汽車電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)特征分析

任小龍 龍建 劉敏杰

摘 要：文章介紹了目前常見(jiàn)車型常見(jiàn)的電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，將電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)特征進(jìn)行了分析，希望能對(duì)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障檢測(cè)與維修人員提供一定的幫助和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：電子轉(zhuǎn)向；特征；分析

中圖分類號(hào)：U461.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-110-03

Abstract： This paper introduces the structure and working principle of the common electronic steering system of common models at present， analyzes the technical features of the electronic steering system， and hopes to provide some help and technical support for the fault detection and maintenance personnel of the electronic steering system.

Keywords： Electronic steering； characteristics； analysis

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-110-03

1 概述

所謂電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，指的是在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)提供；而液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)指的是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向動(dòng)力源由液壓泵產(chǎn)生的油液壓力提供。電子助力轉(zhuǎn)向由電動(dòng)機(jī)提供，消耗的是電能，而車上的電能是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電所得到的。這種能量的轉(zhuǎn)換效率較高，而且能量損失較小，對(duì)于車輛行駛的效率損失也小。這套系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)這套系統(tǒng)也是有其缺點(diǎn)，主要原因在汽車上的發(fā)電機(jī)實(shí)際的發(fā)電功率是有限的，所以能夠提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力能力也就有了限制。不過(guò)這種助力的能量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)直接提供，助力的響應(yīng)性很敏銳，速度也非常快，在駕駛員操作方向盤(pán)時(shí)就會(huì)感覺(jué)到操作很輕松。在電腦的控制下，可以容易的改變助力系統(tǒng)的壓力。在車輛行駛速度比較低的時(shí)候，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力壓力增大，駕駛員操作方向盤(pán)感覺(jué)非要輕盈；在車輛行駛速度比較高的時(shí)候，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力壓力減小，駕駛員操作方向盤(pán)感覺(jué)比較沉重；這種情況可以給車輛的行駛帶來(lái)比較安全保障。這些實(shí)現(xiàn)起來(lái)很輕松，需要通過(guò)集成電路板直接控制。這套電控液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不再依靠發(fā)動(dòng)機(jī)依靠皮帶帶動(dòng)，它由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并且在之前的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉(zhuǎn)向的輔助力與轉(zhuǎn)向角度、車速等參數(shù)，該系統(tǒng)新增加的電控系統(tǒng)主要有電磁閥、車速傳感器、轉(zhuǎn)向控制電腦等設(shè)備。

2 電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電子控制技術(shù)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的應(yīng)用，使汽車駕駛可以達(dá)到令人滿意的效果。電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低速行駛的時(shí)候可以使轉(zhuǎn)向輕便、靈活；當(dāng)汽車在高速行駛的時(shí)候轉(zhuǎn)向，又能保證提供最優(yōu)的動(dòng)力放大倍率和轉(zhuǎn)向手感，從而提高了高速的行駛穩(wěn)定性。目前汽車上使用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大多數(shù)都是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其組成由助力轉(zhuǎn)向控制單元、儲(chǔ)液罐、電動(dòng)泵、轉(zhuǎn)向機(jī)、助力轉(zhuǎn)向傳感器等構(gòu)成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要元件。

為了滿足轎車對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）良好的隨動(dòng)性：即方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向輪之間具有準(zhǔn)確的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)能保轉(zhuǎn)向輪可維持在任意轉(zhuǎn)向角位置。

（2）有高度的轉(zhuǎn)向靈敏度：即轉(zhuǎn)向輪對(duì)方向盤(pán)應(yīng)具有靈敏的響應(yīng)。

（3）良好的穩(wěn)定性：即具有很好的直線行使穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向自動(dòng)回正能力。

（4）助力效果能隨車速變化和轉(zhuǎn)向阻力的變化做相應(yīng)的調(diào)整。低速時(shí)，有較大的助力效果，以克服路面的轉(zhuǎn)向阻力，高速時(shí)，有適當(dāng)?shù)穆犯校员苊庖蜣D(zhuǎn)向過(guò)輕發(fā)生事故。

2.2 轉(zhuǎn)向助力油泵

目前轎車上面的動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后由曲軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向泵皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，液壓系統(tǒng)的液壓油被轉(zhuǎn)向泵從儲(chǔ)液罐中抽出來(lái)，其安裝在通向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的油道之間，當(dāng)閥針完全開(kāi)啟時(shí)，兩油道就被電磁閥旁路，使動(dòng)力缸活塞兩側(cè)壓力差減小，助力減小；相反則助力增大。流量控制式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號(hào)，控制電磁閥閥針的開(kāi)啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，改變方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力。車速越高，流過(guò)電磁閥電磁線圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開(kāi)啟程度越大，旁路液壓油流量越大，液壓助力作用越小，使轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力也隨之增加；相反，則車速較低時(shí)，助力作用加大，使轉(zhuǎn)向輕便。轉(zhuǎn)向液壓泵的工作原理如圖2所示：

2.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)

液壓系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)屬于齒輪齒條式，其安裝在位于發(fā)動(dòng)機(jī)后部的副車架后橫梁之下的位置。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是根據(jù)車速傳感器的信號(hào)，控制電磁閥閥針的開(kāi)啟程度，從而控制轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸活塞兩側(cè)油室的旁路液壓油流量，來(lái)改變方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力。車速越高，流過(guò)電磁閥電磁線圈的平均電流值越大，電磁閥閥針的開(kāi)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(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的力加大，增加路感。同時(shí)根據(jù)運(yùn)行道路條件，設(shè)計(jì)了不同的控制模式。可根據(jù)20s內(nèi)的平均車速和平均方向盤(pán)轉(zhuǎn)角判定車輛當(dāng)前運(yùn)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。

