摘要：
车辆转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵意图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车辆意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持车辆继续稳定行驶。
0 引言
车辆转向系统是用于改变或保持汽车行驶方向的专门机构。其作用是使汽车在行驶过程中能按照驾驶员的操纵意图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车辆意外地偏离行驶方向时，能与行驶系统配合共同保持车辆继续稳定行驶。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。车辆转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此转向系统的零部件在车辆制造及装配环节均被定义为重要安保件。车辆转向系统经历了纯机械转向系统、液压动力转向系统、电控液压动力转向系统，以及更为节能、操纵性更好的电子控制式电动助力转向系统(EPS)等几个阶段，电动助力转向系统采用电动机直接提供动力，助力大小由电控单元(ECU)控制，具有助力大小实时可调、路感良好、环保、耗能低等诸多优点，但一般多用于轴荷相对较低的乘用车上。
对于商用汽车而言，目前应用比较广泛仍然是性价比较高的循环球式液压助力转向系统，如图1所示。本文对商用汽车转向系结构、工作原理、及常见故障模式进行了系统的解析。
图1 循环球式液压助力转向系统
1 转向系的基本组成及工作原理
1.1 转向系的基本组成汽车转向系一般由转向操纵机构、转向助力机构、转向传动机构3部分组成，但随着转向系的类型不同，其结构组成又有所差异。按转向能源的不同，转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统2大类。就商用汽车而言，因前轴负荷较大，目前多为动力转向系统。
a.转向操纵机构:主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成，如图2所示。
图2 转向操纵机构
b.转向助力机构：将转向盘的转动变为转向器垂臂的摆动，并对转向操纵力进行放大的机构。主要由动转油泵、转向器、转向油壶、转向油管等组成。动转油泵一般装在发动机本体上，转向器及动转油壶一般固定在车架上，动转油管则根据发动机动力舱的空间进行布置，如图3所示。
图3 转向助力机构
c.转向传动机构：将转向器输出的力和运动传给车轮(转向节)，并使左右车轮按一定关系进行偏转的机构。一般由转向垂臂、转向直拉杆、转向节、转向横拉杆等部件组成，具体结构如图4所示。
图4 转向传动机构
汽车行驶方向的改变是由驾驶员通过操纵转向系来改变转向轮(一般是前轮)的偏转角度实现的。转向系不仅可以改变汽车的行驶方向，使其按驾驶员的意图行驶，而且还可以克服由于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。
1.2 转向系的工作原理
汽车转向时，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两级减速传动副，经转向器放大后的力矩和减速后的运动通过转向锤臂传到转向直拉杆，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。
当驾驶员逆时针方向亦即向左转动转向盘时，转向锤臂将拉动转向直拉杆向前运动。转向直拉杆的拉力作用在转向节臂上，使左侧转向节及左侧转向轮绕主销向左偏转一个角度，同时通过梯形臂和转向横拉杆使另一侧转向节与转向轮绕该侧转向主销偏转一定的角度，这时汽车将向左转向，反之，当驾驶员顺时针转动方向盘时，车辆将向右转向。
与此同时，与转向盘相连接的输入轴带动扭杆发生一定扭转变形，输入轴上的油槽与阀套上的油槽相对位置发生了改变，即控制阀起作用，并引导高压油流向转指定的油缸，即转向器上油缸或下油缸，在相对应的齿条活塞端面产生了液压作用力，并推动齿条活塞轴向移动，使摇臂轴产生转动，从而实现了液压助力转向。图5为转阀的工作原理。
图5 转阀的工作原理
当转向盘直径一定时，驾驶员操纵转向盘转动力矩(即手力)的大小取决于转向系统角传动比的大小。转向系统角传动比iω是用转向盘转角增量与同侧转向节相应转角增量之比来表示。其数值是转向器角传动比iω1和转向传动机构角传动比iω2的乘积。转向器角传动比是转向盘转角增量与同侧锤臂轴转角相应增量之比。转向传动机构角传动比是锤臂轴转角增量与同侧转向节转角相应增量之比。
对于一般汽车而言iω2大约为1。由此可见，转向系统角传动比主要取决于转向器角传动比。转向系统角传动比越大，转向时加在转向盘上的力矩就越小，转向轻便。但转向系统角传动比过大会导致转向操纵不灵敏。所以，转向系统角传动比的大小要协调好“转向轻便”与“转向灵敏”之间的矛盾。
2 转向系常见故障模式
转向系统相对车辆其他系统来说，核心部件油泵及转向器精密度较高，其安保级别属于重保，使用中不能出现严重的失效模式，否则将会酿出不可估量的后果。同时，转向系也是驾驶员与车辆直接交互的主要通道，转向系的任何故障模式或不良体验，将直接影响到车辆的驾乘舒适感，对车辆本身的口碑产生直接的影响。转向系常见的故障模式主要有：转向沉重，转向异响及转向跑偏、不回正。
3 故障模式解析及处理
3.1 转向沉重3.1.1 故障现象
