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第十六章
转向系统和悬架系统
平顺驾驶
在本章你将学习：
·理解转向系如何工作
·检查转向系
·了解各种类型的悬架系统
除了转向盘，车辆上的转向系和悬架系统对你来说可能是未知的领域，目前为止你可能觉得这些没有必要了解。但实际上，这些系统是使驾驶过程平顺并使车辆准确按照你的意图前进的必要部件。本章可以帮助你了解车辆所具有的转向系和悬架的类型以及其工作原理，一旦出现问题，您可以和技术人员一起快速地处理。
当遇到这种字体标出的术语，请查阅附录A中的词汇表。
转向系统
转向系统包括将驱动器连接到车轮的一系列联动装置和齿轮。在大多数车辆上，只有前轮响应转向盘转动，而后轮只是跟随转动。当转弯时，因为转弯半径的不同，两侧前轮必须以不同的转向角转动。
当转向盘旋转达到一周，转向盘转过的角度与车轮转向角度之比称为转向比。要使车轮转过相同角度，转向盘转动角度越大则转向比越高。当转向盘旋转一圈时，用360度除以此时转向轮转动的角度即可得到转向比。大多数汽车转向比在12和20之间。例如，若转向轮在转向盘旋转一周期间转动20度，转向比就是18：1（360除以20）。
转向连杆
转向连杆指连接转向盘到前轮的转向系统的所有的部分(参见图16-1)。当转动转向盘时,前轮在转向连杆的作用下朝正确的方向转动。转向连杆主要包括转向横拉杆,球关节和控制臂。
图16-1：齿轮齿条转向系统
转向横拉杆
如图16-1所示，转向横拉杆是位于转向节与车轮连接位置之间的一种球窝组件。当连杆的两个部分相互移动时，转向横拉杆内的润滑脂可以起到缓冲作用。润滑脂使得零件可以自由移动，并防止可能引起磨损的摩擦。
控制臂
转向节实际上连接到车轮上，并连接到一个或两个控制臂或一根允许车轮在任何方向上转动的转向臂。为了使部件自由运动，运动关节采用球关节。
球接头
对于所有车辆，球接头都是转向系统的重要部件。球形接头是将转向节附接到悬架系统的球窝组件。球接头允许车轮在其上下移动或左右转向时的枢转和旋转运动。关于球接头各种配置，可参考图16-6、16-10以及16-15。
一些转向系统部件填充有润滑脂以减少摩擦并保持其保护的部件不会过早磨损。过去，这些部件需要定期补充润滑脂。然而，现在几乎所有的车辆（除了少量SUV、卡车和特殊车辆）都装配有设计成在车辆的使用寿命期间不需要额外补充润滑的终身润滑系统。
动力转向系统
最初提出动力转向时，它旨在帮助大型或重型车辆的驾驶员在停车或弯道行驶时更容易转向。后来，它成为乘用车的高级配置。今天，几乎每一辆车都配备了动力转向系统。本节介绍最常用的动力转向系统。
目前已有正在使用或计划即将出现的有三种动力转向系统：齿条齿轮式，循环球式，和线控转向式。以下部分会对它们中的每一种都进行详细说明。
齿轮齿条式
大多数现代乘用车都使用齿轮齿条转向形式（参见图16-1）。连接到转向轴上的齿轮是主动小齿轮。齿条上有与小齿轮的齿相啮合的切口。当转向盘转动时，小齿轮转动，拨动齿条，拉动拉杆，使车轮转动。
旋转阀实时感测驾驶员是否转动转向盘或是保持直线行驶。它通过一端连接到转向轮，另一端连接到小齿轮的转向轴实现功能。当转向盘转动时，扭杆扭转，小齿轮相应作出响应。
齿轮齿条式动力转向系统以两种基本方式供能。本章中描述的其他转向系统可能采用相同的原理，与齿轮齿条系统作对比进行学习将有助于理解。
液压动力转向系统
此系统包括通过缠绕在皮带轮上的皮带连接到发动机的动力转向泵（参见图16-2）。当泵内的叶片响应于发动机的速度而转动时，它们将动力转向液压入位于齿条中心的活塞。如图16-2所示，液压活塞在其两侧有一个允许流体进入的开口。转向盘转动的方向迫使流体进入活塞的相应侧。使活塞沿着该方向移动齿条，并相应地拉动拉杆和车轮。 图16-2：液压动力转向系统
电动助力转向系统
也称为电子辅助转向系统。使用电动机代替液压驱动转向机构（见图16-3）。ECU控制系统的动作。如果电子系统发生故障，齿轮齿条转向系统将以无辅助（或无动力）方式继续运行。
图16-3：电动助力转向系统
循环球式转向系统
