①人力制動系：以駕駛員的肌體作為惟一的制動能源。

②動力制動系：完全靠由發(fā)動機的動力轉化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動。

③伺服制動系：兼用人力和發(fā)動機動力進行制動。

三、制動系的組成

有四個基本組成部分：

1）供能裝置：供給、調節(jié)制動所需能量以及改善傳能介質狀態(tài)的各種部件。

2）控制裝置：產生制動動作和控制制動效果的各種部件。

3）傳動裝置：將制動能量傳輸到制動器的各個部件。

4）制動器：產生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力的部件。

四、制動系的工作原理

要使行駛中的汽車減速，駕駛員應踩下制動踏板，通過推桿和主缸活塞使主缸內油液

在一定壓力下流入輪缸，并通過兩個輪缸活塞推使兩制動蹄繞支承銷轉動，上端向兩邊分

開而以其摩擦片壓緊在制動鼓的內圓面上。不旋轉的制動蹄就對旋轉的制動鼓作用一個摩

擦力矩，其方向與車輪旋轉方向相反。制動鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有

附著作用，車輪對路面作用一個向前的周緣力，同時路面也對車輪作用著一個向后的反作

22

用力，即制動力。制動力由車輪經車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個汽車產生一定的

減速度。制動力越大，汽車減速度也越大。放開制動踏板時，復位彈簧即將制動蹄拉回復

位，摩擦力矩和制動力消失，制動作用即行終止。

H15-1液任制動系統(tǒng)示意圖

第二節(jié)制動器

利用固定元件與旋轉元件工作表面的摩擦而產生制動力矩的制動器稱為摩擦制動器。

可分為鼓式和盤式兩大類。

旋轉元件固裝在車輪或半軸上，即制動力矩直接分別作用于兩側車輪上的制動器稱為

車輪制動器。

旋轉元件固裝在傳動系的傳動軸上，其制動力矩必須經過驅動橋再分配到兩側車輪上

的制動器稱為中央制動器。

一、鼓式制動器

鼓式制動器有內張型和外束型兩種。

凡對蹄端加力使蹄轉動的裝置統(tǒng)稱為制動蹄促動裝置。以液壓制動輪缸作為制動蹄促

動裝置的稱為輪缸式制動器。用凸輪作為促動裝置的稱凸輪式制動器，用楔作為促動裝置

的稱為楔式制動器。

(-)輪缸式制動器

1、領從蹄式制動器

北京BJ2020N后輪制動器，各件在制動底板上是軸對稱分布。蹄張開時的旋轉方向與

制動鼓的旋轉方向相同，此蹄稱為領蹄。蹄張開時的旋轉方向與制動鼓的旋轉方向相反，

此蹄稱從蹄。該制動器前進和倒車時的制動效能一■樣。

兩蹄所受促動力相等的領從蹄制動器都可稱為等促動力制動器。

制動時，領蹄和從蹄在相等的促動力的作用下，分別繞各自的支承點旋轉到緊壓在制

動鼓上。領蹄上的切向合力所造成的繞支點的力矩與促動力所造成的繞同一支點的力矩是

23

同向的，結果是領蹄在制動鼓上壓得更緊。領從蹄式制動器的制動鼓所受來自二蹄的法向

力不能平衡，此類制動器稱簡單非平衡式制動器。

制動器中裝設駐車制動機械促動裝置，行車制動器可兼充駐車制動器。

2.雙領蹄式制動器

制動鼓正向旋轉時，兩蹄均為領蹄的制動器稱為雙領蹄式制動器，各件在制動底版上

是中心對稱的。倒車時，兩蹄都變成從蹄。如北京BJ2020N汽車前輪制動器。

