汽車四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實驗臺實訓(xùn)指導(dǎo)

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(yīng)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(yù)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(yù)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(yīng)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(yīng)。
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(yīng)小于1030kPa，如果超過此限，應(yīng)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(yīng)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(yīng)在345kPa以內(nèi)；如果壓力差和讀數(shù)不符合上述規(guī)定，應(yīng)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(yīng)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(yīng)先做好的工作
①輪轂軸承緊度應(yīng)符合技術(shù)要求；
②輪胎氣壓應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)大于12米，否則應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)小于14°，方向盤轉(zhuǎn)動弧長應(yīng)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(yīng)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。
三．馬自達汽車四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如下圖所示。