液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計2

1、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究 【摘要】: : 本論文主要闡述了現(xiàn)代工程車輛技術(shù)追求高效節(jié)能、高舒適性和高 安全性等目標。前一項目標與環(huán)境保護密切相關(guān),是當代全球性熱門話題,后兩項 目標是車輛朝著高性能化方向發(fā)展必須研究和解決的重要課題。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的高性 能化是指其能夠根據(jù)車輛的運行狀況和駕駛員的要求實行多目標控制,以獲得良 好的轉(zhuǎn)向輕便性、較好的路感和較快的響應性。 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱 穩(wěn)定性、行駛安全性和駕駛舒適性的關(guān)鍵部分。在追求高效節(jié)能、高舒適性和高 安全性的今天,電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),以其節(jié)能、 環(huán)保、更佳的操縱特性和轉(zhuǎn)

2、向路感,成為動力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的焦點。 本文通過對 電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進行了分析,解釋了其工作原理。在分析了全液壓 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理和液壓轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)后,建立了液壓轉(zhuǎn)向器的流體動力模型、 數(shù)學模型。 接著利用所建的數(shù)學模型對電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成各元件進行 特性分析,了解了影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)。并通過系統(tǒng)仿真,分析其性能是否滿 足實際工作中的要求。 為了實現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能,進行了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。最 后根據(jù)電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,搭建了相應的試驗裝置,同時通過檢測系統(tǒng),完 成了性能的檢測。 本文的研究為電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計和性能改善提供了一 定的依據(jù)。通過系統(tǒng)元件的參數(shù)對于系

3、統(tǒng)性能的影響分析有助于我們設(shè)計系統(tǒng)時 選擇更合理的參數(shù);通過仿真分析了所建系統(tǒng)模型的性能,加入了 PID 控制算法調(diào) 節(jié),表明所設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足實際轉(zhuǎn)向的要求。 關(guān)鍵詞：液壓轉(zhuǎn)向；助力器；壓力；流量；功率 Abstract: This thesis mainly elaborated the modern engineering vehicles pursuit of high efficiency and energy saving, high technology comfort and high security objectives etc. Former a target and

4、environmental protection, is closely related to the contemporary global hot topic, after two objectives are vehicles performance-based direction toward a high development must study and solve important issue. Steering system of high performance is to show its can according to the operation status of

5、 vehicles and drivers for the control of multi-objective to obtain good steering portability, better lk feeling and quicker response sex. Automotive steering system is to influence the vehicle steering stability, driving safety and driving comfort key part. In the pursuit of high efficiency and ener

6、gy saving, high comfort and high security today, electronically controlled hydraulic steering system as a new car power steering system, with its energy-saving, environmental protection, better handling characteristics and steering lk feeling, become the focus of power steering technology research.

7、This article through to electrohydraulic power steering system composition structure are analyzed, explains its working principle. On the analysis of the hydraulic steering system of hydraulic steering the working principle and the structure of the established hydraulic steering gear, the hydrodynam

8、ic model, the mathematical model. Then use the model of electronically controlled hydraulic steering system composition for each element analysis, understand the characteristics of some parameters affect system performance. And through the system simulation, analyzes its performance meets the requir

9、ements of the actual work. In order to realize the system to performance, the system hardware and software design. Finally, according to the electrohydraulic power steering system structure diagram, built the corresponding test device, and at the same time through testing system, completed the perfo

10、rmance testing. This research for electrohydraulic power steering system design and performance improvement provides certain basis. Through the system components for the parameters of the system performance impact analysis helps us to the design of the system more reasonable parameters selection; Th

11、rough the simulation analysis of the performance of the system model is built, joined the PID control algorithm adjustment, showed that the designed system can meet the practical steering requirements. KeyKey words:words: Hydraulic steering; Booster; Pressure; Flow; power 目目 錄錄 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究電控液壓助力

12、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究.1 1 1 引言引言.4 1.1 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介.4 1.2 機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng).4 2 2 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹.6 2.1 動力轉(zhuǎn)向系.6 2.2 液壓動力轉(zhuǎn)向.7 2.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理.8 2.3 液壓回路設(shè)計工作原理.10 3 3 硬件選取硬件選取.12 3.1 扭矩傳感器.12 3.2 電液比例閥.13 4 4 電子轉(zhuǎn)向控制單元電子轉(zhuǎn)向控制單元.14 4.1 電子控制單元的組成及原理.14 4.1.1 ECU.14 4.1.2 分流閥.15 4.1.3 電磁閥.16 4.2 控制單元的功用.16 4.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析.

