汽车转向系统毕业论文[2]

一、背景、现状及发展趋势

转向系统：用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统(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。

汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。

借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。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。

随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加，培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。据统计，目前，我国技术工人中，高级技工占3.5℅，中级工占35℅，初级工占60℅。而发达国家技术工人中，高级技工占35℅，中级工占50℅，初级工占15℅。这表明，我们的高级技工在未来5—10年内仍会有大量的人才缺口。因此熟悉汽车转向系统，熟练掌握现代化汽车转向系统的设计、操作和维护的应用型高级技术人才成为社会较紧缺、企业最需要的人才。

随着汽车工业的迅速发展，转向装置的结构也有很大变化。现代汽车转向装置的设计趋势主要向适应汽车高速行驶的需要、充分考虑安全性、轻便性、低成本、低油耗、大批量专业化生产发展。

通过本次毕业论文对转向系统进行进一步的了解，并且结合通过实习了解的知识对转向系统的可能出现的问题进行分析和解决方法，从而提高自身对转向系统的深入认识 二、设计目的

通过本次毕业设计使自己对汽车转向系统在故障诊断和维修方面有更为充分、细致的理解，进一步掌握转向系统的原理、应用和CAD/CAM软件应用。 三、设计工作

1、概述

2、转向系统现阶段的主要类型 3、汽车转向系统可能出现的问题和分析

4、汽车转向系统的新发展---整体式、半分置式及联阀式动力转向结构

四、时间安排 项目 论文题目确定 开题报告 论文初稿 论文定稿 论文答辩 二次答辩 时间截点 2011年2月25日 2011年3月4日 2011年4月15日 2011年5月7日 2011年5月15日 2011年5月22日 备注

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目 录

浅析汽车转向系统常见故障诊断与维修…………………………………………………………2 摘要…………………………………………………………………………………………………2 绪论…………………………………………………………………………………………………3 1 概述………………………………………………………………………………………………4 1.1 什么是汽车转向系统………………………………………………………………………4 1.2 汽车转向系统概述…………………………………………………………………………4 1.3 转向系统简介及工作原理…………………………………………………………………4 2 汽车转向系统的故障诊断 ……………………………………………………………………10 2.1 机械转向系故障诊断 ……………………………………………………………………10 2.2 动力转向系故障诊断 ……………………………………………………………………12 2.3 转向系仪器检测 …………………………………………………………………………14 3对汽车转向系统的故障进行维修 ……………………………………………………………16 3.1机械转向系的维修 ………………………………………………………………………16 3.2动力转向系的维修 ………………………………………………………………………19 4结论 ……………………………………………………………………………………………22 谢辞 ………………………………………………………………………………………………23 参考文献 …………………………………………………………………………………………24 英文资料 …………………………………………………………………………………………25 中文翻译 …………………………………………………………………………………………30

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浅析汽车转向系统常见故障诊断与维修

摘要：本文阐述了汽车转向系统各个部分的作用、组成、主要构造、工作原理、及可能出现的故障，同时提出了对出现的故障进行维修的可行方案；采用了理论与实际相结合的方法，对每个问题都有良好的认识，对所学内容进行了良好的总结归纳，以此进一步熟悉掌握汽车转向系统的各方面知识，深化巩固所学知识，做到理论与实际相结合，在理论学习的前提下，用实际更好的理解所学内容。 关键词：汽车转向系统，工作原理，故障，维修，方案，理论与实际结合

Abstract: This paper describes the various parts of the vehicle steering system the role, composition, the main structure, working principle, and possible failure, and proposed repair of the fault appears a feasible option; using a combination of theory and practical methods For each problem has a good understanding of the content of what they have learned a good summarized in order to further the mastery of all aspects of automotive steering systems of knowledge, deepen and consolidate the knowledge, so that the combination of theory and practice, in theory under the premise of learning, with a better understanding of the actual content of what they have learned.

Keywords: automobile steering system, working principle, failure, maintenance, programs, combining theory and practice

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绪论

汽车转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。起作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵要求而适时地改变其行驶方向，并在受到路面传来的偶然冲击及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。因此，转向系统的性能直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性。

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1 概 述

1.1什么是汽车转向系统

用来改变或保持汽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。

1.2汽车转向系统概述

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, 驾驶员通过一套专设的机构,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：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。

1.3转向系统简介及工作原理

机械转向系以驾驶员的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成（如图1-1）。

图1-1向系统结构

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上图是一种机械式转向系统。驾驶员对转向盘施加的转向力矩通过转向轴输入转向器。从转向盘到转向传动轴这一系列零件即属于转向操纵机构。作为减速传动装置的转向器中有级减速传动副。经转向器放大后的力矩和减速后的运动传到转向横拉杆，再传给固定于转向节上的转向节臂，使转向节和它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行驶方向。这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。 1.3.1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。

