汽车液压动力转向系统

汽车液压动力转向系统

一、组成

1-转向盘；2-转向轴；3-转向控制阀；4-转向螺杆；5-齿条—活塞；6-扇齿；7-摇臂；8-转向主拉杆；9-转向节；10-转向横拉杆；11-转向梯形臂；12-转向油罐；13-转向油泵；R-右转向动力腔；L-左转向动力腔

条齿轮式转向系统和循环球式转向系统。随后，我们将介绍动力转向，并了解一些有趣的转向系统发展趋势，这些趋势大多源于人们对汽车省油功能的需求。不过，让我们先看一下让汽车转向所必须执行的操作。这并不像您想像的那么简单！

齿条齿轮式转向系统已迅速成为汽车、小型货车及SUV上普遍使用的转向系统类型。其工作机制非常简单。齿条齿轮式齿轮组被包在一个金属管中，齿条的各个齿端都突出在金属

管外，并用横拉杆连在一起。

小齿轮连在转向轴上。转动方向盘时，齿轮就会旋转，从而带动齿条运动。齿条各齿端的横拉杆连接在转向轴的转向臂上（请参见上图）。

齿条齿轮式齿轮组有两个作用：

将方向盘的旋转运动转换成车轮转动所需的线性运动。

提供齿轮减速功能，从而使车轮转向更加方便。

在大多数汽车中，一般要将方向盘旋转三到四周，才能让车轮从一个锁止位转到另一个锁止

位（从最左侧转到最右侧）。

转向传动比是指方向盘转向程度与车轮转向程度之比。例如，如果将方向盘旋转一周（360度）会导致车轮转向20度，则转向传动比就等于360除以20，即18:1。比率越高，就意味着要使车轮转向达到指定距离，方向盘所需要的旋转幅度就越大。但是，由于传动比较高，

旋转方向盘所需要的力便会降低。

一般而言，轻便车和运动型汽车的转向传动比要小于大型车和货车。比率越低，转向反应就越快，您只需小幅度旋转方向盘即可使车轮转向达到指定距离。这正是运动型汽车梦寐以求的特性。由于这些小型汽车很轻，因此比率较低，转动方向盘也不会太费力。

有些汽车使用可变传动比转向系统，在此系统中，齿条齿轮式齿轮组的中心与外侧具有不同的齿距（每厘米的齿数）。这不仅能提高汽车转向时的响应速度（齿条靠近中心位置），

还能减少车轮在接近转向极限时的作用力。

当在动力转向系统中应用齿条齿轮时，齿条的设计会略有不同。

部分齿条包含一个中心有活塞的圆筒。活塞连接在齿条上。圆筒上有两个油孔，分别位于活塞的两侧。当向活塞的一侧注入高压液体时，将迫使活塞向另一侧运动，进而带动齿条

运动，这样便提供了辅助动力。

我们将在随后介绍提供高压液体的组件，它同时也能决定向齿条的哪一侧供应这些高压液体。

首先，让我们来了解另一种转向系统。

目前，众多货车和SUV上都在使用循环球式转向系统。其转动车轮的拉杆与齿条齿轮式转

向系统稍有不同。

循环球式转向器有一个埚杆。您可以将此转向器想像为两部分。第一部分是带有螺纹孔的金属块。此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合（参见上图）。方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。转动方向盘时，它便会转动螺栓。由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。

螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。滚珠轴承有两个作用：第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。而如果转向器中没有滚珠，轮

齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。

循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。其辅助动力也是通过向金属

块一侧注入高压液体来提供的。

现在让我们看一下构成动力转向系统的其他组件。

在动力转向系统中，除齿条齿轮机制或循环球机制外，还有几个重要组件。

用于转向的液压动力由回转式滑片泵提供（参见上图）。此泵由汽车发动机通过传送带和皮带轮进行驱动。它包含一组在椭圆形泵室内旋转的伸缩式叶片。

当叶片旋转时，这些叶片会从压力较低的回流管吸入液压油，并迫使其流向压力较高的出口。泵所提供的流量取决于汽车发动机的速度。泵的设计必须能在发动机怠速时提供足够的流量。因此，当发动机加速运转时，该泵提供的液体会远远超过实际的需要。

泵中含有一个减压阀，用于确保压力不会升得太高。当发动机高速运转时，由于泵中吸入了

太多液体，因而更需要减压阀来降低压力。

只有驾驶员对方向盘施加作用力（如开始转向）时，动力转向系统才会向其提供支持。如果驾驶员没有施加作用力（如沿直线驾驶时），该系统则不会提供任何援助。方向盘上用

于检测到这种作用力的设备叫旋转阀。

旋转阀的关键部位是扭力杆。扭力杆是一根细金属杆，在向其施加扭矩时，它会发生扭转。扭力杆的顶端连接在方向盘上，底端则连接在小齿轮或埚杆（用于转动车轮）上，这样扭力杆中的扭矩便等于驾驶员用来转动车轮的扭矩。驾驶员用来转动车轮的扭矩越大，扭力杆扭