13、17 5 5 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理.18 6 6 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點.20 結(jié) 束 語.21 謝 辭.22 文 獻.22 1 1 引言引言 1.11.1液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也就是動力轉(zhuǎn)向，目前已成為絕大多數(shù)轎車的一項標準配置， 顧名思義，助力轉(zhuǎn)向就是協(xié)助駕駛員做汽車方向調(diào)整，為駕駛員減輕打方向盤強 度的裝置。可是很多車友在面對諸如機械式液壓助力轉(zhuǎn)向、電子式液壓助力轉(zhuǎn)向 及電動助力轉(zhuǎn)向等多種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時難免有些迷惑，搞不清楚其間區(qū)別。從本 期汽車學堂起，我們將簡單介紹目前常見的幾種助力

14、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，希望對您購車、 用車有所幫助。首先來看傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 據(jù)了解，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)有半個世紀的發(fā)展歷史，可以說技術(shù) 已經(jīng)非常成熟，所以被廣泛應用。據(jù)西安某專業(yè)汽修廠負責人介紹，液壓助力轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵 產(chǎn)生動力來推動機械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。 傳統(tǒng)機械液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓泵由汽車發(fā)動機驅(qū)動。為保證汽車原地轉(zhuǎn) 向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機怠速時的流量來確定的。 汽車發(fā)動之后，無論是否轉(zhuǎn)向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時， 需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以便在一定程

15、度上浪費了發(fā) 動機動力資源。 現(xiàn)在還有些汽車冠以電動助力轉(zhuǎn)向，其實不是真正意義上的純電動助力轉(zhuǎn)向， 它還需要液壓系統(tǒng)，只不過由電動機供油，這就是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子 液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點。它所采用的液壓泵不 再靠發(fā)動機皮帶直接驅(qū)動，而是采用一個電動泵，它所有的工作的狀態(tài)都是由電 子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地 說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動電子液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率， 使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動電子液壓泵以較低 的速度運轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率

16、。 1.21.2機械轉(zhuǎn)向系機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng) 機械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機械的。機 械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三大部分組成。 1 一轉(zhuǎn)向盤；2 一轉(zhuǎn)向軸；3 一轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4 一轉(zhuǎn)向傳動軸；5 一轉(zhuǎn)向器； 6-轉(zhuǎn)向搖臂；7 一轉(zhuǎn)向直拉桿；8 一轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9 一左轉(zhuǎn)向節(jié)； 10、12 一梯形臂；11 一轉(zhuǎn)向橫拉桿；13 一右轉(zhuǎn)向節(jié) 圖 1-1 機械轉(zhuǎn)向系示意圖 圖 1-1 所示為機械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn) 向盤 1 施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸 2、轉(zhuǎn)向萬向節(jié) 3 和轉(zhuǎn)向傳動軸 4 輸入轉(zhuǎn)向器 5。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩

17、和減速后的運動傳到轉(zhuǎn)向搖臂 6，再經(jīng)過 轉(zhuǎn)向直拉桿 7 傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié) 9 上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂 8，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的 左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié) 13 及其支承的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應角度，還設(shè) 置 7 轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向梯形由固定在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的梯形臂 10、12 和兩端與梯 形臂作球鉸鏈連接的轉(zhuǎn)向橫拉桿 n 組成。 從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列部件和零件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)。由轉(zhuǎn)向 搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列部件和零件(不含轉(zhuǎn)向節(jié))，均屬于轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 目前，許多國內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)中采用了萬向傳動裝置(轉(zhuǎn) 向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸)。這有助于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系

