【基本知识】
具有四轮转向装置的汽车，在十分狭窄拥挤的地方，能够非常方便地驶出停车位置、转向或掉头。四轮转向系统中后轮转向可以根据车辆速度或者转向盘的转角来控制，在车速较低或转向盘转角很大时，后轮的转向与前轮相反，从而使汽车转弯半径减小，转向机动性能提高；当车辆行驶速度较高或者转向盘转角较小时，后轮的转向与前轮相同，从而使汽车车身的横摆角度和横摆角速度大为减小，使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。
从后轮转向装置的控制方法上，四轮转向系统可分为转角随动型四轮转向系统和车速感应型四轮转向系统。转角随动型四轮转向系统都是采用机械式的；而车速感应型四轮转向系统有液压式、电子控制液压式和电子控制电动式。这里主要介绍电子控制液压式和电子控制电动式四轮转向系统。
一、液压式电控四轮转向系统
随着电子技术的发展，电控技术也应用于四轮转向系统，使后轮偏转角度控制更精确。
如图2-4-1所示，液压式电控四轮转向系统主要由转向盘、转向油泵、前轮转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、后轮转向系统、电子控制单元等组成。
图2-4-1 液压式电控四轮转向系统
1—转向盘；2—后轮转向系统；3—后轮转向传动轴；4—电子控制单元；5—车速传感器；6—前轮转向器；7—储液罐
1.前轮转向器和后轮转向传动轴
前轮转向器为齿轮齿条式，但将齿条加长，就可与固定在后轮转向传动轴上的小齿轮啮合。当转动转向盘使齿条水平移动时，齿条一方面控制前轮转向动力缸工作，推动前轮转向，同时将转向盘转动的方向、快慢和转动的角度传给后轮转向传动轴，驱动该轴转动，以控制后轮转向，如图2-4-2所示。
图2-4-2 前轮转向器
1—转向动力缸活塞杆；2—转向动力缸；3—转向控制阀；4—转向油泵；5—储液罐；6—转向齿条；7—后轮转向传动轴；8—转向齿轮；9—连接板
后轮转向传动轴的结构如图2-4-3所示。
图2-4-3 后轮转向传动轴
A—接前轮转向系统；B—接后轮转向系统
2.后轮转向系统的组成
液压电控后轮转向系统如图2-4-4所示，它主要包括相位控制系统、液压控制阀、后轮转向动力缸等。
图2-4-4 后轮转向系统
1—转角比传感器；2—后轮转向动力缸；3—后轮转向传动轴；4—电控油阀；5—液压控制阀；6—动力输出杆；7—步进电动机；8—回位弹簧
（1）相位控制系统。
相位控制系统包括步进电动机、扇形控制齿板、摆臂、大锥齿轮、小锥齿轮、液压控制阀连杆等，如图2-4-5所示。后轮转向传动轴与转向齿轮连接并输入前转向齿条的运动状态，前、后车轮转角比传感器安装在扇形控制齿板旋转轴上。
图2-4-5 相位控制系统
1—扇形控制齿板；2—转角比传感器；3—大锥齿轮；4—液压控制阀连杆；5—液压控制阀主动杆；6—液压控制阀；7—后轮转向传动轴；8—摆臂；9—步进电动机
①步进电动机。用螺栓固定在壳体一端，电动机输出轴上装有一锥齿轮，与固定在蜗杆轴上的另一锥齿轮啮合，蜗杆轴的转动将使扇形控制齿板摆动。步进电动机接收车速传感器的电信号而转动，结果使扇形控制齿板正向摆动或逆向摆动一定角度，从而将摆臂拉向或推离步进电动机。
②液压控制阀连杆。其一端连接摆臂，中间穿过大锥齿轮上的孔，另一端与液压控制阀主动杆连接。大锥齿轮的旋转运动是由小锥齿轮驱动的，而小锥齿轮的转动是由后轮转向传动轴驱动的。由此可见，液压控制阀连杆的运动是摆臂运动和大锥齿轮运动的合成，即液压控制阀连杆的运动受车速和前轮转向运动的综合影响。
当车速低于35km/h时，如图2-4-6（a）所示。扇形控制齿板在步进电动机的控制下向负方向偏转。假设转向盘向右转动，则小锥齿轮、大锥齿轮分别向空白箭头方向转动，摆臂在扇形控制齿板和大齿轮的带动下最终向右上方摆动，液压控制阀输入杆和滑阀也向右移动，由转向油泵输送的高压油液进入后轮转向动力缸的左腔，使后轮向左偏转，即后轮相对于前轮反向偏转。使车辆转向半径减小，提高了低速时的机动性。液压控制阀移动的行程大小与扇形控制齿板的转角大小成正比。
当车速高于35km/h时，如图2-4-6（b）所示。扇形控制齿板在步进电动机的控制下向图中正方向移动。假设这时转向盘仍向右转动，摆臂向左上方摆动，将液压控制阀输入杆和滑阀向左拉动，由转向油泵输送的高压油液进入后轮转向动力缸的右腔，结果使后轮向右偏转，即后轮相对于前轮同向偏转。使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。