2.4 電子控制器ECU

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電子控制單元，采用模擬電路控制，由模擬電路構(gòu)成的動(dòng)力轉(zhuǎn)向ECU，主要由頻率電壓（頻壓）轉(zhuǎn)換器、電壓放大器、比較器、振蕩器等組成。其輸人信號(hào)為車速傳感器提供的車速信號(hào)，執(zhí)行器為比例電磁鐵機(jī)構(gòu)；ECU擔(dān)負(fù)起控制通人比例電磁鐵機(jī)構(gòu)電流的任務(wù)。車速提高時(shí)，為了增大轉(zhuǎn)向的操縱力，需要加大流人比例電磁鐵機(jī)構(gòu)的電流；而當(dāng)車速超過(guò)120km/h時(shí)。為了防止電流過(guò)太而造成過(guò)載，ECU則控制比例電磁鐵機(jī)構(gòu)保持著恒定的電流值。

2.5 轉(zhuǎn)向控制閥

轉(zhuǎn)向機(jī)的轉(zhuǎn)向控制閥控制轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部閥口的變化，根據(jù)系統(tǒng)輸入壓力的變化改變液壓系統(tǒng)的助力，方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)向橫拉桿推或拉車輪完成轉(zhuǎn)向操作，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

電磁閥的開(kāi)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(guò)電磁線圈的電流是模擬信號(hào)，通常改變其通電時(shí)間所占的比例即可控制此電流值的大小。而電磁閥的開(kāi)度又可以控制PPS齒輪箱中油壓反力室的油壓。

當(dāng)車速較高時(shí)，流人電磁線圈的電流減小，電磁閥的節(jié)流面積（即開(kāi)度）變小，返回儲(chǔ)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(zhuǎn)向“沉重”；當(dāng)車速較低時(shí)，流入電磁線圈的電流增大，電磁閥的節(jié)流面積（開(kāi)度）變大，流回儲(chǔ)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(zhuǎn)向“輕便”。

當(dāng)車輛停止時(shí)，電磁閥完全關(guān)閉，如果此時(shí)向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，則高靈敏度低速專用小孔在較小的轉(zhuǎn)向扭矩作用下即可關(guān)閉，轉(zhuǎn)向液壓泵高壓油液經(jīng)流向轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室，其左腔室的匯液經(jīng)流回儲(chǔ)油箱。所以，此時(shí)具有輕便的轉(zhuǎn)向特性。而且施加在方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力矩越大，可變小孔的開(kāi)口面積越大節(jié)流作厙就越小，轉(zhuǎn)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(kāi)度也線性增加，如果向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，則轉(zhuǎn)向液壓泵的高壓油液經(jīng)旁通電磁閥流回儲(chǔ)油箱。此時(shí)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸右腔室的轉(zhuǎn)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(kāi)度。車速越高，在ECU的控制下，電磁閥的開(kāi)度越大，旁路流量越大，轉(zhuǎn)向助力作用越小，在車速不變的情況下，施加在方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力越小，高速專用小孔的開(kāi)度越大，轉(zhuǎn)向助力作用也越小；當(dāng)施加在方向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力增大時(shí)，高速專用小孔的開(kāi)度減小，轉(zhuǎn)向助力作用也隨之增大。由此可見(jiàn)，閥靈敏度控制式EPS可使駕駛員獲得非常自然的轉(zhuǎn)向手感和良好的速度轉(zhuǎn)向特性。

2.6 壓力傳感器

這個(gè)傳感器稱為“壓力”傳感器，安裝位置是轉(zhuǎn)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵系統(tǒng)高壓側(cè)的出口（如圖6），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)向泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就開(kāi)始產(chǎn)生的負(fù)荷信號(hào)，當(dāng)車輛靜止不動(dòng)，節(jié)氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)就是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的怠速校準(zhǔn)信號(hào)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的負(fù)荷信號(hào)通過(guò)線束傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，壓力傳感器可以根據(jù)負(fù)荷產(chǎn)生占空比信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元接收到此信號(hào)以調(diào)整怠速時(shí)的控制輸出。在車輛行駛或者停車時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)至方向一側(cè)的極限位置時(shí)，由于轉(zhuǎn)向極限的原因助力系統(tǒng)會(huì)需要比較大的負(fù)荷才可以維持轉(zhuǎn)向，這種情況相比直線行駛，給發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的附荷會(huì)加大。因此為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止因負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致停機(jī)或低速空轉(zhuǎn)的情況，系統(tǒng)內(nèi)的傳感器檢測(cè)到壓力的變化后發(fā)出信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元處，收到傳感器傳來(lái)的信號(hào)后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)情況的負(fù)荷適當(dāng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)“滅車”的現(xiàn)象。壓力傳感器的位置如圖6所示。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹汽車電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，希望可以以此幫助相關(guān)技術(shù)人員對(duì)該系統(tǒng)有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)于電子液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷中提供一定的幫助和技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪立亮，顧志良.奇瑞轎車結(jié)構(gòu)與使用維修.金盾出版社.2003.

[2] 譚本忠.奇瑞車系電路分析與維修案例集錦.機(jī)械工業(yè)出版社. 2008.

[3] 楊慶傳.汽車故障診斷與檢測(cè)技術(shù).人民交通出版社.1999.