18、列化。只要適當改變轉(zhuǎn)向萬向傳動裝置的幾何參數(shù)，便可滿足各種變型車的總布 置要求。即使在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器同軸線的情況下，其間也可采用萬向傳動裝置， 以補償由于部件在車上的安裝誤差和安裝基體(駕駛室、車架)的變形所造成的二 者軸線實際上的不重合。 轉(zhuǎn)向盤在駕駛室安放的位置與各國交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通 行有關(guān)。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家規(guī)定車輛右側(cè)通行，相應地應將轉(zhuǎn)向盤安置 在駕駛室左側(cè)。這樣，駕駛員的左方視野較廣闊，有利于兩車安全交會。相反， 在一些規(guī)定車輛靠左側(cè)通行的國家和地區(qū)使用的汽車上，轉(zhuǎn)向盤則應安置在駕駛 室右側(cè)。 2 2 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹 汽車轉(zhuǎn)向一

19、直存在著“輕”與“靈”的矛盾。盡管，人們采用了變速比轉(zhuǎn)向 器等手段，但始終不能從根本上解決這一矛盾。在20世紀50年代初出現(xiàn)了液壓動 力轉(zhuǎn)向技術(shù)，比較好地緩解了“輕”與“靈”的矛盾，符合人們對轉(zhuǎn)向輕便性更 高的要求，在保證其他性能的條件下，能大大降低轉(zhuǎn)向盤上的手力，特別是原地 轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向盤上的手力。 2.12.1 動力轉(zhuǎn)向系動力轉(zhuǎn)向系 動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情 況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動機 通過動力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應當能由駕駛員獨 立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(zhuǎn)向系

20、的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動力 轉(zhuǎn)向裝置而形成的。 對最大總質(zhì)量在 12t 以上的大型汽車而言，一旦動力轉(zhuǎn)向裝置失效，駕駛員 通過機械傳動系加于轉(zhuǎn)向節(jié)的力遠不足以使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。故這種汽車 的動力轉(zhuǎn)向裝置應當特別可靠。 圖 2-1 動力轉(zhuǎn)向系示意圖 圖 1-2 為一種液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓動力轉(zhuǎn)向裝置的管路布置示意圖。 其中屬于動力轉(zhuǎn)向裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力 缸。當駕駛員逆時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤(左轉(zhuǎn)向)時，轉(zhuǎn)向搖臂帶動轉(zhuǎn)向直拉桿前移。直 拉桿的拉力作用于轉(zhuǎn)向節(jié)臂，并依次傳到梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿，使之右移。與此 同時，轉(zhuǎn)向直拉桿還帶動轉(zhuǎn)向控制閥中的滑閥，使轉(zhuǎn)向動力缸的右

21、腔接通液面壓 力為零的轉(zhuǎn)向油罐。轉(zhuǎn)向油泵的高壓油進入轉(zhuǎn)向動力缸的左腔，于是轉(zhuǎn)向動力缸 的活塞上受到向右的液壓作用力便經(jīng)推桿施加在轉(zhuǎn)向橫拉桿上，也使之右移。這 樣，駕駛員施于轉(zhuǎn)向盤上很小的轉(zhuǎn)向力矩，便可克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向 阻力矩。 2.22.2 液壓動力轉(zhuǎn)向液壓動力轉(zhuǎn)向 液壓動力轉(zhuǎn)向首先是在大型車輛上得到發(fā)展的，隨著當時汽車裝載質(zhì)量和整 備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中所需克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也隨之增加，從而要求 加大作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重” 。當前軸負荷增加到 某一數(shù)值后，靠人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便和提高車輛的機 動性，最有效的方法就是在汽車轉(zhuǎn)向系

22、中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機 的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱 前輪轉(zhuǎn)向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動強度，提 高了行駛安全性。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制 閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相 同。比如大型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎 車還要求裝用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車 輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。 開始階段液壓動力轉(zhuǎn)向的控制閥采用滑閥式，即控制閥中的閥以軸向移動來 控制油

