汽车转向（中文版·原书第2版）

本书研究的课题为汽车转向系统、汽车转向感觉和汽车行驶动力学。书的开始部分为汽车转向运动学和汽车行驶动力学的基础知识，讨论影响转向的底盘参数的概念和意义。在接下来的章节中着重研究了驾驶人和车辆之间的关联，并详细阐述转向感觉的概念和意义。转向系统零部件的结构、设计原则和试验方法也是本书的重点内容。涉及的零部件有转向盘、转向管柱、转向中间轴、转向器。特殊的转向系统，如叠加转向系统和四轮转向系统，本书也作了详尽的介绍。本书的另外一个重点是，介绍当前转向系统各种技术状态，阐述它们与整车的相互作用，我们力图使复杂的内容变得简单易懂。当然其他方面，如噪声性能、能量需求和安全功能，在本书中也没有忽略。本书的*后章节关注驾驶人辅助系统。

曼弗雷德·哈尔（Manfred Harrer）博士毕业于慕尼黑专科学校汽车技术专业。1997—1999年，在奥迪公司（Audi AG）研发总部（英戈尔施塔特，Ingolstadt）从事底盘开发工作。1999—2007年，在宝马（BMW）总部（慕尼黑）担任试验工程师、项目负责人和转向预开发经理。2003—2007年，获得英国Bath大学博士学位，其论文研究汽车转向感觉、行驶性能的主观评价与汽车行驶动力学客观参数的联系。2007年开始在德国保时捷公司(Porsche AG)从事底盘开发，负责转向系统、车轮、弹簧减振器系统以及能量供给系统的开发工作。目前担任行驶动力学及性能研发部门的负责人。
多年来，曼弗雷德·哈尔博士积极推进工业、科研以及院校之间的合作项目，发表和出版了大量底盘研发方面的论文和专著，并成功组织了多次底盘技术研发国际会议。

彼得·普费尔（Peter Pfeffer）博士毕业于维也纳工业(Tu Wien)大学和亚琛大学(RWTH Aachen)机械制造专业。1995年就职于奥迪公司（Audi AG），从事底盘和噪声的研究工作，工作重点为动力总成悬置系统、振动舒适性及其项目开发。2002—2007年，任英国巴斯（Bath）大学讲师，从事“转向系统对行驶动力学的影响”的研究，并获得博士学位。从2007年开始任慕尼黑专科学校教授，研究的重点为汽车行驶动力学、振动舒适性、减振件以及转向系统。2010年起任机械制造、车辆技术、飞机技术副主任。彼得·普费尔是德国工程师协会（VDI）慕尼黑区域的执行主席代表。

