摘要：所謂電子助力轉向系統, 指的是在駕駛員轉動方向盤時, 轉向系統的轉向動力源由電動機提供;而液壓助力轉向系統指的是轉向系統的轉向動力源由液壓泵產生的油液壓力提供。
一、概述
所謂電子助力轉向系統, 指的是在駕駛員轉動方向盤時, 轉向系統的轉向動力源由電動機提供;而液壓助力轉向系統指的是轉向系統的轉向動力源由液壓泵產生的油液壓力提供。電子助力轉向由電動機提供, 消耗的是電能, 而車上的電能是由發動機轉動后帶動發電機發電所得到的。這種能量的轉換效率較高, 而且能量損失較小, 對于車輛行駛的效率損失也小。
這套系統優勢明顯, 同時這套系統也是有其缺點, 主要原因在汽車上的發電機實際的發電功率是有限的, 所以能夠提供轉向系統的轉向助力能力也就有了限制。不過這種助力的能量是通過電動機直接提供, 助力的響應性很敏銳, 速度也非常快, 在駕駛員操作方向盤時就會感覺到操作很輕松。在電腦的控制下, 可以容易的改變助力系統的壓力。在車輛行駛速度比較低的時候, 轉向系統的助力壓力增大, 駕駛員操作方向盤感覺非要輕盈;在車輛行駛速度比較高的時候, 轉向系統的助力壓力減小, 駕駛員操作方向盤感覺比較沉重;這種情況可以給車輛的行駛帶來比較安全保障。這些實現起來很輕松, 需要通過集成電路板直接控制。
這套電控液壓系統的轉向油泵不再依靠發動機依靠皮帶帶動, 它由電動機直接驅動, 并且在之前的基礎上加裝了電控系統, 使得轉向的輔助力與轉向角度、車速等參數, 該系統新增加的電控系統主要有電磁閥、車速傳感器、轉向控制電腦等設備
二、電子液壓助力轉向系統結構
電子液壓助力轉向系統
電子控制技術在汽車轉向系統的應用, 使汽車駕駛可以達到令人滿意的效果。電子控制動力轉向系統在低速行駛的時候可以使轉向輕便、靈活;當汽車在高速行駛的時候轉向, 又能保證提供最優的動力放大倍率和轉向手感, 從而提高了高速的行駛穩定性。目前汽車上使用的轉向系統大多數都是電子液壓助力轉向系統, 其組成由助力轉向控制單元、儲液罐、電動泵、轉向機、助力轉向傳感器等構成轉向系統的主要元件。
圖1 電子液壓助力轉向系統示意圖
為了滿足轎車對于轉向系統的要求, 電控動力轉向系統應具有以下特點:
(1)良好的隨動性:即方向盤與轉向輪之間具有準確的一一對應關系, 同時能保轉向輪可維持在任意轉向角位置。
(2)有高度的轉向靈敏度:即轉向輪對方向盤應具有靈敏的響應。
(3)良好的穩定性:即具有很好的直線行使穩定性和轉向自動回正能力。
(4)助力效果能隨車速變化和轉向阻力的變化做相應的調整。低速時, 有較大的助力效果, 以克服路面的轉向阻力, 高速時, 有適當的路感, 以避免因轉向過輕發生事故。
2.轉向助力油泵
目前轎車上面的動力轉向泵是通過發動機運轉后由曲軸旋轉帶動轉向泵皮帶運轉的, 當發動機工作時, 液壓系統的液壓油被轉向泵從儲液罐中抽出來, 其安裝在通向轉向動力缸活塞兩側油室的油道之間, 當閥針完全開啟時, 兩油道就被電磁閥旁路, 使動力缸活塞兩側壓力差減小, 助力減小;相反則助力增大。
流量控制式動力轉向系統就是根據車速傳感器的信號, 控制電磁閥閥針的開啟程度, 從而控制轉向動力缸活塞兩側油室的旁路液壓油流量, 改變方向盤上的轉向力。車速越高, 流過電磁閥電磁線圈的平均電流值越大, 電磁閥閥針的開啟程度越大, 旁路液壓油流量越大, 液壓助力作用越小, 使轉動方向盤的力也隨之增加;相反, 則車速較低時, 助力作用加大, 使轉向輕便。轉向液壓泵的工作原理如圖2所示:
圖2 轉向助力油泵
3.動力轉向機
液壓系統的動力轉向機屬于齒輪齒條式, 其安裝在位于發動機后部的副車架后橫梁之下的位置。動力轉向系統就是根據車速傳感器的信號, 控制電磁閥閥針的開啟程度, 從而控制轉向動力缸活塞兩側油室的旁路液壓油流量, 來改變方向盤上的轉向力。車速越高, 流過電磁閥電磁線圈的平均電流值越大, 電磁閥閥針的開啟程度越大, 旁路液壓油流量越大, 而液壓助力作用越小, 使轉動方向盤的力加大, 增加路感。同時根據運行道路條件, 設計了不同的控制模式。可根據20s內的平均車速和平均方向盤轉角判定車輛當前運行道路條件。變換控制模式最多需要1.1s, 可避免助力的急劇變化。