23、路?；y式控制閥結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝性好，操縱方便，宜于布置，使用 性能較好。但是滑閥靈敏度不夠高，后來逐漸被轉(zhuǎn)閥代替。 20 世紀 50 年代末沙基諾發(fā)明了轉(zhuǎn)閥式液壓動力轉(zhuǎn)向，即控制閥中的閥芯以 旋轉(zhuǎn)運動來控制油路。與滑閥相比，轉(zhuǎn)閥的靈敏度高、密封件少、結(jié)構(gòu)比較先進。 雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥回位，結(jié)構(gòu)較復雜，特別是對扭桿的材質(zhì)和熱 處理工藝要求較高。但是其性能相對于滑閥有很大改進，達到令人滿意的程度， 并且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易，目前在轎車及大部分重型汽車上 的液壓動力轉(zhuǎn)向采用的均是轉(zhuǎn)閥式控制閥。 在大型汽車上裝備液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點： (1)減小駕駛員的疲勞強度。

24、動力轉(zhuǎn)向可以減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，提高轉(zhuǎn) 向輕便性。 (2)提高轉(zhuǎn)向靈敏度?？梢员容^自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比， 不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。 (3)衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平 度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊；另一方面，當汽車高速行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導致汽車 轉(zhuǎn)向盤難以把握，應用動力轉(zhuǎn)向可以使駕駛員較容易把握轉(zhuǎn)向盤。 同時液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有不足： (1)選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進行調(diào)節(jié)與控制。因 此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難。低速轉(zhuǎn)向力小時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過輕、 “路感”差，甚

25、至感覺汽車發(fā)“飄” ，從而影響操縱穩(wěn)定性；而按高速性能要求 設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。 (2)即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。 (3)存在滲油與維護問題，提高了保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。 (4)低溫工作性能較差。 隨著人們對汽車經(jīng)濟性、環(huán)保、安全性的日益重視以及大型汽車技術(shù)的發(fā)展， 人們開始對液壓動力轉(zhuǎn)向存在的不足進行改進，開發(fā)出一些新型液壓動力轉(zhuǎn)向技 術(shù)。這種技術(shù)上的改進主要圍繞第(1)、(2)點不足。對第(1)點不足的主要改進 措施是將車速引入動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，得到車速感應型助力特性，發(fā)展了兩種車速感 應型液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一種是機械式，通過與調(diào)速器及

26、變速器相連的泵來控制 油壓閥，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；另一種是電子控制式，通過傳感器由 EUC 控制閥操 作，現(xiàn)在用得比較多。對第(2)點不足，主要通過開發(fā)節(jié)能泵、提高系統(tǒng)的效率 以及電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來加以改進。 2.22.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由機械部分和液壓助力裝置兩部分組成。機械部分由 轉(zhuǎn)向傳動副、轉(zhuǎn)向搖臂、縱拉桿總成、橫拉桿總成、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向主銷、轉(zhuǎn)向 節(jié)主銷套、轉(zhuǎn)向節(jié)壓力軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)等組成。液壓助力裝置部分由液壓助力器、 貯油箱、轉(zhuǎn)向油泵及管路等組成。液壓助力轉(zhuǎn)向按液流形式分為常流式和常壓式 兩種，按分配閥的形式又可分為滑閥式和

27、轉(zhuǎn)閥兩種?，F(xiàn)以液壓常流式轉(zhuǎn)向為例介 紹液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。 如圖 1(a)所示，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由油泵 3、控制閥（滑閥 7 和閥體 9）、 螺桿螺母式轉(zhuǎn)向器(11、12)及助力缸 15 等組成。 滑閥 7 同轉(zhuǎn)向螺桿 11 連為一體，兩端設(shè)有兩個止推軸承。由于滑閥 7 的長 度比閥體 9 的寬度稍大，所以兩個止推軸承端面與閥體端面之間有軸向間隙 h， 使滑閥連同轉(zhuǎn)向螺桿一起能在閥體內(nèi)做軸向移動?；匚粡椈?10 有一定的預緊力， 將兩個反作用柱塞頂向閥體兩端，滑閥兩端的擋圈正好卡在兩個反作用柱塞的外 端，使滑閥在不轉(zhuǎn)向時一直處于閥體的中間位置。滑閥上有兩道油槽 C、B，閥體 的相應配合