前言
序
作者介绍
参与编写作者及工作单位
参与编写作者编写章节
A导言和历史1
1转向系统的任务和意义2
11基本结构类型2
12结构形式3
2横向动力学的历史3
3汽车转向的历史7
31转盘式转向7
32转向节转向8
33第一部汽车的转向8
34机械转向器10
35伺服转向(助力转向)11
参考文献A15
B转向基础17
1转向——车辆横向控制17
2弯道行驶18
21低速弯道行驶18
22高速弯道行驶18
3轮胎侧向性能19
31垂直力传递对胎面接地长度的
影响19
32轮胎侧向力、轮胎拖距和轮胎回
正力矩20
33轮胎侧向力的瞬态特性25
34轮胎特性总结25
4转向盘力矩25
41转向盘力矩计算26
42转向助力系数27
43转向助力矩29
5四轮转向30
6载荷变化转向30
参考文献B32
C转向系统的要求概览33
1功能和转向感觉33
2总布置33
3重量34
4成本35
5质量35
6能量和环境36
7噪声和振动36
8系统安全36
9法规要求37
参考文献C38
D转向运动学39
1引言39
2转向运动的几何特征参数39
3车轮定位参数43
31转向传动比48
4转向传动结构50
参考文献D58
E车辆横向动力学基础59
1整车模型——线性单轨模型59
11运动方程60
12 转向角、转向盘转角和转向助力
系数62
13稳态圆周行驶64
14不足转向和过多转向65
15瞬态特性——转向盘转角阶跃输入的
响应时间67
16横摆频域特性67
17转向模型68
18考虑助力转向和摩擦影响的转向
模型68
19车辆参数和转向参数对行驶性能
和转向性能的影响分析70
2转向系统的行驶动力学基础73
21转向轴的布置和稳态回正力矩73
22稳定系数的确定（稳定性因子）73
23稳态横摆角速度增益和转向
灵敏度74
24转向盘力矩侧向加速度增益
（稳态）74
25转向盘力矩转向盘转角的频域
特性75
26自由控制的稳定性76
27转向的固有频率和阻尼76
28制动跑偏的抑制76
29转向稳定的制动系统77
210空气动力学对行驶性能的影响77
211前轮驱动车辆77
参考文献E77
F声音和振动80
1操作噪声和功能噪声80
11转向系统的声源81
12电动助力转向系统82
13液压助力转向系统83
2稳定性84
21液压转向啪嗒噪声85
22转向抖动86
23转向盘转动振动(LDS)87
3软管和管路传递的固体声音89
31固体声波的叠加89
32材料声学特征参数89
33通过弯折减少声音传递90
4转向管柱和转向盘振动舒适性设计91
41设计策略91
42部件和整车的固有频率目标93
43计算模型和载荷工况94
44参数研究95
45转向盘减振器96
46小结98
参考文献F98
G转向感觉和人—车相互作用100
1转向性能和转向感觉100
2转向感觉102
21导向性能102
22反馈性能103
23对理想的转向性能和转向感觉的
要求103
3转向感觉客观评价方法103
4转向感觉主观评价104
5转向性能客观评价108
51测量装备108
52驾驶工况109
53自动数据处理110
54客观参数110
6相关分析和回归分析111
7理想的转向性能的目标范围111
8自然的还是不自然的转向感觉——
可客观评价的课题？112
参考文献G114
H转向设计116
1转向器的基本设计116
11齿条力116
12转向盘力矩116
13转向动力学117
14转向功率118
15转向摩擦118
2转向系统的传递函数120
21导向性能120
22反馈性能121
参考文献H129
I转向盘130
1引言130
2组件130
21转向盘骨架131
22转向盘轮缘和转向盘轮辐132
23喇叭133
24安全气囊和碰撞134
25多功能转向盘135
26发泡/皮革/装饰137
3对部件和总成的要求138
4试验和保险138
41安全气囊139
42转向盘141
43操作元件/EE143
5模块化/开发趋势/展望144
参考文献I144
J转向管柱和转向中间轴145
1导言145
2部件146
21转向轴管147
22手动调节转向管柱MVLS147
23电动调节转向管柱EVLS147
24转向中间轴149
25组件151
3转向管柱和转向中间轴的试验159
31承载能力160
32刚度161
33转向管柱调节单元的疲劳寿命161
34固有动态特性162
35碰撞特性164
36转向管柱调节力的调整166
37温度166
38腐蚀167
4展望167
K机械转向和液压助力转向168
1齿轮齿条转向的概念168
2可用性/优缺点169
3转向器的运动学特征169
31转向器在前桥的位置170
32整车上的转向器连接170
33转向器壳体的定位171
34转向横拉杆的连接171
35传动比关系的类型172
4齿轮齿条转向器的结构和部件172
41转向器壳体173
42转向小齿轮174
43齿条和齿条导向175
5齿轮啮合和转向器传动比178
51转向器固定传动比179
52转向器变传动比179
53应用180
54技术极限184
55制造方法186
6对机械齿轮齿条转向器的要求188
61转向器的功能要求189
62转向器的强度要求191
63转向器的环境要求192
7齿轮齿条转向器的设计验证和产品
验证193
71方案验证(CV)193
72设计验证(DV)193
73产品验证(PV)193
74量产陪伴试验194
8液压助力转向194
81液压助力转向的目标设置194
82车辆的改动195
83转向器的改动195
84液压助力转向器的特殊之处196
9液压助力转向器的结构和部件196
91结构形式197
92液压缸198
93带输入轴和转向小齿轮的转阀203
94液压助力转向器的其他部件206
95 液压助力转向器的特征参数207
10液压助力转向的工作原理207
101转向阀及节流原理207
102阀特性的其他影响因素211
103转向运动的作用——流量分配212
104阀噪声213
105内泄漏214
106建模（位置控制回路）215
107阻尼与失稳215
11液压辅助系统216
111中位对准216
112速度相关性217
113阻尼阀219
114带阻尼特性的转向阀220
115齿条止位位置的压力限制221
12循环球转向器/商用车转向系统222
121应用范围222
122循环球转向器的结构223
123循环球转向和齿轮齿条转向的
比较224
124技术参数225
125辅助系统225
126双回路转向225
13对液压助力转向器的要求226
131功能要求226
132强度要求226
133环境要求——冷起动试验226
参考文献K227
L转向横拉杆228
1导言228
2基本结构228
21循环球转向器的横拉杆228
22齿轮齿条转向器的横拉杆229
3横拉杆球接头229
31内球节(轴向球节)229
32外球节(角度球节，径向球节)231
4前束调节232
5要求和设计232
51转向横拉杆的设计原则232
52横拉杆强度设计232
53球接头设计233
54外球节密封234
6阻尼/解耦235
7与车轮托架的连接236
8轻量化结构237
9展望237
91过载性能237
92传感器球接头238
参考文献L239
M液压动力源240
1伺服泵240
11引言240
12叶片泵240
13径向柱塞泵243
14串联泵244
2油液供给和油液245
21转向油罐245
22转向软管和硬管248
23冷却器250
24系统极限251
25液压油251
N电动液压助力转向系统（EPHS）254
1引言254
11结构和功能254
12转向系统分类255
13应用范例256
2系统介绍257
21系统概览257
22系统设计258
23能量消耗260
3部件262
31电动泵驱动单元262
32液压管路系统266
33其他部件267
参考文献N268
O电动助力转向系统（EPS）269
1导言269
11EPS与HPS对比270
2EPS系统的结构形式271
21EPSc管柱式271
22EPSp小齿轮式272
23EPSdp双小齿轮式272
24EPSapa平行轴式273
25EPSrc同轴式273
3EPS的组件274
31伺服传动机构274
32电动机277
33扭矩传感器284
34控制器289
4系统设计294
41常规的系统要求294
42设计参数295
43对电网的要求297
5系统安全299
51标准法规299
52EPS应用中的安全299
6转向功能和控制305
61转向功能305
62转向感觉的控制策略310
参考文献O311
P叠加转向314
1导言314
2历史314
3作用原理315
4结构315
41常规的系统结构316
42作动器及其变形316
43转向系统匹配320
5叠加转向的功能322
51可变转向传动比322
6转向稳定性323
61过多转向的转向稳定性324
62不足转向的转向稳定性325
63对开路面制动时的转向稳定性326
7系统安全326
8展望328
参考文献P329
Q四轮转向330
1引言、历史、基础、目标330
2结构形式330
21机械式系统332
22液压式系统333
23电动式系统334
24单轮作动器和中央作动器的比较335
3四轮转向对行驶性能的影响336
31四轮转向的运动学特性336
32四轮转向对于稳态行驶性能的
影响337
33四轮转向对非稳态行驶性能的
影响338
34后轮转向和前轮叠加转向的组合338
参考文献Q341
R线控转向342
1导言342
2部件343
3转向功能346
4安全设计349
5展望349
参考文献R350
S驾驶人辅助系统功能概况352
1行驶稳定性介入352
11转向提醒功能352
12人机工程学要求354
13安全性要求354
2车道辅助系统354
21车道保持辅助系统（LKS)355
22车道偏离预警系统（LDW）356
23市场上的典型系统357
24车道保持辅助展望358
3泊车辅助系统358
31泊车辅助系统的要求359
32技术方案359
33市场上的典型系统360
34泊车辅助展望361
参考文献S361
T展望——汽车转向的未来363
1自动驾驶363
2线控转向363
3四轮转向364
4行驶动力学控制系统的集成364
5转向系统的标准化和模块化365
6新兴销售市场365
7转向技术中的工艺转变365
8转向盘开发366
9转向管柱的发展366
参考文献T367