当车速等于35km/h时，如图2-4-6（c）所示。扇形控制齿板处于中间位置，摆臂处于与大锥齿轮轴线垂直的位置。不管转向盘向左还是向右转动，液压控制阀输入杆均不产生轴向位移，后轮保持与汽车纵向轴线平行的直线行驶状态。
（2）液压控制阀。
如图2-4-7所示，液压控制阀是一滑阀结构，其滑阀的位置取决于车速和前轮转向系统转角。图中表示滑阀向左移动的过程，此时油泵送来的油液通过液压控制阀进入动力缸右腔，同时动力缸左腔通过液压控制阀与储液罐相通。在动力缸左右腔压力差的作用下，动力输出杆左移，使后轮向右偏转。因为阀套与动力输出杆固定在一起，所以当动力输出杆左移时将带动阀套左移，从而改变油路通道大小。当油压与回位弹簧恢复力及转向阻力的合力达到平衡时，动力输出杆（连同阀套）停止移动。
上述作用原理与液压常流式动力转向装置基本一致。
（3）后轮转向动力缸。
阀套将滑阀密封，阀套内含有连接相位控制系统和动力缸的油道。输出杆穿过动力缸活塞（输出杆与动力缸活塞固定连接），两端分别与左、右转向横拉杆连接，在动力缸两腔的压差作用下，输出杆向左或向右移动，从而使得后轮做相应偏转。当汽车直线行驶时，在动力缸两腔的回位弹簧弹力及油压作用下，使后轮处于直线行驶位置。此功能也使得当电子控制系统或液压回路出现故障时，后轮回到直线行驶位置，使四轮转向变成一般的两轮转向工作状态。
3.电控系统
电控系统由四轮转向电子控制单元、转角比传感器和电控油阀组成。
图2-4-6 后轮转向系统的工作原理
1—大锥齿轮；2—扇形控制齿板
图2-4-7 液压控制阀结构
1—动力缸活塞；2—阀套；3—动力输出杆；4—滑阀；5—回油道；6—液压控制阀主动杆；
A—进油口；B—回油口
（1）四轮转向电控单元。
四轮转向电控单元的功用：①根据车速传感器送来的电脉冲信号计算汽车的车速，再根据车速的高低计算汽车转向时前后轮的转角比。②比较前后轮理论转角比与当时的前后轮实际转角比，并向步进电动机发出正转或反转及转角大小的运转指令。另外还起监视四轮转向电控系统工作是否正常的作用。③发现四轮转向机构工作出现异常时，点亮警告信号灯，并断开电控油阀的电源，使四轮转向处于两轮转向状态。
（2）转角比传感器。
转角比传感器的功用：检测相位控制系统中的扇形控制齿板的转角位置，并将检测出的信号反馈给四轮转向电控单元，作为监督和控制信号使用。
（3）电控油阀。
电控油阀的功用是控制由转向油泵输向后轮转向动力缸的油路通断。当液压回路或电子控制线路出现故障时，电控油阀就切断由转向油泵通向液压控制阀的油液通道，使四轮转向装置处于一般两轮转向工作状态，起到失效保护的作用。
二、电控电动式四轮转向系统
在电控电动式四轮转向系统中，前轮转向器和后轮转向执行器之间没有任何机械连接装置，后轮转向执行器由转向电控模块来控制。该四轮转向系统利用转向盘转动速度、车辆行驶速度和前轮转角的信息来计算并控制后轮转向。
1.后轮转向执行器
后轮转向执行器如图2-4-8所示。该执行器包含一个通过循环球螺杆机构驱动转向齿条的电动机。转向横拉杆是从转向执行器连接到后轮转向节臂和转向节处，执行器内的回位弹簧在点火开关断开或四轮转向系统失效时将后轮推回直线行驶位置。后轮转角主传感器和后轮转角副传感器安装在后轮转向执行器的上端。
图2-4-8 后轮转向执行器
1—转向轴螺杆；2—后轮转角主传感器；3—定子；4—执行器壳体；5—后轮转角副传感器；6—回位弹簧；7—换向器；8—电刷；9—转子；10—循环球螺杆
2.传感器
（1）后轮转角主传感器。
后轮转角主传感器位于后轮转向执行器的左侧，含有一个随循环球螺杆旋转的脉冲环，霍尔传感元件直接安装在脉冲环上部，如图2-4-9所示。当循环球螺杆与脉冲环旋转时，霍尔传感元件向电子控制模块发出脉冲数字电压信号，显示后轮转角。
图2-4-9 后轮转角主传感器
1—转子；2—霍尔电路集成块；3—检测元件
（2）后轮转角副传感器。
后轮转角副传感器安装在后轮转角执行器上与后轮转角主传感器位置相对的一端。该传感器内有一个连接在齿轮轴上的锥形轴，如图2-4-10所示。锥形轴与齿条一同水平移动。后轮转角副传感器的触棒与锥面弹性接触，当锥形轴水平移动时，锥面使传感器触棒来回移动。这根触棒的移动使传感器产生模拟电压信号，将转角信息传给电子控制模块。
图2-4-10 后轮转角副传感器
1—转向轴螺杆；2—后轮转角副传感器；3—后轮执行器弹簧盖；4—锥形轴
（3）转向盘转角传感器。