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图1-3

1.3.2.机械转向器

机械转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。 目前较常用的有齿轮齿条式、循环球曲柄指销式、蜗杆曲柄指销式、循环球-齿条齿扇式、蜗杆滚轮式等。 1.3.3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与地面的相对滑动尽可能小。

1.3.3.1汽车转向原理

汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点O转动，如图1-4显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且左、右前轮也必须以这个中心点O为圆心而转动。

为了满足上述要求，左、右前轮的偏转角应满足如下关系：

BcotcotL

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图1-4

由转向中心O到外转向轮与地面接触点的距离，称为车转弯半径。转弯半径越小，则汽车转向所需场地就越小。当外转向轮偏转角达到最大值

max时，转弯半径R 最小。

RminLsinmax

在理想情况下，最小转弯半径

Rmin与max的关系为：

1.3.3.2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。

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图1-5

1.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

1.3.3.3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。

图1-6

1.连接环衬套 2.连接环橡胶套 3.油缸4.压缩阀总成 5.活塞及活塞杆总成 6.导向座 7.油封 8.挡圈 9.轴套及连接环总成 10.橡胶储液缸

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2 汽车转向系统的故障诊断

2.1机械转向系故障诊断

机械转向系的常见故障部位主要有：转向盘自由行程、转向传动机构连接处、转向器等。 机械转向系的常见故障主要包括：转向沉重，转向盘自由行程过大和转向轮抖动。 2.1.1 转向沉重 2.1.1.1 故障现象

汽车行驶中，驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；汽车低速转弯行驶和调头时，转动转向盘感到非常沉重，甚至打不动。 2.1.1.2 故障主要原因及处理方法

转向沉重的根本原因是转向轮气压不足或定位不准，转向系传动链中出现配合过紧或卡滞而引起摩擦阻力增大。具体原因主要有：

①转向轮轮胎气压不足，应按规定充气。

②转向轮本身定位不准或车轴、车架变形造成转向轮定位失准，应校正车轴和车架，并重新调整转向轮定位。

③转向器主动部分轴承调整过紧或从动部分与衬套配合太紧，应予调整。 ④转向器主、从动部分的啮合间隙调整过小，应予调整。 ⑤转向器缺油或无油，应按规定添加润滑油。 ⑥转向器壳体变形，应予校正。

⑦转向管柱转向轴弯曲或套管凹瘪造成互相碰擦，应予修理。

⑧转向纵、横拉杆球头连接处调整过紧或缺油，应予调整或添加润滑脂。

⑨转向节主销与转向节衬套配合过紧或缺油，或转向节止推轴承缺油，应予调整或添加润滑脂等。

2.1.1.3 故障诊断方法

以桑塔纳乘用车为例，先检查轮胎气压，排除故障由轮胎气压过低引起。接着按图2-1械转向系转向沉重常见故障原因的诊断流程找出故障位置。

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图2-1 机械转向系转向沉重常见故障原因的诊断流程

2.1.2 转向盘自由行程过大

转向盘自由行程过大又可称为转向不灵敏。 2.1.2.1 故障现象

汽车保持直线行驶位置静止不动时，转向盘左右转动的游动角度太大。具体表现为汽车转向时感觉转向盘松旷量很大，需用较大的幅度转动转向盘，方能控制汽车的行驶方向；而在汽车直线行驶时又感到行驶方向不稳定。 2.1.2.2 故障主要原因及处理方法

转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动链中—处或多处的配合因装配不当、磨损等原因造成松旷。具体原因主要有：

①转向器主、从动啮合部位间隙过大或主、从动部位轴承松旷，应予调整或更换。 ②转向盘与转向轴连接部位松旷，应予调整。 ③转向垂臂与转向垂臂轴连接松旷，应予调整。 ④纵、横拉杆球头连接部位松旷，应予调整或更换。 ⑤纵、横拉杆臂与转向节连接松旷，应予调整或更换。 ⑥转向节主销与衬套磨损后松旷，应予更换。 ⑦车轮轮毂轴承间隙过大，应予更换等。 2.1.2.3 故障诊断方法

造成转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动链中—处或多处连接的配合间隙过大，诊断时，可从转向盘开始检查转向系各部件的连接情况，看是否有磨损、松动、调整不当等情况，找出故障部位。 2.1.3 转向轮抖动 2.1.3.1 故障现象

汽车在某低速范围内或某高速范围内行驶时，出现转向轮各自围绕自身主销进行角振动的现象。尤其是高速时，转向轮摆振严重，握转向盘的手有麻木感，甚至在驾驶室可看到汽车车头晃动。

2.1.3.2 故障主要原因及处理方法

转向轮抖动的根本原因是转向轮定位不准，转向系连接部件之间出现松旷，旋转部件动不平衡。具体原因主要有：

①转向轮旋转质量不平衡或转向轮轮毂轴承松旷，应予校正动平衡或更换轴承。 ②转向轮使用翻新轮胎，应予更换。

③两转向轮的定位不正确，应予调整或更换部件。 ④转向系与悬挂的运动发生干涉，应予更换部件。

⑤转向器主、从动部分啮合间隙或轴承间隙太大，应予调整或更换轴承。 ⑥转向器垂臂与其轴配合松旷或纵、横拉杆球头连接松旷，应予调整或更换。 ⑦转向器在车架上的连接松动，应予紧固。