28、面上有三道油槽 A、D、E。油泵 3 由發(fā)動機通過帶或齒輪來驅(qū)動，壓 力油經(jīng)油管流向控制閥，再經(jīng)控制閥流向動力缸 L、R 腔。 汽車直線行駛時，如圖 1(a)所示，滑閥 7 在回位彈簧 10 和反作用閥 8 的作 用下處于中間位置，動力缸 15 兩端均與回油孔道連通，油泵輸出的油液通過進 油道量孔 4 進入閥體 9 的環(huán)槽 A，然后分成兩路：一路通過環(huán)槽 B 和 D，另一路 流過環(huán)槽 C 和 E。由于滑閥 7 在中間位置，兩路油液經(jīng)回油孔道流回油箱，整個 系統(tǒng)內(nèi)油路相通，油壓處于低壓狀態(tài)。 圖 2-2 汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理 1 油箱 2 溢流閥 3 齒輪油泵 4 進油道量孔 5 單向閥

29、 6 安全閥 7 滑閥 8 反 作用閥 9 閥體 10 回位彈簧.11 轉(zhuǎn)向螺桿 12 轉(zhuǎn)向螺母 13 縱拉桿 14 轉(zhuǎn)向垂臂 15 助力缸 汽車向右轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向螺桿 11（左旋螺紋）順時針方向轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)向軸制成 一體的滑閥 7 和轉(zhuǎn)向螺桿克服回位彈簧 10 及反作用閥 8 一側(cè)的油壓的作用力而 向右移動。此時如圖 1(b)所示，環(huán)槽 A 與 C，B 與 D 分別連通，而環(huán)槽 C 與 E 使 進油道與助力缸 15 的 L 腔相通，形成高壓回路；B 與 D 使回油道與 R 腔相通，形 成低壓回路。在油壓差的作用下，活塞向右移動，而轉(zhuǎn)向螺母 12 向左移動?？v 拉桿 13 也向右移動，帶動轉(zhuǎn)向輪向

30、右偏轉(zhuǎn)。由于系統(tǒng)壓力很高（一般為 6.9Mpa 以上），汽車轉(zhuǎn)向主要依靠推力。駕駛作用于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力基本上是打開滑閥 所需的力，一般為 510N，最大不超過 10N, 因而轉(zhuǎn)向操縱十分輕便。 汽車左轉(zhuǎn)彎時滑閥 7 左移，如圖 1(c)所示，油路改變流通方向，助力缸 15 加力方向相反。 在轉(zhuǎn)向過程中，助力缸的油壓隨轉(zhuǎn)向阻力而變化，二者相互平衡。汽車轉(zhuǎn)向 時，助力只提供動力，而轉(zhuǎn)向過程仍由駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤進行控制。 2.32.3 液壓回路設(shè)計工作原理液壓回路設(shè)計工作原理 該回路住要應用電液比例換向閥,儲能灌。當電液比例閥處于中間位時，液 壓缸不工作，油泵產(chǎn)生的液壓力儲存到儲存罐中。當 1YA

31、接通時，電液比例換向 閥處于右位，并根據(jù)電磁鐵的吸力大小調(diào)節(jié)閥芯的移動距離而控制油量與壓力大 小，此時儲蓄罐中的液壓力通過電液比例換向閥進入液壓缸右腔，推動活塞運動。 當 2YA 接通時，情況于此相反。 1 油箱 2 液壓泵 3 單向閥 4 蓄能器 5 電液比例換向閥 6 液壓缸 圖 2-3 液壓系統(tǒng)設(shè)計工作原理 3 3 硬件選取硬件選取 3.13.1 扭矩傳感器扭矩傳感器 EPS 控制系統(tǒng)的傳感器信號包括轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號、汽車車速信號、汽車軸重 信號、電機電流信號，前三者用于確定助力電機的助力轉(zhuǎn)矩大小和方向，后者用 于電機的閉環(huán)控制。這些信號用來作為 EPS 的輸入信號，共同決定助力信號的輸