转向盘转角传感器如图2-4-11所示。该传感器安装在组合开关下方的转向柱上。转角传感器能够检测转向盘的转动方向、转动速度和转动角度。转向盘转动时，转角传感器向电子控制模块传送前轮转动的信号。
图2-4-11 转向盘转角传感器
1—轴承；2—磁铁；3—转子；4—霍尔集成块
（4）前轮转角传感器。
前轮转角传感器安装在前齿轮齿条转向器内。这个传感器含有一个与后轮转角传感器十分相似的锥形轴。前轮转角传感器向电子控制模块发送与前轮转角相关的信息。
（5）后轮转速传感器。
后轮转速传感器安装在后轮上。传感器与防抱死制动系统的电子控制模块以及四轮转向控制系统相连接。每个后轮毂上安装有一只带齿槽的环，轮速传感器就安装在这些带槽的环的上方。传感器包括一只绕有线圈的永久磁铁，当后轮转动时，带槽的环上的齿经过传感器，就在传感器内产生电压，以Hz为频率单位的电压信号经计算机处理以确定轮速，如图2-4-12所示。
图2-4-12 后轮转角传感器
1—齿形转子；2—永久磁铁；3—信号线；4—输出信号；5—轮速传感器
（6）车速传感器。
车速传感器将与车辆速度相关的电压信号送至四轮转向系统电子控制模块，这个车辆速度信号也被送至自动变速器电控模块。
3.四轮转向系统工作分析
发动机工作时，四轮转向系统电控模块不断收集所有传感器信息，如果转向盘转动，四轮转向电控模块就会对车速传感器、转向盘转角传感器、前轮转角传感器、后轮转角主传感器、后轮转角副传感器传来的信号进行分析计算，并控制适当的后轮转角，将蓄电池电压送至后轮转向执行电动机使后轮转向，如图2-4-13所示。
图2-4-13 四轮转向系统的连接及控制
1—车速传感器；2—转向盘转角传感器；3—后轮转速传感器；4—后轮转角副传感器；5—后轮转角执行器；6—后轮转角主传感器；7—四轮转向控制模块；8—前轮转角传感器
蓄电池电压通过两只大功率输出晶体管输送到后轮转向执行器电动机处。其中一只晶体管在右转弯时导通，而另一只在左转弯时导通。后轮转角主、副传感器将反馈信号送到四轮转向电子控制模块，以告知后轮转角是否已被执行。
当车速低于29km/h时，如果转向盘转动，后轮会立即开始向与前轮相反的方向转动。在车速为零时，后轮最大转角是6°。后轮转角减小的程度随车速变化，在车速为29km/h时，后轮转角几乎为零。当车速增至大于29km/h时，转向盘在最初200°转角内，后轮转向与前轮方向一致。在这个车速范围内，转向盘转角大于200°时，后轮会转向相反的方向。当车速提高到96km/h时，并且转向盘转角是100°时，那么后轮将会向前轮相同的方向转动大约1°。在这个车速下，如果转向盘转动500°，后轮将会向前轮相反的方向转动大约1°，如图2-4-14所示。
图2-4-14 车速、转向盘转角确定后轮的转角
1.转向系统的功用是保证汽车按照驾驶员的需要改变行驶方向，而且还可以克服路面侧向干扰力使车轮自行产生的转向，恢复汽车原来的行驶方向。
2.转向系统可按转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两大类。现代汽车普遍采用动力转向系统。
3.汽车转向系统包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构三个基本组成部分。
4.转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免驾驶员过度紧张是有利的。一般规定转向轮处于直线行驶时，转向盘向左、向右的自由行程不超过15°。
5.转向器是转向系统中减速增扭的传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向。
6.按转向器中的传动副的结构形式，转向器可以分为齿轮齿条式、循环球式、蜗杆曲柄指销式、蜗杆滚轮式等几种。目前应用较广泛的有齿轮齿条式、循环球式。
7.转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传给转向轮，使两侧转向轮偏转角按一定关系变化，以实现汽车顺利转向。
8.液压式动力转向系统由转向油泵、储液罐、转向控制阀、动力缸、活塞等组成。
9.目前大多数车型采用整体式动力转向系统，该系统是将动力缸、控制阀和机械转向器三者组装在一起。
10.电控动力转向系统，根据动力源不同又可分为液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统。