这是在卡车和SUV上最常见的另一种转向系统，因为具有循环球齿轮，故称为循环球转向系统（见图16-4）。外部是里面具有孔和轮齿的块状物。一端带螺纹的螺杆拧入孔内的螺纹。杆中的螺纹填充有球轴承，它可以减少杆中的螺纹和孔中的螺纹之间的摩擦并且使杆保持在合适的位置可靠传动。
杆的另一端连接到转向盘。当转动转向盘时，它会转动使其拧入的挡块转动的杆。挡块外侧的轮齿依随着转向盘响应的挡块移动的相应方向移动车轮。如果系统是动力辅助的，则动力转向泵将根据转向盘转动的方式，将更高压力的液压油输送到油缸的一侧或另一侧。
图16-4：循环球式转向系统
线控转向
线控转向是一种由电子控制的全新的转向系统。它实时监测驾驶员转动转向盘的方向，力和速度，并将该信息传达到电动转向系统。图16-5显示了原始的线控转向系统。因为该系统消除了将转向盘与车轮连接的齿轮齿条式和循环球系统中的泵，液压管路，滑轮和其他机械部件，所以它能更平稳地转向，也释放了发动机罩下的房间，减少了机械故障的可能性，减轻汽车的重量，并增加了燃油经济性。一举多得。
图16-5：线控转向系统
查看转向系
检查转向系很容易。只需站在靠近驾驶员一侧的车门旁。将手伸入驾驶舱转动转向盘，并注意观察同侧前轮轮胎。如果在轮胎开始偏转之前转向盘可以转动，那么需要同时进行转向和对准检查。因为在将信号传送到轮胎之前，转向盘上不应有空行程。
当车辆驾驶轻便性出现变化时，一定要引起警惕。如果车辆转弯时阻力明显过大，请仔细查看车胎是否由于不对准而造成了磨损。
悬架系统
车辆下部是悬架系统的主要元件，它支持车辆，并使乘员舱在颠簸路面上保持相对稳定。本节涉及这些系统中相关的最重要部分，以及悬架系统的主要形式。图16-6展示了一个典型的悬架系统。
悬架系统的主要部件
控制臂
控制臂有时被称为A型臂，A型架，I型臂或链节（见图16-15）。听过多连杆悬架这个术语吗？这种形式意味着由多个链节将车轮固定在车架或车身上。
稳定杆
稳定杆（见图16-7）旨在防止车辆在急转或当车轮在不平坦的地面上行驶时的摇摆和晃动。这些稳定杆也提高了高速稳定性。大多数车辆都除了有一个前稳定杆外，还有一个后稳定杆。 稳定杆将悬架的一侧通过框架连接到另一侧。当车量开始向一侧倾斜时，稳定杆可以根据杆的直径来限制该侧的运动。较大直径的稳定杆有更强的抵抗作用。现在，越来越多的现代车辆正在提供更有效率的稳定性控制系统。第19章将介绍其工作原理。
图16-6：一种典型的悬架系统
图16-7：一种典型的稳定杆和链节
弹性元件
弹性元件是悬架系统的核心。各种类型的弹性元件被使用来承载车辆的重量，将其与车胎隔开，吸收冲击，并使车身保持在适当的高度。常见的形式有板簧，螺旋弹簧，扭力杆或空气弹簧（见图16-8）。大多数汽车使用螺旋弹簧或板簧; SUV使用卷簧，扭力杆或板簧。
以下是各种弹簧类型的简要介绍：
钢板弹簧，在皮卡车和皮卡型SUV上仍然常见。其通常由几个相对薄的称为簧片的金属板彼此堆叠组成。为了使板簧弯曲时其顶部变形尽可能小，采用了多层结构而不是使用一整块厚的金属块。板簧十分灵活，不会像一个单一的粗棒在弯曲程度过大的情形下从上到下断裂; 其每个簧片独立弯曲，叶片可以彼此滑动从而避免断裂（见图16-9）。
图16-8：螺旋弹簧、钢板弹簧、空气弹簧和扭力杆
图16-9：板簧弯曲，但不会断裂， 图16-10：前螺旋弹簧上的衬套和球接头
因为它们可以彼此间灵活滑动
一组板簧的每个端部都连接在汽车后部的框架上，允许弹簧弯曲和自由移动。这些配件通常具有允许配件自由弯曲和扭曲的橡胶衬套; 它们还吸收一些振动并防止其传达到乘员舱。
螺旋弹簧看起来像老式的床弹簧。它们可以安装在汽车前部和后部，但通常位于汽车前部。在前端，螺旋弹簧还有助于缓冲冲击、振动和转向运动。前螺旋弹簧可以安放在上或下控制臂上。由球接头缓冲（见图16-10）。
在后部，它们经常安装在具有橡胶衬套的控制臂之间。图16-10和16-16至16-18显示了各种悬架系统上螺旋弹簧的位置。如果螺旋弹簧发出噪音，可以在上下连接的位置使用喷涂润滑脂进行润滑。但是，建议先在经销商处咨询服务部门，然后再自己进行操作。
扭力杆主要用于SUV和卡车。它们位于车辆的前部，一端连接到控制臂。另一端连接位置因车而异。（图16-10和16-11显示了一些配置。）扭力杆扭转以适应车辆可能携带的负载的差异，这将允许前轮自由上下移动。将扭杆视为拉直的螺旋弹簧可以有助于理解。