32、出。因此，傳感器信息融合是 EPS 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 EPS 中扭矩傳感器主要有：電阻式轉(zhuǎn)向傳感器、非接觸式電感扭矩傳感器和 其他類型傳感器，也有通過在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿，通過測量扭桿的變形得到扭 矩的大小和方向。電阻式轉(zhuǎn)向傳感器實際上是個滑動可變電阻器，當操作方向盤 時，其電阻的變化最終經(jīng)電路處理以電流的形式將轉(zhuǎn)矩信號送至 ECUTM。這種傳 感器價格低，但體積大，易于磨損，在早期 EPS 中應用較多。隨著非接觸式扭矩 傳感器成本的降低，越來越多的廠商轉(zhuǎn)而采用這種精度高、體積小且壽命長的新 型傳感器。圖 3 所示為 KOYO 公司研制的非接觸式 EPS 扭矩傳感器原理圖，該裝 置由安裝

33、在輸入軸上的探測環(huán) 1 和探測環(huán) 2，安裝在輸出軸上的另一個探測環(huán) 1，探測線圈和補償線圈組成。當方向盤轉(zhuǎn)動時，扭桿受轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)， 由于線圈生扭轉(zhuǎn)，由于線圈固定不動，探測線圈與探測環(huán)之間的位置發(fā)生變化導 致線圈磁阻改變，并最終反映扭矩的變化。 3.23.2 電液比例閥電液比例閥 電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應動作，使工作 閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此 完成與輸入電壓成比例的壓力、 流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機械、液壓或電的形式進行反饋。由于電 液比例閥具有形式種類多樣、容易組成使用電氣及計算機控制的各種電液系統(tǒng)、 控制精度高、安裝使用靈活以及抗污

34、染能力強等多方面優(yōu)點，因此應用領(lǐng)域日 益拓寬。近年研發(fā)生產(chǎn)的插裝式比例閥和比例多路閥充分考慮到工程機械的使 用特點，具有先導控制、負載傳感和壓力補償?shù)裙δ?。它的出現(xiàn)對移動式液壓 機械整體技術(shù)水平的提升具有重要意義。特別是在電控先導操作、無線遙控和 有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應用前景 圖 3-2 電液比例閥實物圖 4 4 電子轉(zhuǎn)向控制單元電子轉(zhuǎn)向控制單元 4.14.1 電子控制單元的組成及原理電子控制單元的組成及原理 組成：動力轉(zhuǎn)向電腦 ECU，車速傳感器 VSS，電磁閥，分流閥，反應室等組 成。 原理：在汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤不動，電動液壓泵以很低的速度運轉(zhuǎn)，大 部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回

35、儲液罐，少部分經(jīng)過液控閥然后流回儲液罐；當駕駛 員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU 根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角及角速度，車速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及 電動機轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判斷汽車的行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定應提前提供的 助力大小，同時向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機產(chǎn)生相應的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵， 進而輸出相應流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入齒條上的動力缸， 推動活塞產(chǎn)生適當?shù)闹Γ詤f(xié)助操作員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效 果。 4.1.14.1.1 ECUECU 控單元、汽車電控單元或集成電路控制單元、多路控制裝置等等。汽車制造 公司不同叫法也不同。它是由集成電路組成的用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理發(fā)送等 一系

