汽车助力转向系统

汽车助力转向系统 姓名 张凯时间 2013 05 17 汽车助力转向系统 汽车转向系统概述汽车助力转向系统的定义与分类汽车助力转向系统的工作原理汽车助力转向系统的优缺点汽车助力转向系统发展方向及展望 1 汽车转向系统概述 1 1汽车转向系统的定义汽车转向系统是指用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统 steeringsystem 1 2汽车转向系统的功用汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向 1 3对转向系统的性能要求主要概括为转向灵敏度和操纵轻便性 高的转向灵敏度 要求转向器具有小的传动比 以小的转向盘转角迅速转向 好的操纵轻便性 则要求转向器具有大的传动比 这样才能以较小的转向盘操纵力获得大的转向力矩 1 4在实际应用中能转向系统的要求实际应用中 一般要求 当转向轮达到最大设计转角时 转向盘总转数不宜超过5圈 而转向盘操纵力最大不超过250N 1 5传统转向系统的缺点汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重转向传动比固定 使汽车转向响应特性随车速 侧向加速度等变化而变化 驾驶员必须提前针对汽车转向特性幅值和相位的变化进行一定的操作补偿 从而控制汽车按其意愿行驶 这就变相地增加了驾驶员的操纵负担 使汽车转向行驶存在很大的不安全隐患 2 汽车助力转向系统的定义与分类 2 1汽车助力转向系统的定义汽车助力转向系统是协助驾驶员作汽车方向调整 为驾驶员减轻打方向盘的用力强度 当然 助力转向在汽车行驶的安全性 经济性上也一定的作用 2 2汽车助力转向系统的分类汽车助力转向系统按照提供动力的形式大致可以分为3类 液压助力转向系统 HydraulicPoweredSteering HPS 电动液压转向系统 ElectricallyHydraulicPoweredSteering EHPS 电动助力转向系统 ElectricPowerSteering EPS 将来的趋势是电线转向 SteeringByWire SBW 即采用线控技术 在方向盘和转向轮之问没有机械连接 3 汽车助力转向系统的工作原理 3 1液压助力转向系统的构成压助力转向系统主要由机械部分和液压助力装置两部分组成 机械部分由转向传动副 转向摇臂 纵拉杆总成 横拉杆总成 转向节臂 转向主销 转向节主销套 转向节压力轴承及转向节等组成 液压助力装置部分由液压助力器 贮油箱 转向油泵及管路等组成 3 1 2液压助力系统的分类液压助力转向按液流形式分为常流式和常压式两种 按分配阀的形式又可分为滑阀式和转阀两种 3 1 3液压常流式转向系统的工作原理 图3 1液压常流式转向系统的工作原理图1油箱2溢流阀3齿轮油泵4进油道量孔5单向阀6安全阀7滑阀8反作用阀9阀体10回位弹簧11转向螺杆12转向螺母13纵拉杆14转向垂臂15助力缸 3 1 4汽车直线行驶时如图3 1所示 滑阀7在回位弹簧10和反作用阀8的作用下处于中间位置 动力缸15两端均与回油孔道连通 油泵输出的油液通过进油道量孔4进入阀体9的环槽A 然后分成两路 一路通过环槽B和D 另一路流过环槽C和E 由于滑阀7在中间位置 两路油液经回油孔道流回油箱 整个系统内油路相通 油压处于低压状态 3 1 5汽车向右转弯时 图3 2汽车向右转弯时滑阀的运动情况 汽车向右转弯时 转向螺杆11 左旋螺纹 顺时针方向转动 与转向轴制成一体的滑阀7和转向螺杆克服回位弹簧10及反作用阀8一侧的油压的作用力而向右移动 此时如图3 2所示 环槽A与C B与D分别连通 而环槽C与E使进油道与助力缸15的L腔相通 形成高压回路 B与D使回油道与R腔相通 形成低压回路 在油压差的作用下 活塞向右移动 而转向螺母12向左移动 纵拉杆13也向右移动 带动转向轮向右偏转 由于系统压力很高 一般为6 9Mpa以上 汽车转向主要依靠推力 驾驶作用于转向盘的转向力基本上是打开滑阀所需的力 一般为5 10N 最大不超过10N 因而转向操纵十分轻便 3 1 6汽车向左转弯时 图3 3汽车向右转弯时滑阀的运动情况 汽车左转弯时滑阀7左移 如图3 3所示 油路改变流通方向 助力缸15加力方向相反 在转向过程中 助力缸的油压随转向阻力而变化 