⑧转向轮所在车轴的悬挂减振器失效或左右两边减振器效能不一，应予更换。 ⑨转向轮所在车轴的钢板弹簧U形螺栓松动或钢板销与衬套配合松旷，应予紧固或调整。

⑩转向轮所在车轴的左右两悬挂的高度或刚度不一，应予更换等。 2.1.3.3 故障诊断方法

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以桑塔纳乘用车为例，根据转向轮抖动特征，按照图2-2械转向系转向轮抖动常见故障原因的诊断流程找出故障部位。

2.2 动力转向系故障诊断

为了操纵轻便，转向灵敏和提高行车安全，目前高级乘用车、豪华客车和重型货车广泛

图2-2 机械转向系转向轮抖动常见故障原因的诊断流程

采用了动力转向系。动力转向系一般是在机械转向系的基础上加装转向助力装置；常用的助力装置是液压式，主要由转向泵、动力油缸、控制阀、转向油罐和等组成。

动力转向系的常见故障部位主要有：转向盘自由行程、转向传动机构连接处、转向器、转向泵、控制阀、接头等。

动力转向系的常见故障主要是转向沉重和转向噪声。 2.2.1 转向沉重 2.2.1.1 故障现象 同机械转向系。

2.2.1.2 故障主要原因及处理方法

转向沉重故障一般由液压转向助力系统失效或助力不足，机械传动机构损坏或调整不当引起。具体原因主要是：

①转向油罐油液油量不足或规格不对，应使用正确的油液并调整到规定高度。 ②油路堵塞或不畅，应予检修。 ③油路中有泄漏现象，应予检修排除。 ④油路中有空气，应予排气。

⑤转向泵传动带损坏或打滑，应予调整或更换。 ⑥调节阀失效，使输出压力过低，应予更换或调整。 ⑦转向机构调整不当，应予调整等。 2.2.1.3 故障诊断方法

检查转向油罐中油液是否不足，规格是否不对和有无气泡，检查管接头有无松动，转向泵传动带张紧力是否正常。

将转向盘向左右极限位置来回转动，如果左右转向都沉重，故障在转向泵、液压缸或转向传动机构；如果左右转向助力不同，故障在控制阀。

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详见图2-3所示动力转向系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程。

图2-3 动力转系转向沉重助力部分常见故障原因的诊断流程

2.2.2 转向噪声 2.2.2.1 故障现象

汽车转向时，转向系出现过大的噪声。 2.2.2.2 故障主要原因及处理方法

装有动力转向系的汽车，在发动机起动后，转向助力泵的溢流阀中出现液流噪声是正常的，但噪声过大甚至影响转向性能时，该噪声应视为故障。因助力系统引起转向噪声的原因主要是：

①转向泵损坏或磨损严重，应予修理或更换。 ②转向泵传动带打滑，应予调整或更换。 ③控制阀性能不良，应予检修。 ④系统中渗入空气，应予排气。 ⑤管道不畅，应予检修等。 2.2.2.3 故障诊断方法

转向时发出“咔哒”声，在已排除转向泵叶片噪声的情况下，则由转向泵带轮出现松动引起。

转向时发出“嘎嘎”声，由转向泵传动带打滑引起。

转向时转向泵发出“咯咯”声，是由于系统中有空气；发出“嘶嘶”声，而且系统无泄漏，转向泵传动带张紧度也合适，则由油路不畅或控制阀性能不良引起。 2.2.3动力转向系的其他故障 2.2.3.1 转向助力瞬间消失

故障原因主要是：转向泵传动带打滑，控制阀密封圈泄漏，系统泄漏造成油面过低，发

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动机怠速过低，系统内有空气等。 2.2.3.2 转向盘回位不良

故障原因主要是：系统内有空气、压力阀工作不良，控制阀弹簧失效等。 2.2.3.3转向盘自由行程过大

故障原因主要是：系统内有空气或压力阀失效。 需针对故障原因，找出故障位置。

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。

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2.3.2 转向盘自由转动量的检测

转向盘自由转动量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。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

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

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。

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3 对汽车转向系统的故障进行维修

3.1 机械转向系的维修

3.1.1 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： 3.1.1.1 清洁部件外部。

3.1.1.2 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。 3.1.1.3 检查转向传动轴万向节有无松动、磨损，视情况予以更换。 3.1.1.4 润滑万向节。 3.1.2 转向器的维修 3.1.2.1 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。 3.1.2.2 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、检修与装配。桑塔纳、奥迪等乘用车都使用齿轮齿条式转向器，其结构与天津夏利乘用车转向器基本相同。

