电子控制转向系统的结构与工作原理

电子控制转向系统的结构与工作原理摘要：为了使汽车在低速行驶时能轻松的操作方向盘，使方向改变，提高使用性能。现在汽车都装有电子控制转向系统。因此，对其电子控制转向系统的结构以及工作原理变得至关重要。文章对其结构和工作原理作了论述。关键词：结构,工作原理。前言：随着人们的生活水平提高和汽车工业的不断发展，人们对汽车的操作稳定和舒适性的要求越来越高。电子控制转向系统的诞生使得在驾驶时更加稳定和舒适，得到了广大群众的好评。随它在汽车上的广泛应用，也为汽车修理行业带来了无限商机。本文从结构和工作原理入手作了详细地介绍。正文：1.电子控制转向系统1.1概述1.2电子控制转向系统的结构与工作原理1.1概述汽车转向系同可按转向的能源不同分为机械转向系统和动力转向系统两类。机械转向系统是依靠驾驶员操作转向盘的转向力来实现车轮转向；动力转向系统则是在驾驶员元的控制下，借助于汽车发动机产生的液体压力或电机驱动力来实现车转向。所以动力转向系统也称为转向动力放大器装置。但是，具有固定放大倍率的动力转向系统的缺点是：如果所设计的固定放大倍率的动力转向系统是为了减小汽车在停车或低速行驶时状态下转动转向盘的力，则当汽车在高速行驶时，这一固定放大倍率的动力转向系统会使转动转向盘的力显得太小，不利于对高速行驶的汽车进行方向控制；反之，如果所设计的固定方的倍率的动力转向系统是为了增加汽车在高速行驶时的转向力，则当汽车停驶或低速行驶时,转动方向盘就会显得非常吃力。电子控制技术在汽车动力转向系统的应用，使汽车驾驶性能达到令人满意的程度。电子控制动力转向系统在低速行驶时刻是转向轻便，灵活；当汽车在高速区域行驶时，又能保证提供最优的放大倍率和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的稳定性。液压动力转向系统，存在制造工艺复杂，易漏油，对密封要求严格，维修保养困难等缺点。同时随着人们对轿车的经济性，环保，主动安全新的日益重视，以及低排放汽车（LEV)，混合动力汽车（HEV），燃料电池汽车（FCEV）电动汽车（EV）四大“EV”的长足发展，电子控制技术在汽车上得到广泛应用。转向系统中愈来愈多的采用电子器件和电控技术，相应的就出现了电业助力转向系统（EPS,EPAS)，电子转向系统（SBW)扥先进的电子控制转向系统。1.2电子控制转向系统的结构与工作原理1.2.1电液动力转向系统电液助力转向可以分为两大类：电动液压助力转向系统EHPS(Electro-HydraulicPowdrSteering)，电控液压助力转向ECHP(ElectronicallyControlledHydraulicPowerSteering)。EHPS是在液压助力系统基础上发展起来的，其特点是原来有发动机带动的液压助力泵改有电动机驱动，取代了又发动机驱动的方式，节省了燃油消耗，ECHPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增加了电控装置构成的。电液助力转向系统的助力特性，是驾驶员能够更轻松更捷的操作汽车。助力特性是指助力随汽车运动状况和受力状况（车速和转向盘手力）变化而变化的规律。对液压动力转向，助力与液压油压力成正比，故一般用液压力与转向盘力矩（及车速）的变化关系曲线来表示助力特性。对于电动助力转向，助力与直流电动机电流成正比例，故可采用电动机电流与转向盘力矩，车速的变化关系曲线来表示助力特性。理想的助力特性应能充分协调好转向轻便性与路感的关系，并提供给驾驶员与手动转向尽可能一致的，可空的转向特性。在满足转向轻便性的条件下，如果路感强度在整个助力特性区域内不变，则驾驶员就能容易地判定汽车行驶状态的变化，预测出所需要的转向操作力矩的大小。直线型助力特性难以协调好转向轻便性，与路感的关系。折线性助理特性是缓和这一矛盾的理想方法。理想助理特性是一种折线型助力特性，该特性曲线可以为直线行驶去，强路感区和轻便转向区。直线行驶区对应无转向或转向角非常小地中心区域，此时要求助力大；强路感区介于二者之间。对应于这种助力特性的路干强度变化是阶跃式的。在液动力转向系统中增加电子控制和执行组件，将车速（也有采用车速和转向盘转速）引入到系统中，实现车速感应型助理特性液压动力转向。这类系统成为电控液压助力转向系统。现代电控液压助力转向系统主要通过车速传感器将车速信号传递给电子控制单元（ECU)，控制电液转换装置改变动力转向助力特性，使驾驶员的转向手力根据车速和行驶条件变化而改变，在低速行驶时或转急弯时能以很小的转向手里进行操作，在高速行驶时能以稍重的转向手力进行稳定操作，使操纵轻便性和稳定性达到最合适的平衡状态。EHPS相比传统HPS降低了能源损耗。但电液动力转向系统，不论ECHPS还是EHPS都与传统的HPS一样存在液压油泄漏问题。电控液压动力转系统的种类很多，但其原理基本上都是通过在油泵或转向器上加装电子执行机构或辅助装置，根据车速（也有采用车速和转向盘转速）控制液压系统的流量或压力。根据控制方式的不同，电子控制液压式助力转向系（ECHPS)又可分为流量控制式，反力控制式阀灵敏感控制式三种形式。（一）流量控制(ECHPS)凌志牌轿车采用流量控制式助力转向系统。该系统主要有车速传感器，电磁阀，整体式助力转向控制阀，助力转向油泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁路。流量控制式助力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的旁路液压流量，来改变转向盘上的转向力。车速越高，液压助力作用越小，使转向盘的力也随之增加。这就是流量控制式助力转向系统的工作原理。（二）反力控制式（ECHPS)发力控制式助力转向系统主要由转向控制阀，分流阀，电磁阀，转向动力缸，转向油泵，储油箱，车速传感器及电子控制单元等组成。转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室而构成。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮轴的上端部通过销子与控制阀阀体相连。转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和杆之间油道的通，断关系和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。（三）发灵敏度控制（ECHPS)阀灵敏感控制式EPS是根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向控制阀的油压增益（阀灵敏度）来控制油压的方法。这种转向系统简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，可以获得自然的转向手感和良好的转向特性。电控液压助力转向有如下优点：（1）电控液压动力转向是在原液式动力转向系统上发展起来的，原来的系统都可利用，不需要更改布置。