二者相互平衡 汽车转向时 助力缸只提供动力 而转向过程仍由驾驶员通过转向盘进行控制 3 2电子液压助力系统3 2 1电子液压助力系统的特点与传统液压助力系统相比 这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动 而是由电动机来驱动 并且在之前的基础上加装了电控系统 使得转向辅助力的大小不光与转向角度有关 还与车速相关 机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀 新增的电控系统包括车速传感器 电磁阀 转向ECU等 3 2 2电子液压助力系统的工作原理 图3 4电子液压助力系统结构示意图 电子液压助力的原理与机械液压助力基本相同 不同的是油泵由电动机驱动 同时助力力度可变 电控单元获取车速传感器 发动机点火开关传感器 方向盘转角传感器及方向盘转速传感器的数据后通过控制转向控制阀的开启程度改变油液压力 从而实现转向助力力度的大小调节 3 3电动助力转向系统3 3 1电动助力转向的特点与电子液压助力转向相比 该系统由电动助力机直接提供转向助力 省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵 软管 液压油 传送带和装于发动机上的皮带轮 既节省能量 又保护了环境 另外 还具有调整简单 装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点 3 3 2电动助力转向系统的分类按照助力部位可分为三类 即转向轴助力式 齿轮助力式 齿条助力式 图3 5电动助力转向系统的分类 3 3 3电动助力转向系统的工作原理 图3 6电动助力系统结构示意图 驾驶员在操纵方向盘进行转向时 转矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小 将电压信号输送到电子控制单元 电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号 转动方向和车速信号等 向电动机控制器发出指令 使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩 从而产生辅助动力 汽车不转向时 电子控制单元不向电动机控制器发出指令 电动机不工作 4 汽车助力转向系统的优缺点 4 1三种助力转向性能比较 4 2三种助力转向系统的优缺点传统的液压助力转向系统的油泵与发动机直接联结 在汽车直线行驶油泵也一直处在工作状态 能量损耗很大电动液压助力系统由一个专门的电动机驱动油泵来建立液压油压力 以液压油作为传递动力的媒介 油泵与发动机分开 用电动机驱动油泵 由ECU控制电动机的起动和停止 一般仅在需要助力转向的时候启动电动机 这样减少了机械损失 也 减少了发动机燃油油耗 电液助力转向系统的能耗是传统液压转向系统能耗的85 相当于整车3 4 的油耗 电动助力转向系统不需要油泵 转向助力由电动机直接驱动 助力的大小和方向由ECU控制 只在需要助力的时候起动电动机助力 安装起来更加方便 由于没有液压系统 成本低 更环保和节能 5 汽车助力转向系统发展方向及展望 目前 EPS已广泛装备于轿车上并表现出明显的优越性 EPS系统会根据扭矩 车速 转向角度 转向速度 横向加速度等多种信号进行综合控制以取得更优控制性能 同时 EPS技术将有助于汽车朝着电子四轮转向的方向发展 此外 还将与电子悬架结合 将达到多方面综合 协调 统一控制的目的 随着EPS生产成本的降低 性能价格比的进一步提高 EPS的市场将继续拓宽 电动助力转向的特点在于 1 方向盘的转向特性 转向手感 转向灵敏度和汽车的稳定性可以通过软件来进行调节和优化 EHPS液压助力的增减有一定的滞后性 反应敏感性较差 随动性不足 2 EPS比EHPS的系统重量要轻 结构紧凑 减少了安装空间 当然都是配件厂已经组装好了组件 可以直接安装到车上 在装配线上 安装HPS系统约需36min 而安装EPS系统仅需5 6min 3 EPS和EHPS都是只有在需要时提供助力 不需要消耗机的功率 所以节省能耗 但由于都是由 蓄电池提供能量 因此对蓄电池的要求高了 4 EPS和EHPS是电线转向系统的前期产品 为以后的一体式汽车控制系统ECS提供方便 驾驶员可以选择方向盘手感 比