图3-1 转向盘自由行程的调整 1—锁紧螺母；2—调整螺栓；3—锁片；

4—锁紧螺母；5—调整螺母

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图3-2天津夏利齿轮齿条式转向器的结构

1—转向横拉杆接头总成；2—锁紧螺母；3—转向横拉杆及齿条接头；4—转向齿条接头锁紧螺母； 5—油封；6—孔用弹性挡圈；7—轴用弹性挡圈；8—向心球轴承；9—轴向齿轮；10—齿条导向块；

11—压紧弹簧；12—调整螺塞；13—锁紧螺母；14—转向齿条；15—齿条衬套锁止环； 16—转向齿条衬套；17—转向器壳体橡胶垫圈；18—转向器壳体固定夹；19—转向器壳体总成；

20—防尘罩箍带；21—转向齿条防尘罩；22—防尘罩锁簧；23—滚针轴承

（1）拆卸

①用千斤顶顶起汽车的前部，拆卸前轮、转向轴万向节、转向节横拉杆接头，然后用专用工具从转向节臂上拆下转向拉杆接头，拆下齿条壳夹子的4个固定螺栓，取下转向器总成。

②将转向器总成壳体的安装部位夹持在虎钳上（钳口垫上铜片或铝片），在转向齿条接头总成上作好装配标记，拆下转向横拉杆接头总成。

③拆卸防尘套锁簧和防尘罩管箍，拆下转向器齿条防尘罩。

④将转向齿条接头螺母松开，从转向齿条壳体上拆下转向接头螺母，再用专用工具拆卸锁紧螺母。

⑤拆卸齿条导向块调整螺塞，从转向齿条壳体上拆下压簧和导向块分总成。

⑥拆下转向器齿条。拉出齿条时，应使齿条朝向壳体侧面再拔出，以防划伤衬套；不允许旋转齿条。

⑦用螺丝刀拆下油封，注意不要划伤壳体。

⑧用专用工具拆下弹性挡圈，从转向齿条壳体中将转向小齿轮和轴承一起拆下。 ⑨拆卸向心球轴承。用专用工具拆下轴上弹性挡圈，再用专用工具拆卸轴承。 （2）检修

①检查齿条的摆差、齿的磨损情况；齿条的最大摆差为0.15mm。检查齿条背面是否磨损或损坏，如有则应更换齿条和衬套。更换时，在新的衬套内侧涂敷二硫化钼锂基润滑脂，将衬套装入转向齿条壳体，并对准内侧的3个孔。

②检查轴承是否松旷，若磨损严重应更换新轴承。

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（3）装配与调整

①装配前注意在各密封处、相互运动处加注润滑脂。

②装配向心球轴承。用专用工具将轴承装到小齿轮上，并装上轴用弹性挡圈。 ③装配转向小齿轮。用专用工具将转向小齿轮装入齿条壳体内，然后装上孔用弹性挡圈，再用专用工具将油封压入齿条壳体内。

④装配转向齿条。将2号二硫化钼锂基润滑脂涂在齿面和整个齿条表面上，再装入转向齿条。注意不要划伤齿条齿套。

⑤调整齿条预紧度。用扳手拧紧压簧调整螺塞，紧固力矩为6.9N·m。前后移动转向齿条约15次，使齿条处于稳定状态，然后继续拧紧压簧调整螺塞，拧紧力矩为12.3N·m。再用扳手将压簧螺塞退回1/8圈，接着使用专用工具测量齿条的预紧度是否符合规定值（29.4～58.8N·m）。如果没有达到规定值，则应重复以上操作。

⑥装配转向齿条接头总成。将转向齿条接头螺母拧入转向齿条接头；将转向齿条接头总成拧入转向齿条。固定转向齿条，拧紧转向齿条接头螺母，紧固力矩为49～63.7N·m。装上转向齿条防尘罩，装上防尘罩锁簧和防尘罩箍带。