36、列功能的控制裝置。目前在汽車上廣泛應用，并且集成度越來越高。 電控單元主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括系統(tǒng)電路、電 源電路、輸入采集接口電路、輸出驅(qū)動電路等1.系統(tǒng)電路：系統(tǒng)電路以所選定的 單片機為核心，主要有存儲區(qū)擴展電路、時鐘電路、復位電路、通信電路等。 2.輸入接口電路：輸入接口主要將從傳感器中采集到的轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、冷 卻水溫度等各種發(fā)動機信號進行放大、整形、電壓轉(zhuǎn)換、濾波處理等，保證實時 準確地為 CPU 提供發(fā)動機的各種參數(shù)，以便 CPU 進行監(jiān)控。3.驅(qū)動電路：驅(qū)動電 路主要是將 CPU 根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)和操作人員的要求計算得到的控制信號放大驅(qū)動， 實現(xiàn)對油量控制

37、機構(gòu)和定時控制機構(gòu)的控制。 圖4-1 電子控制單元工作原理 ECU 的主要功能 1.接受控制信息，主要指接受操作人員的各種控制指令如油門指令。2.系統(tǒng) 參數(shù)的采集處理功能，應用單片機豐富的接口 資源采集發(fā)動機的工況和狀態(tài)參 數(shù)，之后加以轉(zhuǎn)換處理。3.在控制軟件的管理下，完成各種控制功能，根據(jù)采集 的系統(tǒng)參數(shù)進行工況判斷，實現(xiàn)噴油量控制和噴油定時控制。4.輸出驅(qū)動功能， 根據(jù)系統(tǒng)處理后所得的控制信息，進行信號輸出放大，驅(qū)動油量控制機構(gòu)和定時 控制機構(gòu)。5.具備系統(tǒng)自診斷功能，如果檢測到故障，則啟用后備功能。6.與監(jiān) 控系統(tǒng)進行實時通訊的功能。 ECU 的作用 判斷車輛是否是停止狀態(tài)，低速行駛狀態(tài)

38、，高速行駛狀態(tài)。ECU 通過車速傳 感器 VSS 傳來的輸入信號，按工作狀態(tài)的需求調(diào)節(jié)電磁閥電流的大小，改變反應 室油壓，產(chǎn)生良好的手感（路感） ，提高行駛的操縱性和穩(wěn)定性 ECU 的工作環(huán)境 車用 ECU 所處的環(huán)境十分惡劣復雜，除了濕度、溫度、振動、沖擊、灰塵、 泥砂、水、油污、波動電壓等環(huán)境因素外，電磁環(huán)境更是個不可忽視的問題。為 了能使 ECU 適應汽車內(nèi)惡劣電磁環(huán)境，在設(shè)計汽車電子產(chǎn)品時考慮 ECU 所處的環(huán) 境以及對 ECU 進行檢測和評估就顯得十分重要。 4.1.24.1.2 分流閥分流閥 分流閥作用將油泵送來的油液分配到轉(zhuǎn)閥，電磁閥和反應室中。 1.不轉(zhuǎn)向時油泵和轉(zhuǎn)閥中的油壓小

39、，整個系統(tǒng)為低壓油常流循環(huán)狀態(tài)。 2.轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)閥油壓升高，電磁閥和反應室油壓也隨之升高，此時，電磁閥 和反應室中油壓的高低，由 ECU 控制電磁閥來調(diào)節(jié)。 4.1.34.1.3 電磁閥電磁閥 電磁閥的作用電腦 ECU 根據(jù)車速信號 VSS，來使電磁閥開啟，用 01A 的電 流值，調(diào)節(jié)反應室內(nèi)的油壓，產(chǎn)生不同的“手感” 。 1.不轉(zhuǎn)時,電磁閥不通電，系統(tǒng)維持一定低壓。 2.原地轉(zhuǎn)向或低車速轉(zhuǎn)向時，ECU 輸出大電流給電磁閥，磁吸力吸動空心柱 塞下移，使閥口開大，油液大量泄流回油罐，使油壓降低，使司機產(chǎn)生“輕手感” 。 3.中高速轉(zhuǎn)向時，電磁閥電流減小,閥口也逐漸減小至閉合，油液泄流回油 罐的量減