圖4 齒條動力轉向機
4.電子控制器ECU
動力轉向系統中的電子控制單元, 采用模擬電路控制, 由模擬電路構成的動力轉向ECU, 主要由頻率電壓 (頻壓) 轉換器、電壓放大器、比較器、振蕩器等組成。其輸人信號為車速傳感器提供的車速信號, 執行器為比例電磁鐵機構;ECU擔負起控制通人比例電磁鐵機構電流的任務。車速提高時, 為了增大轉向的操縱力, 需要加大流人比例電磁鐵機構的電流;而當車速超過120km/h時。為了防止電流過太而造成過載, ECU則控制比例電磁鐵機構保持著恒定的電流值
5.轉向控制閥
轉向機的轉向控制閥控制轉向機內部閥口的變化, 根據系統輸入壓力的變化改變液壓系統的助力, 方向盤轉動時經轉向機轉向橫拉桿推或拉車輪完成轉向操作, 結構如圖5所示。
圖5 內部結構圖
電磁閥的開度由ECU的輸出電流控制, 而該輸出電流又取決子車速的高低。通過電磁線圈的電流是模擬信號, 通常改變其通電時間所占的比例即可控制此電流值的大小。而電磁閥的開度又可以控制PPS齒輪箱中油壓反力室的油壓。
當車速較高時, 流人電磁線圈的電流減小, 電磁閥的節流面積 (即開度) 變小, 返回儲油罐的回流量減少, 而使分流閥分到油壓反力室的流量增加, 油壓增大, 使轉向“沉重”;當車速較低時, 流入電磁線圈的電流增大, 電磁閥的節流面積 (開度) 變大, 流回儲油罐的液流量增加, 分到油壓反力室的液流量減少, 油壓減小, 便轉向“輕便”。
當車輛停止時, 電磁閥完全關閉, 如果此時向右轉動方向盤, 則高靈敏度低速專用小孔在較小的轉向扭矩作用下即可關閉, 轉向液壓泵高壓油液經流向轉向動力缸右腔室, 其左腔室的匯液經流回儲油箱。所以, 此時具有輕便的轉向特性。而且施加在方向盤上的轉向力矩越大, 可變小孔的開口面積越大節流作厙就越小, 轉向助力作用越明顯。隨著車輛行駛速度的提高, 在ECU的作用下, 電磁閥的開度也線性增加, 如果向右轉動方向盤, 則轉向液壓泵的高壓油液經旁通電磁閥流回儲油箱。
此時, 轉向動力缸右腔室的轉向助力油壓就取決于旁通電磁閥和靈敏度低的高速專用小孔的開度。車速越高, 在ECU的控制下, 電磁閥的開度越大, 旁路流量越大, 轉向助力作用越小, 在車速不變的情況下, 施加在方向盤上的轉向力越小, 高速專用小孔的開度越大, 轉向助力作用也越小;當施加在方向盤上的轉向力增大時, 高速專用小孔的開度減小, 轉向助力作用也隨之增大。由此可見, 閥靈敏度控制式EPS可使駕駛員獲得非常自然的轉向手感和良好的速度轉向特性。
6.壓力傳感器
這個傳感器稱為“壓力”傳感器, 安裝位置是轉向動力轉向泵系統高壓側的出口 (如圖6) , 當發動機工作時, 轉向泵開始運轉, 轉向系統就開始產生的負荷信號, 當車輛靜止不動, 節氣門處于關閉狀態, 此時就是發動機控制單元的怠速校準信號。動力轉向系統的負荷信號通過線束傳遞給發動機控制單元, 壓力傳感器可以根據負荷產生占空比信號, 發動機控制單元接收到此信號以調整怠速時的控制輸出。
在車輛行駛或者停車時, 駕駛員轉動方向盤至方向一側的極限位置時, 由于轉向極限的原因助力系統會需要比較大的負荷才可以維持轉向, 這種情況相比直線行駛, 給發動機運轉帶來的附荷會加大。因此為了保證發動機正常運轉, 防止因負荷過大導致停機或低速空轉的情況, 系統內的傳感器檢測到壓力的變化后發出信號, 并將信號發送到發動機控制單元處, 收到傳感器傳來的信號后, 發動機控制單元會根據當時情況的負荷適當調整發動機轉速以保證發動機的正常運轉, 避免出現發動機“滅車”的現象。壓力傳感器的位置如圖6所示。
圖6 壓力傳感器
三、結論
本文詳細介紹汽車電子液壓助力轉向系統的基本結構、工作原理和技術特點, 希望可以以此幫助相關技術人員對該系統有一個充分的認識和理解, 對于電子液壓轉向系統的故障檢測與診斷中提供一定的幫助和技術支持。