⑦装上转向横拉杆接头总成。将锁紧螺母和横拉杆接头总成拧到齿条接头上，直到标记对准。初步拧紧锁紧螺母，在检查调整好前轮前束后，最后拧紧锁紧螺母。

循环球式转向器正传动效率可达90%-95%，操纵轻便，使用寿命长，在货车上得到广泛应用。

3.1.3 转向传动机构的维修 3.1.3.1 转向传动机构的维护

（1）检查调整转向拉杆球头销的松紧度。 （2）检查调整最大转向角。 （3）紧固和润滑。 3.1.3.2 转向传动机构的修理 （1）拆卸与分解

①分开转向摇臂与直拉杆。

②在转向摇臂与摇臂轴之间做好装配记号，拆下转向摇臂。 ③拆下转向直拉杆总成并分解。 ④拆下转向横拉杆总成并分解。 （2）检修

①检查转向摇臂或上端花键有无裂纹或损坏，若有应更换。 ②检查转向摇臂锁紧螺母有无损伤，若有应更换。

③各球头销、销座及球碗应无裂纹，球头销颈部磨损不超过1 mm，球面磨损失圆不超过0.50 mm，否则应更换。

④球头销螺纹应无损伤，否则应更换；球头销弹簧不应有弹力减弱或折断现象，否则应更换。

⑤检查转向节应无裂纹，轴颈与轴承的配合间隙符合要求。 ⑥防尘装置应齐全、有效。 （3）装配

①安装转向直拉杆总成：将弹簧座、弹簧和上球头座依次装入转向直拉杆端头的支承孔。将球头销的球头涂以润滑脂，从转向直拉杆侧面的大孔中装入。放入球头座，拧入螺塞；拧紧时先将螺塞拧到底，再退回1/5～1/2圈，然后用开口销锁住调整螺塞。装上油封和护套。

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装配转向直拉杆的另—端。将转向直拉杆的两个球头销分别装到转向摇臂和转向节上臂锥孔内，按规定力矩拧紧球头销螺母，装好开口销。

②安装转向横拉杆总成：将转向横拉杆接头夹在虎钳上，装入上球头座。将球头销涂以润滑脂，使球头销穿过上球头座中心孔后落入球头座，再依次装入球头座、弹簧座和弹簧，拧上螺塞；拧紧时先将螺塞拧到底，再退回1/5-1/2圈，然后用开口销锁住调整螺塞。在球头销端装入油封、密封罩和油封盖，并装配另—端转向横拉杆接头总成。分别将左、右横拉杆接头总成装到横拉杆的两端，并拧紧左右横拉杆接头的4个螺栓。把转向横拉杆总成装到左、右梯形臂的锥孔内，按规定力矩拧紧球头销螺母，装好开口销。

③将转向摇臂上端套入转向摇臂轴，对正装配记号，将轴端螺母拧紧。

3.2 动力转向系的维修

3.2.1 动力转向系的维护 以桑塔纳2000为例：

3.2.1.1 检查转向油罐油平面和油液质量

①热车时让发动机怠速，转动转向盘，使油温达到40OC—80 OC，检查转向油罐液面高度。

②检查油液是否有起泡或乳化现象。 3.2.1.2检查油压

①系统压力检查。如图3-3，打开压力表阀门，起动发动机并怠速运转，满方向转动转向盘数次，压力表读数应为6.80～8.20 Map。

②转向泵压力检查。如图3-4，起动发动机并怠速运转，满方向转动转向盘数次，将压力表阀门关闭（不超过5s），压力表读数应为6.80～8.20 Map。 3.2.1.3清洁转向器及转向油泵外部 清洁并检查是否有漏油痕迹。

图3-3 系统压力的检查

图3-4 转向泵压力的检查

3.2.1.4 检查各连接、接头

检查是否漏油，接头连接是否牢固可靠。 3.2.1.5检查转向油泵传动带松紧度

如图3-5，松开转向油泵装配支架上的2个螺母，转动调整螺栓，当带中部的挠度为9～10 mm时，再将2个螺母锁止。 3.2.1.6 测量转向盘上的转向力

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超过40N应予以检查维修，同时，转向盘自由行程应在规定范围内。 3.2.1.7 转向器齿轮齿条的间隙调整 通过图3-6中所标的调节螺钉进行调整。

图3-5 转向油泵传动带张力的调整

1—调整螺栓；2—锁紧螺母

图3-6 齿轮齿条间隙的调整

3.2.1.8 转向油更换

①支起汽车前部，使两前轮离开地面。拧下转向油罐盖，拆下回放油。同时起动发动机怠速运转，左右转动转向盘。

②关闭发动机，在转向油罐中添加转向油至规定高度，满打转向盘2～3次，若液面下降需补充转向油。降下汽车前部，起动发动机怠速运转，满打转向盘2—3次。重复以上操 作，直到转向油罐液面无明显下降，转向油罐中转向油无气泡和乳化现象为止。 3.2.2 动力转向系的修理 以宝来乘用车为例： 3.2.2.1 拆卸

①拆下万向节，将万向节从转向器中拉出。 ②分别用软管夹夹住通向储液罐和叶片泵的软管。

③拆下隔音板，将放液盘置于车下。 ④用拉力器V/176按图3-7 的方法将调整杆端头从转向臂上压下。

⑤密封好从转向器上取下的软管，并对转向器上露出的螺纹进行保护。

⑥拆下转向器固定螺栓，取下动力转向器总成。

3.2.2.2 检修 注意以下事项：

①重点检查限压阀、流量阀和叶轮的磨损情况。对于严重磨损或损坏的零件，必须更换。

②密封衬垫等经过拆卸后应更换新件。 ③橡胶防护套应无损坏。 ④供油压力应为8.5～9.5MPa； 3.2.2.3 安装调整

图3-7 压下调整杆端头

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按拆卸的相反顺序进行；软管连接处换用新的密封环；管接头螺栓、支架固定螺栓、限压阀螺塞等处的拧紧力矩严格按照制造商的要求；参照上述“转向油更换”中的方法添加新的转向油。