（2）低速时转向效果不变，高速时可以自动根据系统上发展起来的，增大路感，提高车辆行驶稳定性。（3）采用电动机驱动油泵可以节省能源。（4）具有失效保护系统，电子组件失灵后乃可依靠原液压动力转向系统安全工作。电控助力转向系统的缺点：如存在渗油问题；零件增加，管路复杂，不便于安装维修及检测等。二、电动助力转向系统电动助力转向系统EPS、EPAS是ElectonicControlPowersteering和ElectricPoweerAssistSteering的简称。液压式动力转向系统由于工作压力和工作灵敏度较高，外廓尺寸较小，因而获得了广泛的应用。在采用气制动或空气悬架的大型车辆上，也有采用气压动力转向的。但这类动力转向系统的共同缺点是结构复杂、消耗功率大，龙易产生泄漏，转向力不宜有效控制等。近年来随着电控技术在汽车上的广泛应用，出现了电子控制助力转向系统，建成电动式EPS或EPAS.(一）电动式EPS的组成、工作原理与特点1、EPS的组成和工作原理EPS是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的助力转向系统。不同类型的EPS的基本原理是相同的：转矩传感器与转向轴（小齿轮轴）连接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器在工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转角位移变成电信号传给ECU,ECU根据车速传感器的决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而实时控制助力转向。英雌它可以很容易的实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果，保证汽车在低速转向式更轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠。因此EPAS助理特性的设置具有较高的自由度。电动式EPS通常有扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元（ECU)、电动机和电磁离合器等组成。电动式EPS是利用电动机作为助力原，根基车速和转向参数等，由电子控制单元弯沉主力控制，其工作原理如下：当操纵方向盘时，装在方向盘上的转矩传感器不断的测出转向轴上的扭矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些信号，确定助力扭矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转向，调整浮转向辅助动力的机构减速增扭后，加在汽车上的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相应的转向作用力。由于EPS该有电动机提供动力，主力大小有电控单元ECU实时调节与控制，可以较好解决汽车操纵时轻便于灵敏的矛盾。电动助力转向最早用在微型车上，目前电动助力转向系统主要应用在轿车上，并逐渐从微型车向大型轿车和商务用车发展。其优点有：（1）EPS能在各种行驶工况下提供最佳转向助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的游动，改善汽车的转向特性捡起汽车低速行驶时的转向操作力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的动力安全性。并且可通过设置不同的转向操纵力特性来满足不同适用对象的需要，可以比较容易的按照汽车性能的需要，可以比较容易的按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性。（2）EPS只在转向时电动机才提供助力（不像HPS，即使在不转向时，油泵也一直运转），因而能减少燃料消耗。（3）由于直接有电动机提供助力，电动机由蓄电池提供，因此EPS能否助力与发动机是否启动无关，即使在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。（4）EPS取消了油泵、皮带、皮带轮液压软管、液压油及密封等件，其零件比HPS大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也跟容易，并且能减少噪音。可以将电动机、离合器、减速装置、转向杆等部件装配成一整体，这既无管道也无控制阀，使其结构晶簇、质量减轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25%左右。（5）EPS没有液压回路，比HPS更以调整和检测，装配自动化提高，并且可以通过设置不同的程序，改善了环保性。（6）EPS不存在渗油问题，消除了液压助力中液压油泄漏问题,可大降低保修成本,减小对环境的污染,改善了环保。（7）EPS比HPS具有更好的低温工作性能。电动助力转向目前已成为世界汽车技术发展的研究热点之一。（8）EPS比HPS具有更好的低温工作性能。Delphi为Punto车开发的EPS属全速范围助力型，并且首次设置了两个开关，其中一个用于郊区，另一个用于市区和停车。当车速大于70km/h后，这两种开关设置的程序则是一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感。这样即使汽车行驶到高速高路时，驾驶员忘记切换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门相关，使得在踩油门加速或松油门减速时，转向更平滑。2、EPS的分类根据电动机布置位置的不同，EPS可分为：转向轴助力式、齿轮助力式和齿条助力式三种。（1）转向助力式EPS的电动机固定在转向轴一侧，通过检测机构与转向轴相连，直接驱动转向轴助力转向。（2）齿条助力式EPS的电动机和减速机构与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。（3）齿条助力式EPS的电动机和减速机构则直接驱动齿条提供助力。（二）电动式EPS主要部件的结构及工作原理EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元等组成。1、扭矩传感器扭矩传感器的作用是将驾驶员打转向盘时作用于输入轴的转矩转动的大小和方向变为相应的控制电信号输入到EPS控制器，是EPS控制系统的主控制信号。扭矩传感器有无触点式、滑动可变电阴式和可调电感式。（1）无触点式扭矩传感器。（2）滑动可变电阻式扭矩传感器。它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化，并经滑环传递出来作为扭矩信号。（3）可调电感式扭矩传感器。可调电感式扭矩传感器其结构如图