40、小，使轉(zhuǎn)閥流入分流閥的油壓升高，司機產(chǎn)生“重手感” ，不存在“發(fā) 飄”感覺。 反應室的作用-將液壓反應力傳給方向盤，產(chǎn)生輕，重不同的手感，提醒司 機注意。 4.24.2 控制單元的功用控制單元的功用 轉(zhuǎn)向控制單元 轉(zhuǎn)向控制單元具有接收和處理各個傳感器信號、輸出執(zhí)行信號 以及監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)等多種功能。 轉(zhuǎn)向控制單元接收來自發(fā)動機控制單元的車速信號或發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，以及 來自轉(zhuǎn)向角速度傳感器的角速度信號，并計算出理想的控制電流輸出給電動機，以 控制助力力矩的大小和方向。 當系統(tǒng)存在故障時，轉(zhuǎn)向控制單元會存儲故障碼并點亮儀表板上的 EHPAS 警 告燈或 EPAS 警告燈。當監(jiān)測到系統(tǒng)內(nèi)電動機等部

41、件出現(xiàn)嚴重故障時，轉(zhuǎn)向控制單 元會切斷助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此時機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然正常。 為了保護電動機等部件，轉(zhuǎn)向控制單元在適當?shù)臅r候會起動臨界狀態(tài)控制程 序。例如當轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)動至極限位置時，由于此時助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機不能轉(zhuǎn)動， 所以通過電動機的電流就會達到最大值，為了避免持續(xù)大電流導致電動機和控制單 元損壞，所以當較大電流連續(xù)通過 30 s 后，轉(zhuǎn)向控制單元就會控制電流逐漸減小。 當這種狀態(tài)消失后，轉(zhuǎn)向控制單元就會根據(jù)需要控制電流逐漸增大，直到達到正常 工作電流值。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有調(diào)校靈活的特點，通過修改轉(zhuǎn)向控制單元 內(nèi)存儲的軟件，可以很容易地按照行駛需要設(shè)定或修改轉(zhuǎn)向助力的特性，因此在低

42、速和高速行駛時都能有良好的助力效果。 由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以使用故障診斷儀輔助故障 的檢修。 4.34.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析 液壓助力系統(tǒng)的故障是：漏油。漏油點是：四個油封和閥體上的四個密封圈， 要求方向機打到底的時間不超過 15s。 電控系統(tǒng)的常見故障有 2 個：一，怠速時原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時手感沉重； 二，中，高速行駛轉(zhuǎn)向時手感發(fā)飄。 故障的集中點是：動力轉(zhuǎn)向 ECU，電磁閥，車速傳感器 VSS,分流閥等元件， 可通過檢取故障代碼和電測量并結(jié)合機理分析來排除。 5 5 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 控制原理為：

43、在轉(zhuǎn)向液壓泵 1 與轉(zhuǎn)向器 5 之間設(shè)有旁流通道，由旁通流量控制閥控制流量的 大小，間接控制流向動力轉(zhuǎn)向器的壓力油流量，也即控制轉(zhuǎn)向助力的大小。 電子控制單元接收扭距傳感器和車速傳感器輸入扭矩和車速等信號，通過分析 計算，控制分流電磁閥通電電流的大小，進而控制旁通閥的旁通流量，最終控制轉(zhuǎn) 向助力的大小。 其控制程序決定了操縱特性，當?shù)退俸驮剞D(zhuǎn)向時，電磁閥斷電，關(guān)閉旁通流 量控制閥，液壓助力最大，保證了低速時轉(zhuǎn)向輕便；中高速時，電子控制單元給電 磁閥通電，并根據(jù)車速大小控制通電電流大小。車速不是很高時，通電電流小，由 轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油比旁路流回的流量小，液壓助力效果降低的程度?。卉囁?高時，電磁閥通電電流大，電磁閥開啟程度大，由轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油比旁路 流回的流量大，液壓助力效果降低的程度大，駕駛員在轉(zhuǎn)向盤處獲得的路感就強， 避免了高速“發(fā)飄”現(xiàn)象的發(fā)生，但這時轉(zhuǎn)向操縱力也需適當加大。當控制系統(tǒng)