带动力转向装置的整体式转向器，可靠性较高，一般不需要分解检修；只有确认转向器存在故障需要检修时，才予以分解。

此种转向器的常见损坏是漏油和齿轮齿条间隙过大。漏油一般发生在管接头、密封圈、油封等处；齿轮齿条的间隙可通过调节螺钉予以调整。

维修完成后的转向系应满足： （1）不与其他部件发生干涉。

（2）转向盘转动灵活，操纵轻便，无阻滞、摆振现象。 （3）转向轮具有自动回正能力。

（4）转向盘的转向力和自由行程在规定范围内。 （5）汽车不得有摆振、路感不灵、跑偏或其他异常现象。

（6）转向节及转向臂、转向横（直）拉杆及球销应无裂纹和损伤，并且球销不得松旷。 （7）横、直拉杆不得拼焊。 （8）转向轮定位正确。 （9）侧滑符合要求。

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结论

汽车电子化已成为当前的热点，电子信息技术和汽车制造技术逐步走向融合，电子技术让汽车转向系统到达一个新的领域。随着未来汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高，我国汽车电动转向系统将形成巨大经济规模效应。可以预料，随着我国汽车技术的进步，汽车电子新技术必将会得到越来越广泛的应用，国产汽车电动转向系统也必将走向成熟。虽然要赶上国际汽车的最高水平还有一段路要走，但将来在世界汽车技术尤其是汽车电动转向系统这一领域，我国必定占有一席之地。

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谢 辞

走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。

本论文设计在李功勇老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着李功勇老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，李功勇老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向李功勇老师表示深深的感谢和崇高的敬意！ 在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！

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参考文献

[1] 林逸，施国标．汽车电动助力转向技术的发展现状与趋势[J]．公路交通科技，2001．6.2． [2] 刘波，朱俊A16-汽车转向系统维修实例[J]．科技文献，2011.02.20．

[3] 齐志鹏.洪湘．汽车转向悬架制动系统使用与维修问答[J]．金盾出版社．2006.10.． [4] 谭本忠．看图学修汽车转向系统 [J]．机械工业出版社.2010.5.28. [5] 郭丽萍．电动式动力转向系统(EPs)原理浅析[J]．城市公共交通，2003．6． [6] 苗立东，等．汽车动力转向技术发展综述[J]．长安大学学报，2004，1． [7] 石美玉，等．汽车转向[J]．化学工业出版社，2005．6．

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译文

前言

近年来，随着社会生活的汽车化，汽车的保有量不断增加，由此造成交通情况错综复杂，使得驾驶员转向盘的操作频率增大，这就需要减轻驾驶疲劳，提高操纵的轻便性和灵活性，因此对动力转向系统的要求也越来越高。

至今，汽车转向系统经历了传统机械转向系统、液压助力转向系统、电液助力转向系统和电动助力转向系统4个发展阶段，未来则可能向线控动力转向系统发展。目前汽车转向系统正处在液压助力转向系统、电液助力转向系统向电动助力转向系统发展的过渡阶段[1]。 1 传统机械转向系统

传统机械转向系统（MS）主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构3部分组成。转向操纵机构是驾驶员操纵转向器工作的机构，包括从方向盘到转向器输入端的零部件。转向器是把方向盘传来的转矩按一定传动比放大并输出的增力装置,转向器最早采用的是蜗轮蜗杆式，以后陆续出现了螺杆螺母式、齿轮齿条式、循环球式等形式。转向传动机构是把转向器输出的力矩传递给转向车轮的机构，包括从转向摇臂到转向车轮的零部件[2]。当汽车需要改变行驶方向时，驾驶员通过转动方向盘，转向力矩经由转向轴、转向器、直拉杆、横拉杆和梯形臂等机件使转向节偏转，实现汽车方向的改变。

传统机械转向系统的优点是结构简单、工作可靠、生产成本低。其缺点也非常明显：①随着汽车速度的提高和汽车质量的增大，转向操纵难度增大，转向越来越费力。②是其传动比是固定的，即角传递特性无法改变，导致汽车的转向响应特性无法控制，传动比无法随汽车转向过程中的车速、侧向加速度等参数的变化而进行补偿，驾驶员必须在转向之前就对汽车的转向响应特性进行一定的操作补偿，这样无形中增加了驾驶员的精神和体力负担[2]。 2液压助力转向系统

液压助力转向系统（HPS）是在传统机械转向系统基础上额外加装了一套液压助力系统，一般由油泵、V形带轮、、供油装置、助力装置和控制阀等组成。它以液压油为动力，通过液压泵产生的动力来推动机械转向器工作。