车辆行驶过程中，驾驶员向左、右转动方向盘时，感到沉重费力，无回正感；汽车低速转弯行驶和调头时，转动方向盘感到非常沉重，甚至打不动。
3.1.2 故障主要原因及处理方法
转向沉重的根本原因是动转油罐油量不足，转向器内漏严重，转向轮气压不足、定位不准或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等。具体原因及对应解决方法主要有：
①动转油罐油量低于最低刻度下限，应按油罐上、下刻线加注动转油。
②动转油过脏，造成油罐进出油不畅，回油背压过大，应清洗油罐并更换动转油。
③油罐内部有大量气泡，此时不仅转向沉重，而且在转向时还伴有噪音，应启动车辆，同时打开油罐加油盖进行排气即可。
④动转油泵皮带松动、打滑或泵体出现松动，此时应紧固泵体或更换皮带。
⑤油管各连接部位螺栓松动，造成转向油泄漏，此时系统压力降低，应予以紧固。
⑥前轮定位失准或转向轮轮胎气压不足，应按规定充气。
⑦转向器主、从动部分的啮合间隙调整过小，应予调整。
⑧转向管柱、转向轴弯曲或套管凹瘪造成转向动态干涉，应予修理或更换。
⑨转向直、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。
⑩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。
⑪转向器壳体内螺母油封密封不良，内泄漏过大，此时应更换转向器总成。
3.1.3 故障诊断方法
以商用车循环球式液压助力转向系统为例，遵循先观察后拆检、先简单后复杂的故障处理原则进行逐一排查诊断，力求简便、快速的找出故障的根源。具体按图6所示循环球液压助力转向系转向沉重常见故障原因诊断流程找出故障的根源所在。
图6 循环球液压助力转向系转向沉重常见故障原因诊断流程
3.2 转向异响
3.2.1 故障现象
当驾驶室员在转动方向盘时，转向系出现较大的异常声响，在驾驶员停止转动方向盘时，该不明噪音随即消失。
3.2.2 故障主要原因及处理方法
以循环球液压助力转向系为例，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。转向助力泵异响主要原因可能是由于整个转向系统内部清洁度差及转向泵在过度疲劳的情况下运转引起，在排除故障前，应首先检查整个转向系的清洁度。引起转向噪声的原因及对应解决方法主要有：
①动转油罐油量过低，系统有漏油或转向系统中有大量气泡，应处理渗漏、排空气并补充动转油。
②动转油过脏，造成油罐进出油不畅，应清洗油罐并更换动转油。
③转向泵传动带打滑、松动，应予调整或更换。
④转向泵损坏或磨损严重，应予修理或更换。
⑤动转油管在安装和连接过程中有堵塞、弯折或产生共振及进出油不畅现象，应予以疏通、调整。
⑥动转泵压力、扬程不足，造成过度疲劳出现异响，应联系售后服务站进行更换。
3.2.3 故障诊断方法
根据经验，当驾驶室员在转动方向盘时，转向系发出“咔哒咔哒”声，在已排除转向泵叶片噪声的情况下，则由转向泵皮带轮出现松动引起；转向时发出“嘎吱嘎吱”声，则一般由转向泵传动带打滑引起；当转向时转向泵发出“咯吱咯吱”声，是由于系统中有空气造成；发出“嘶嘶嘶嘶”声时，而且系统无油液泄漏，转向泵传动带张紧度也合适，则由油路不畅引起，具体按图7所示循环球液压助力转向系转向异响常见故障原因诊断流程找出故障的根源所在。
图7 循环球液压助力转向系转向异响常见故障原因诊断流程
3.3 转向跑偏、不回正
3.3.1 故障现象
当驾驶室员在驾驶车辆行驶过程中，明显感觉到车辆自动偏向一边，必须把方向盘用力把住，才能保持车辆直线行驶，同时在车辆转向完成驾驶员双手松开方向盘后，方向盘不能很好的回正。这种情况下车轮会继续拽着转向横拉杆无法及时回位，车辆继续出现跑偏，由于主销倾角的存在和轮胎外倾的设计，轮胎并不完全是胎面着地，而是胎肩和一部分胎面受力，因此对于轮胎的侧壁压力是比较大的，由于轮胎侧壁相对比较薄，如果经常这样让轮胎不平衡受力，就会加快轮胎侧壁的老化变形，轮胎侧壁老化变形后，很可能引起漏气或爆胎的情况发生。
3.3.2 故障主要原因及处理方法
车辆转向跑偏、不回正的原因多为转向轮定位不当、左右转向轮气压不等造成，当然，也有部分故障原因为转向杆系出现扭曲变形、制动鼓与制动蹄片剐蹭、转向节主销与衬套间隙左右不一等，具体根据排查的先易后难主要有：
①左右轮胎气压不等，应予以充气调整。
②转向杆系出现扭曲变形，应予以调整或更换。
③制动鼓与制动蹄片剐蹭，应予以调整或更换。
④转向节主销与衬套间隙左右不一，应予以调整。
⑤前轮定位失准或两边轴距不等，应予以调整。
3.3.3 故障诊断方法
车辆转向跑偏、不回正现象，看似故障不大，除直接影响驾驶员驾乘体验外，因转向轮定位失准，转向不能自动回正，高速行驶时容易出现发飘的情况，而且还会造成轮胎偏磨，缩短轮胎的使用寿命，甚至会造成车辆跑偏，尤其是在急刹车时，跑偏会更为严重，影响驾驶安全。因此，在出现转向跑偏、不回正时应立即停止行驶进行故障排查并解除，从而及时消除安全隐患。
4 结语
总之，车辆转向系统直接影响着汽车的操纵稳定性和安全性，对汽车的行驶安全至关重要，因此在转向器出现故障时应充分分析故障原因或故障可能存在的部位，借助于经验以及现代检测仪器和方法，对可能存在的故障部位或元器件进行检测，能够快速准确地诊断并排除故障，进而提高车辆检测与故障诊断的效率，降低车辆维修成本，做到安全舒适驾驶。
来源 | 汽车材料网
参考文献
［1］林秉华.最新汽车设计实用手册[M].黑龙江人民出版社，2005.
［2］史文库.姚为民.汽车构造第六版(下册)[M］.人民交通出版社，2016.