图16-11：扭力杆提供稳定性
空气弹簧一般用于豪华车。橡胶空气弹簧可以充满适量的压缩空气来控制行驶并保持适当的高度。对于这种类型的系统，计算机监视行驶高度并发出一个信号给机载空气压缩机，以便在车辆加载重量时将更多的空气吸入空气弹簧。当负载减轻时，计算机打开排气螺线管，使空气从空气弹簧中排出（参见图16-8和16-12）。
通常，空气弹簧无需润滑。但也应向经销商咨询，以确定是否可以将橡胶护发素应用于气囊，以防过早磨损。
缓冲装置和滑柱
减振器和麦弗逊滑柱（见图16-13和16-14）在隔绝乘员厢颠簸中起主要作用。分别位于每个车轮附近。他们削弱垂直运动的方式很有意思。当车轮碰到凸起时，除非加以控制，否则即使离开凸起很远后，车轮往往仍会在很长一段时间内保持反复弹跳上升和下降。弹跳效果是由于车轮上使用的是充气橡胶轮胎，并且被拉动或压缩的螺旋弹簧不仅能够在回程时弹回到其之前的形状，还会在惯性作用下持续上下移动一段时间。减振器和滑柱允许弹簧自由压缩，并使其缓慢回位或反弹。
关于缓冲装置和滑柱，请注意以下几点：
图16-12：空气悬架工作原理
图16-13：标准减振器 图16-14：麦弗逊滑柱
有缺陷或磨损的减振器会增加轮胎的磨损，这种情形如果以高速撞击凸起，可能会导致转向失控。
有几种方法来判断车辆是否需要新的减振器。 一个是重重压在挡泥板上，或者将重量放在保险杠上，然后突然释放，看看车辆是否慢慢返回原来的位置。 如果车辆继续上下颠簸，则需要新的减振器。另一种方法是快速停车。如果车身上上下下来回晃动几次才静止，若车辆装备有减振器，则需要更换。如果没有，应请专业人员对悬架系统进行故障排除以识别问题。
麦弗逊滑柱比减振器更全面。两个缓冲装置和滑柱都可以控制驾驶，但缓冲装置也是悬架系统的结构构件。
电磁可调减振器包含液压油，其粘度可以通过电磁电流来改变。传感器决定了冲击的硬度或柔度。有些由驾驶员通过机舱中的开关控制，通常提供“运动”和“舒适”选项，有时也是“拖挂”或“装载”选项。
虽然更换标准减振器并不困难，但是由于必须抬起车辆并在其下方爬行，所以该工作不太容易实现。除非有专业设备，否则强烈建议有专业人士来提供服务。
在限制范围内，您可以选择您在车上使用的减振器类型：“重型”减振器可能会有些硬; 其他形式的减振器在重载情况下性能可能没有前者优良，但其提供了一个更柔和的驾乘体验。一些减振器也提供宽重量适应范围的自动调节功能。 可根据自身实际情况进行选择。
悬架类型
为了使车辆驾驶过程中更安全，更舒适，多种类型的悬架系统已经被开发出来。大多数汽车具有独立的前悬，其中每个前轮分别连接并且可独立移动。 一些车辆还具有独立的后悬，即“四轮独立悬架”。老式的后轮驱动车辆和今天许多卡车仍使用一种包括后驱动轴组件的非独立悬架。
传统上，双横臂悬架和滑柱悬架是消费者车辆中最常见的悬架系统。但近来空气悬架越来越受欢迎，电控悬架也在逐渐得到普及。
双横臂悬架
双横臂悬架系统使用较短的上控制臂和较长的下控制臂将车轮固定在车架上。控制臂允许车轮上下移动（类似铰链允许门摇动打开和关闭）。下臂较粗，因为其在车辆上下移动时承受大部分负荷。在控制臂的内侧有橡胶衬套，控制臂外侧的球形接头允许车轮旋转并转动（见图16-15）。
图16-15：双横臂悬架系统
多连杆悬架
多连杆悬架（参见图16-16）是双横臂悬架的更复杂的版本，它具有各种配置。它的主要优点是更大的灵活性，增强了车辆适应道路上行驶条件变化的能力。虽然多连杆悬架系统仍然具有“横臂”，但是每个臂分别连接到主轴而不是一个固定单元。因而使每个车轮可以响应于转向盘的运动而独立地偏转。
滑柱悬架
有两种类型的滑柱悬架：常规版和改进版（见图16-17和16-18）。常规的滑柱具有缠绕在滑柱筒上的螺旋弹簧，而改进的滑柱悬架的弹簧偏置安装。滑柱悬架不使用上控制臂。车轮由上支撑架固定到位。在前文的减振器部分，可以找到更多关于不同类型的减振器和滑柱的信息。
图16-16：多连杆悬架系
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