由于该系统通过液压力作用来推动传统机械转向机构的转向运动，从而减轻了驾驶员的劳动强度，在一定程度上解决了传统机械转向系统由于传动比固定而造成的转向“轻便”与“灵敏”之间的矛盾。但是，这类动力转向系统是靠方向盘转动时带动扭杆直接改变液压系统油路的通道面积来提供可变的助力。即助力大小与车速的高低没有关系，只与转向角度有关。转向盘转过的角度越大，液压系统提供的助力也越大。同时，该系统存在着以下缺点：①不管汽车转不转向，只要发动机工作，液压助力泵就会在发动机带动下工作，额外消耗发动机的能量。②转向助力特性不可调，高速和低速时助力特性相同。在低速转向需要较大助力时，往往因发动机转速低而助力效果差，而在高速转向需要较小助力时，会因发动机转速高而助力作用大，导致转向过于灵敏，使汽车的操纵稳定性变差。③液压系统本身所固有的液压油泄漏问题和转向噪声使得转向舒适性大大下降，同时对环境造成污染。

由于液压助力转向系统工作可靠、技术成熟，能提供大的转向助力，目前被广泛应用。 3电液助力转向系统

电液助力转向系统的转向助力特性在工作时可以改变。它主要有2种类型：电控液压助力转向系统(ECHPS)和电动液压助力转向系统(EHPS)。目前汽车上应用最多的是电动液压助力转自系统。

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3.1 电子控制式液压动力转向系统

电控液压助力转向系统（ECHPS）是在液压助力转向系统基础上增加了控制液体流量的电磁阀、转矩传感器、车速传感器以及转向控制单元等元件。理想情况下，汽车在原地转向时要求转向尽量轻便，在汽车以不同的速度运行时，能实时提供相应的转向助力以克服该运行速度下的转向阻力，使驾驶员既能轻便地操纵方向盘，又有足够的路感。

在转向过程中，通过转矩传感器、车速传感器等感应器件将转向速率、车速等参数传递给转向控制单元。经解算后，控制电磁阀使液体流量随车速的变化而改变，进而改变助力矩的大小，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，使操纵轻便性和稳定性达到和谐统一。但同时，ECHPS也存在着由于油泵的持续工作所造成的多余能量消耗，整个液压系统占用空间大、容易泄漏、噪声大等缺点，而且增加了车速检测控制装置。而且控制阀的结构较HPS复杂且成本较高，目前主要应用于高级轿车及运动型乘用车上。 3.2 电动液压助力转向系统

电动液压助力转向系统（EHPS）也是在液压助力转向系统基础上发展起来的。其特点是将原来由发动机驱动的液压助力泵改由电动机驱动，并且增加了车速传感器、转向角速度传感器以及转向控制单元等电控装置。该系统的液压储油罐、油泵、电动机和转向控制单元都集成在电动机油泵组内。工作时转向控制单元根据汽车的行驶速度和方向盘转向角度等输入信号计算出理想的输出信号，控制电动机输出适当的功率，驱动液压助力泵工作。通过液压油为转向器提供助力[3]。

当汽车低速行驶时，转向控制单元控制电动机输出较大的转矩，使驾驶者可以轻松地转动方向盘；当汽车高速行驶时，转向控制单元控制电动机输出较小的转矩，这样驾驶者在操纵方向盘时就比较稳定。由于电动机的转速可调，可以即时关闭，与液压助力转向系统相比，它节省了发动机的燃油消耗，提高了经济性。

电液助力转向系统尽管在液压助力转向系统基础上有了较大的技术改进，但液压装置的存在使得该系统仍有难以克服的缺点，如存在渗油、不便于安装维修等。虽然实现了变助力特性，但该系统在液压助力系统基础上又增加了电子控制装置，使得系统结构复杂，成本增加。由于电液助力转向系统技术较为成熟，可以实现整车电控系统的一体化，作为传统液压助力转向系统向电动助力转向系统过渡的中间技术，在一定时间内还将继续得到应用和发展。

4电动助力转向系统(EPAS或EPS)

电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上，增加了传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等。其特点是使用电动执行机构在不同的驾驶条件下为驾驶员提供合适的助力。系统主要由电子控制单元ECU、扭矩传感器、车速传感器、电动机、离合器和转向柱总成等组成。

电动助力转向系统工作原理是：驾驶员操纵方向盘转向时，传感器将驾驶员作用于方向盘上的扭矩信号、车速信号、发动机转速信号输入ECU，ECU对输入信号进行运算，查询助力表格，确定目标电流的大小和方向，从而控制电动机的电流和方向，电动机经减速机构及离合器将扭矩传递给转向机构，从而为驾驶员提供合适的助力；当转向系统出现故障时，EPS系统不助力。不转向的情况下，电动机不工作。电动助力转向系统可以实时地在不同的车速下为汽车转向提供不同的助力，保证汽车在低速行驶时轻便灵活，高速行驶时稳定可靠。电动助力转向系统总体上包括机械部分和控制部分。机械部分主要包括传动单元(离合器、转向柱总成)和执行单元(电机)等。控制部分主要是根据传感器测得的车速和扭矩信号进行运算处理发出控制指令，驱动电机从而为转向提供助力。