2011年5月，《汽车转向》第1版出版，该书在德语地区迅速成为汽车转向领域的权威著作，并且成为Springer Vieweg出版社著名的ATZ/MTZ技术丛书中的重要组成部分。由于兼顾了汽车生产者、零部件生产者以及科研院校师生的不同兴趣点，该书受到广泛好评，取得巨大成功。近40名来自汽车工业界和高等院校的德国专家参与了该书的编写工作，他们丰富的专业知识为该书的成功奠定了基础。
《汽车转向》第2版进行了全面更新和补充。感谢所有的作者以及提出建设性改进建议的广大读者，特别要衷心感谢Springer Vieweg出版社卓越的合作精神。今后同样希望得到读者提出的改进或补充的意见和建议，我们的联系方式：[email protected]。
本书研究的内容为汽车转向系统、汽车转向感觉和汽车行驶动力学。书的开始部分为汽车转向运动学和汽车行驶动力学的基础知识，讨论影响转向时底盘参数的概念和意义。后续章节中着重研究了驾驶人和车辆之间的关联，并详细阐述了转向感觉的概念和意义。转向系统零部件的结构、设计原则和试验方法也是本书的重点内容，涉及的零部件有转向盘、转向管柱、转向中间轴、转向器。对于特殊的转向系统，如叠加转向系统和四轮转向系统，本书也做了详尽的介绍。本书的另一个重点是介绍当前转向系统的各种技术状态，阐述它们与整车的相互作用，力图使复杂的内容变得简单易懂。当然，其他方面，如噪声性能、能量需求和安全功能，本书也有所涉及。本书的最后章节介绍了现代驾驶人辅助功能转向系统。
本书的读者定位为从事汽车转向系统设计、开发、试验、制造和维修工作的工程师和工程技术人员。本书也适合于普通高等院校车辆工程专业的广大师生阅读。

斯图加特/费尔达芬格2013年5月

曼弗雷德·哈尔
彼得·普费尔