11.根据控制方式的不同，液压式电控动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式。
12.电动式电控动力转向系统基本上是由扭矩传感器、车速传感器、控制元件、电动机和减速机组成。
13.转向系统的检查主要包括：转向盘自由行程、转向盘转动阻力、转向盘锁止功能的检查。
14.具有四轮转向装置的汽车，在十分狭窄拥挤的地方，能够非常方便地驶出停车位置、转向或掉头。
15.液压式电控四轮转向系统主要由转向盘、转向油泵、前动力转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、后轮转向系统、电子控制单元组成。
16.在电动式电控四轮转向系统中，前轮转向器和后轮转向执行器之间没有任何机械连接装置，后轮转向执行器由转向电控模块来控制。
一、填空题
1.转向器是转向系统中____________的传动装置，其功用是增大由转向盘传到转向节的力，并改变力的传递方向。
2.转向器传动效率是指转向器____________与____________之比。
3.在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮____________的有效措施。
4.转动点火开关到____________位置，转向盘应能自由转动；如果将点火开关转动到____________位置，此时转向盘应该锁止不能转动。
5.电子控制液压式四轮转向系统主要由转向盘、____________、前动力转向器、后轮转向传动轴、车速传感器、后轮转向系统、电子控制单元组成。
二、判断题
1.循环球式转向器在结构上的主要特点是有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。（ ）
2.汽车转向时内侧转向轮偏转角大于外侧转向轮偏转角。（ ）
3.更换的动力转向液应集中排往下水管道处理。（ ）
4.液压式电控动力转向系统中，当控制单元、传感器、开关等电气系统发生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力转向装置的功能相同。（ ）
5.四轮转向系统中，在车速较低或转向盘转角很大时，后轮的转向与前轮相同；当车辆行驶速度较高或者转向盘转角较小时，后轮的转向与前轮相反。（ ）
三、选择题
1.正传动效率远大于逆传动效率的转向器称为（ ）。
A.可逆式转向器 B.不可逆式转向器
C.极限可逆式转向器 D.瞬时可逆式转向器
2.转向操纵机构将驾驶员操纵转向盘的力传给（ ）。
A.转向器 B.转向横拉杆
C.转向直拉杆 D.转向节臂
3.电子控制动力转向系统简称为（ ）。
A.ESP B.EPS
C.SEP D.SPE
4.液压式电控动力转向系统中，电子控制单元接收来自车速传感器的信号，控制向电磁阀和电磁线圈输出（ ）。
A.电压 B.电流
C.电阻 D.液压
5.从后轮转向装置的控制方法上，四轮转向系统可分为（ ）随动型四轮转向系统和（ ）感应型四轮转向系统。
A.转角、车速 B.转速、车速
C.转角、转速 D.车速、转角
四、论述题
1.下图是转向传动机构示意图，请标注图中序号所代表的零部件名称，并分析其结构特点及工作情况。
1—____________；2—____________；3—____________；4—____________；5—____________；6—____________；7—____________；8—____________；9—____________；10—____________；
2.下图是液压式动力转向系统示意图，请标注图中序号所代表的零部件名称，并分析其工作原理。
1—____________；2—_____________；3—_____________；4—____________；5—_____________；6—_____________；7—____________；8—_____________；9—____________；
3.下图所示为流量控制式动力转向系统，请标注图中序号所代表的零部件名称，并分析其工作原理。
1—____________；2—_____________；3—_____________；4—____________；5—_____________；6—_____________；7—____________；8—_____________；9—____________；