EPS与HPS相比，除节省能源外，由于取消了液压系统而提高了环保性能，很好地解决了

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液压传动带来的种种弊端。整套系统由生产厂家一起提供给整车生产厂，可以直接安装。对不同车型、不同工况以及不同驾驶员所需的不同转向助力特性，可通过软件修改，方便快捷。完整的EPS系统还包括故障诊断与安全保护系统。当发生故障时，能停止助力，自动恢复到手动控制方式并发出警报信号，同时显示所记忆的异常内容如扭矩传感器本身异常、车速传感器异常以及电动机工作异常、蓄电池异常等等[5]。

电动助力转向系统已成为目前汽车转向系统技术发展的主流，但是该系统也有其局限性，由于电动机的发电功率和提供的转向助力也很有限，如果车身较重，转向系统需要有较大的驱动力量，电动助力转向系统就显得力不从心了。所以该系统多用于小型汽车上，目前已大量装备到中高级轿车上，并逐渐向普通型轿车和小型商用汽车发展。 5 线控动力转向系统

随着动力转向技术的发展，线控动力转向系统(Steering By Wire，简称SBW)是随着汽车电子技术发展的最新成果而成长起来的一种全新转向系统。它通过电线传递信号，控制执行机构动作来取代传统转向系统的机械传动和机械连接，助力矩由主控制器在相应参数进行解算之后，向转向执行电动机下达指令，由转向助力电动机提供。

SBW取消了转向盘和转向轮之间的机械连接装置，改由方向盘模块、转向执行模块和主控制器ECU，3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成。它是由一个实时总线结构（例如CAN，TTP或FlexRay）连接到设备[6]。可以很方便的和其他系统集成、统一协制。系统工作时，传感器检测驾驶员的转向数据，然后通过数据总线将信号传递给车上的ECU，并从转向控制系统获得反馈命令[7]。转向控制系统也从转向操纵机构获得驾驶员的转向指令，并从转向系统获得车轮情况，从而指挥整个转向系统的运动。转向系统控制车轮转到需要的角度，并将车轮的转角和转动转矩反馈到系统的其余部分，比如转向操纵机构，以使驾驶员获得路感，这种路感的大小可以根据不同的情况由转向控制系统控制。该转向系统具有许多优点[8]：①消除转向干涉问题；②去掉了原来转向系统各个模块之间的刚性机械连接，大大方便了系统的总布置；③舒适性提高；④可以个性化地适合特定的驾驶者和驾驶环境，与转向有关的驾驶行为都可以通过软件来实现；⑤消除了撞车事故中转向柱伤害驾驶员的可能性，不必设置转向防伤机构；⑥驾驶员腿部活动空间增加，出入更方便。 由于转向盘和转向柱之间无机械连接，生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较困难，所以目前线控动力转向系统仅用于一些概念车。还没有进行批量生产和安装，其可靠性和成本是阻挠其发展的主要原因。主要表现在如果微控制器出现问题，转向系统将完全失灵，它不像电动助力转向系统、电液助力转向系统和液压助力转向系统，在电动机或者液压系统出现问题时，还可以以人力来控制汽车[9]。该系统的微控制器如果出现故障，因为没有机械系统连接方向盘和转向器，所以根本不可能控制汽车的转向。 6 对线控动力转向系统的展望

尽管线控动力转向系统现在不尽如人意，但SBW仍然清楚的是汽车发展方向。SBW系统消除了机械之间的联系，方向盘，轮胎的设计就会大大简化了。不仅提高了设计的效率,而且提高了汽车的经济性,并从整体上提高安全性。SBW系统的工作主要由电子元器件承担。电子元件的应用标志着相当数量的机械零件的减少,以及转向系统整个尺寸和重量的减轻。转向的整个过程由电子器件来实现，这大大提高了车辆的燃料利用率。因为只有在需要转向的时候，才有能量消耗。基于瞬时驱动的条件，控制单元接收其他系统传来的数据，执行机构只供给轮胎所需的力。转向性能的提高是依赖于传感器所接收到的速度、牵引力控制系统及其他有关的变量。当事故发生时，对司机最危险的是方向盘的碰撞。在装有SBW系统的汽车上，许多由于方向盘的伤害和死亡都可以消除。

由于取消了机械连接，所以转向的高可靠性是绝对必要的。在欧洲，已经有相关的标准，

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如IEC 61508和EN 61511[10]。单纯的电子系统不能保证的失效的条件概率小于10次故障/小时。由于此而设计出的容错的体系结构，以及准确的处理策略方法都是必要的。在控制策略方面的故障避免、丢弃错误数据、主动检测、自我诊断和保护将用于实现安全和可靠性[11]。可以预见对于SWB系统的容错的分析和设计，将会成为SWB普及前的一个重要课题。

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