反力控制式液壓EPS系統(tǒng)原理分析

劉成　胡慧

摘要：液壓式動力轉(zhuǎn)向系由于其工作壓力和靈敏度較高，外廓尺寸較小，所以得到了廣泛的運用。但其結(jié)構(gòu)相對復雜，消耗較大的功率，而且易泄漏，轉(zhuǎn)向力大小也得不到最佳控制。而電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能彌補傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不足。介紹了一種典型的反力控制式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并詳細分析了其工作原理。

關(guān)鍵詞：動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；EPS；反力控制；原理分析

中圖分類號：U463.44

文獻標識碼：A doi：10.34031/j.cnki.njwx.2036.05.006

0.引言

轉(zhuǎn)向系屬于汽車主動安全范疇，轉(zhuǎn)向時駕駛員利用一套專設的機構(gòu)，使車輪相對于汽車縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依據(jù)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向能源的不同可分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩類。其中動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設一套轉(zhuǎn)向加力裝置而形成的，它是借助于汽車發(fā)動機驅(qū)動的液體壓力或電動機驅(qū)動力來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即EPS（Electronic ControlPower Steering），根據(jù)產(chǎn)生助力作用的動力源的不同，基本上包括了兩種類型：液壓式EPS、電動式EPS。液壓式EPS有流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種類型，見上表。

電動式EPS因為省去了液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為簡單緊湊；另外，因為電動機直接控制，響應性更好，所以在小型車特別是轎車上得到了廣泛的應用。液壓式EPS因為能提供較大的動力，所以除了在小型車上應用外，大型車上也多采用。本文以反力控制式的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，介紹其結(jié)構(gòu)，并分析其工作原理。

2.反力控制液壓式EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理分析

反力控制式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可按照車速的高低，來控制反力室中的油壓，進而控制施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力的大小。例如日本豐田、凌志LS400轎車即采用此種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同，它的液壓系統(tǒng)中加設了液壓反應裝置、流量分配閥，同時增加了一套由車速傳感器、動力轉(zhuǎn)向ECU和電磁閥構(gòu)成的電控系統(tǒng)。

2.1反力控制液壓式EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，為其工作原理示意圖。該系統(tǒng)主要由以下部件組成：轉(zhuǎn)向控制閥、分流閥、電磁閥、動力缸、油泵、車速傳感器及ECU等。

轉(zhuǎn)向控制閥不同于傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向控制閥，其中加設了一個油壓反力室，如圖2所示。轉(zhuǎn)閥的連

圖1反力控制式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖接關(guān)系如下，中部扭桿的上端連接閥芯（利用銷連接），而下端連接齒輪齒條轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)向齒輪軸（亦通過銷連接）。控制閥閥體下部利用銷與轉(zhuǎn)向齒輪軸連接。當駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，便施加力在轉(zhuǎn)向盤上，此力經(jīng)扭桿進而作用在小齒輪軸上。隨著駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的力的增加，扭桿便產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，即閥體和閥芯二者出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，那么閥體與閥芯之間油道便被接通或斷開，液流方向也發(fā)生了變化，產(chǎn)生助力。分流閥，顧名思義起到分流作用，它可將油泵加壓產(chǎn)生的油壓一部分分配到轉(zhuǎn)向控制閥，另一部分分配至電磁閥一側(cè)，分流閥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2反力控制液壓式EPS系統(tǒng)工作原理

當汽車車速發(fā)生變化時，ECU便會改變電磁閥的導通面積大小。

（1）當車速較低或者為零時，車速傳感器將信號輸送給ECU，ECU提供給電磁閥中線圈大電流，從而加大電磁閥導通面積大小。通過分流閥分流的部分油液，經(jīng)電磁閥重新流回油箱，此時流經(jīng)反力室中的壓力下降，反力室中的柱塞所受背壓亦減少。而反力室中的柱塞可以在油壓的作用下推動轉(zhuǎn)向控制閥的閥芯，此種情況下閥芯所受的力相對小，所以此時要想使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，駕駛員僅需在轉(zhuǎn)向盤上施加一個很小的力即可使閥體同閥芯相對轉(zhuǎn)動，汽車便產(chǎn)生助力，轉(zhuǎn)向較輕便。

（2）當中高速直線行駛時，駕駛員轉(zhuǎn)向角非常小，隨著汽車車速的增大，ECU會減小流經(jīng)電磁閥中線圈的電流，從而減小電磁閥導通面積的大小。油箱中的液壓油經(jīng)油泵加壓進入分流閥，由于此時電磁閥開度較小，那么返回油箱的液壓油便少，相反流經(jīng)反力室中的壓力便會增大，導致反力室中的柱塞承受較大的油壓。此種情況下控制閥中的閥芯下端所受的柱塞的壓力比較大，所以此時要想使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，駕駛員必須施加較大的力方可使閥體同閥芯相對轉(zhuǎn)動，也就等于加大了扭桿的扭轉(zhuǎn)剛度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力作用，這樣增加了駕駛員的操縱力，保持了較好的轉(zhuǎn)向手感。

（3）當汽車處于中高速行駛轉(zhuǎn)向時，扭桿的相對扭力就更小了，回轉(zhuǎn)閥與控制閥的連通通道的開度相應也變得更小，使得回轉(zhuǎn)閥一側(cè)的油壓進一步升高。隨著油壓的升高，壓力油將從阻尼孔一側(cè)向油壓反力室中供油，而這時可以看到油壓反力室中不僅有經(jīng)分流閥提供的壓力油外，還有由阻尼孔流出的壓力油，此時油壓反力室中的油壓很高，從而導致反力室中的四個柱塞承受很大的油壓，在油壓的作用下，四個柱塞將夾緊控制閥的下端，轉(zhuǎn)向盤操縱力隨著轉(zhuǎn)向角的增大而增大。

3.小結(jié)

反力控制式EPS系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上加設了液壓反應裝置、流量分配閥和電控系統(tǒng)。綜合上述分析可知，反力式液壓EPS系統(tǒng)是通過改變油壓反力室中的油壓的大小從而改變了柱塞作用于閥芯下部的力，進而改變了轉(zhuǎn)向力的大小。它可以根據(jù)車速的高低和行駛條件的變化，提供合適的轉(zhuǎn)向阻力。提高汽車行駛的安全性和操縱穩(wěn)定性。