3.雙向雙領蹄式制動器

雙向雙領蹄式制動器既按軸對稱又按中心對稱，前進和倒車時制動效能完全一樣。

4.雙從蹄式制動器

左右兩側車輪的雙領蹄式制動器若對調安裝，便成為在制動鼓正向旋轉時兩蹄均為從

蹄的雙從蹄式制動器。雙從蹄式制動器前進制動效能低于雙領蹄式和領從蹄式制動器，但

具有良好的制動效能穩(wěn)定性。

雙領蹄式和雙向雙領蹄式制動器、雙從蹄式制動器的固定元件都是中心對稱的，制動

鼓所受兩蹄施加的兩個法向力能互相平衡，不會對輪轂軸承造成附加徑向載荷，因此這三

種制動器屬于平衡式制動器。

24

5.單向自增力式制動器

汽車前進制動時，單活塞缸只將促動力加于第一蹄，使其上端離開支承銷，整個制動

蹄繞頂桿左端支承點旋轉，并壓靠在制動鼓上。頂桿是浮動的，第一蹄和第二蹄都是領蹄。

由于第二蹄支承點的力臂也大于第一蹄支承點的力臂。因此，第二蹄的制動力矩大于第一

蹄的制動力矩。

在制動鼓尺寸和摩擦系數相同的條件下，前進制動效能不僅高于領從蹄式制動器，而

且也高于雙領蹄式制動器。倒車時，制動效能比雙從蹄式還低。

S15-10?商自■力式制動■示意倒a15-11-向自0力式制動現

6.雙向自增力式制動器

特點是正向和反向旋轉時均能借蹄鼓摩擦起自增力作用。

雙向自增力式制動器采用雙活塞式輪缸，可向兩蹄同時施加相等的促動力。制動鼓正

向旋轉時，前制動蹄為第一蹄，后制動蹄為第二蹄。第一蹄只受一個促動力，而第二蹄有

兩個促動力（兩端各一）。

就制動效能而言，在基本結構參數和輪缸工作壓力相同的條件下，自增力式制動器由

于對摩擦助勢作用利用得最為充分而居首位，以下依次為雙領蹄式、領從蹄式，雙從蹄式。

雙向自增力式制動器多用于轎車后輪（兼充駐車制動器）；

單向自增力式制動器只用于中、輕型汽車的前輪（倒車制動時對前輪制動效能要求不

高）；

25

圖15-13雙向自增力式制動器

雙從蹄制動器制動效能最低，但制動效能穩(wěn)定性最好，少數轎車采用；

雙領蹄式、雙向雙領蹄式和雙從蹄式等具有兩個輪缸的制動器最宜布置雙回路制動系

統(tǒng)；

領從蹄發(fā)展最早，應用最廣。

7.制動器間隙的調整

制動蹄在不工作的原始位置時，摩擦片與制動鼓之間一般保持0.25—0.5mm的間隙。

過小，不能徹底解除制動；過大，踏板行程太長。所以間隙栗能調整。方法有手動調整和

自動調整兩種。

1）手動調整裝置

①轉動調整凸輪和帶偏心軸頸的支承銷

②轉動調整螺母

③調整可調頂桿長度

26

圖15-15改變可調頂桿長度示意圖

2）自動調整裝置

①摩擦限位式間隙自調裝置：摩擦環(huán)與缸壁之間的不可逆轉的軸向相對位移補償了

制動器的過量間隙。

②楔塊式間隙自調裝置：制動蹄磨損，制動間隙超過設定值，制動時駐車制動推桿

與前制動蹄支承間形成的切槽與楔開調節(jié)塊間便宜產生了間隙，楔形調節(jié)塊被彈簧往下

拉，直到調節(jié)塊與切槽兩側面重新接觸為止，從而補償了制動器的過量間隙。

③階躍式間隙自調裝置：在若干次倒車制動后方起調整作用。只有在制動器過量間

隙增大到一定值時，撥板方能嵌入棘齒間。解除倒車制動時，制動蹄回位，自調撥板被扭

簧按回到下平衡位置，同時將調整螺釘撥款過相當于一個棘齒距的角度。

■15-17I9凌式聞?自

27

（二）凸輪式制動器

氣壓制動系中都采用