转的幅度就越大。

转向轴中的输入装置形成了滑阀总成的内部结构。它也与扭力杆的顶端相连。扭力杆的底端连接在滑阀的外侧。扭力杆还会转动转向器的输出装置，以使其与小齿轮或蜗杆相连，

具体取决于汽车的转向系统类型。

当扭力杆扭转时，它会使滑阀的内侧相对于外侧旋转。由于滑阀的内侧也连接在转向轴上（从而与方向盘相连），因此滑阀内外侧之间的旋转程度取决于驾驶员在方向盘上所施加扭

矩的大小。

二、工作过程

1-溢流阀；2-液压泵；3-节流阀；4-安全阀；5-转向控制阀；6-液压泵；7-方向盘

.直线行驶：阀5不动，在中位，卸荷。

2.左转向：阀5右移，在左位，左转。

3.右转向：阀5左移，在右位，右转。

汽车起重机液压系统

一、组成

包含支腿收放、回转机构、起升机构、吊臂变幅等五个部分。各部分都有相对的独立性。

1-载重汽车；2-基本臂；3-起升机构；4-吊臂伸缩缸；5-吊臂变幅缸；6-回转机构；7-支腿

二、工作过程

1.支腿收放回路

油液→过滤器11→开关10→回转街头9→手动阀组A（左位）→前支腿液压缸4无杆腔→前支腿液压缸4有杆腔→手动阀组A（左位）→手动阀组B（左位）→后支腿液压缸4无杆腔→后支腿液压缸4有杆腔→手动阀组B（左位）→后面回路

收回相反，阀组处于右位。

转接头；10-开关

11-虑油器；12-压力表

2.回转回路

支腿收放回路来的油液→手动阀组C（左位）→回转液压马达→左转→伸缩回路马达右转，则阀组C拉到右位。

1、2-手动阀组；3-安全阀；4-双向液压锁；5、6、8-平衡阀；7-单向节流阀；9-中心回转接头；10-开关；11-虑油器；12-压力表

3.伸缩回路

回转回路来的油液→手动阀组D（右位）→平衡阀5（单向阀）→伸缩液压缸无杆腔→伸缩液压缸有杆腔→变幅回路

缩回时阀组D处于左位，此时回油经平衡阀中的液控顺序阀，防止重物作用快速缩回。

转接头；10-开关；11-虑油器；12-压力表

4.变幅回路

1、2-手动阀组；3-安全阀；4-双向液压锁；5、6、8-平衡阀；7-单向节流阀；9-中心回转接头；10-开关；11-虑油器；12-压力表

5.起升回路

变幅回路来的油液→手动阀组F（右位）→平衡阀8（单向阀）→起升马达右转→油箱

马达左转则阀组F处于左位。

阀7在起升回路无动作时，不通油，制动缸制动。当起升回路通油时，阀7也通油，制动缸不制动。

1、2-手动阀组；3-安全阀；4-双向液压锁；5、6、8-平衡阀；7-单向节流阀；9-中心回转接头；10-开关；11-虑油器；12-压力表

6.特点应用

（1）QY-8型汽车起重机是一种中小型起重机，为简化结构，用一个液压泵串联地给各执行元件供油。

（2）各串联的元件可任意组合，使一个或几个执行元件同时运动。

（3）各换向阀处于中位时系统即卸荷，能减少功率损耗，适于起重机间歇性工作。

汽车电子液压制动系统

自汽车诞生以来,车辆制动系统在汽车的安全方面就一直扮演着至关重要的角色。传统汽车制动系统主要由制动踏板、真空助力器、总泵(主缸) 、分泵(轮缸) 、制动鼓(或制动盘) 及管路等构成。随着机电技术的发展,目前出现了称为“电子液压制动系统”的新技术,已经应用在中高级轿车上

EHB系统主要由制动踏板单元、电子控制单元(ECU)、液压控制单元(HCU)以及一系列的传感器组成。

1．制动踏板单元

包括踏板感觉模拟器、踏板力传感器或／和踏板行程传感器以及制动踏板。踏板感觉模拟器是EHB系统的重要组成部分，为驾驶员提供与传统制动系统相似的踏板感觉(踏板反力和踏板行程)，使其能够按照自己的习惯和经验进行制动操作。踏板传感器用于监测驾驶员的操纵意图，一般采用踏板行程传感器，采用踏板力传感器的较少，也有二者同时应用，以提供冗余传感器且可用于故障诊断。图3为大陆特威斯生产电子制动踏板单元。

2．液压控制单元(HCU)

制动压力调节装置用于实现车轮增减压操作，图4为大陆特威斯带ECU的EHB的液压控制单元(HCU)。

HCU中一般包括如下几个部分：

独立于制动踏板的液压控制系统一该系统带有由电机、泵和高压蓄能器组成的供能系统，经制动管路和方向控制阀与制动轮缸相连，控制制动液流入／流出制动轮缸，从而实现制动压力控制。

人力驱动的应急制动系统一当伺服系统出现严重故障时，制动液由人力驱动的主缸进入制动轮缸，保证最基本的制动力使车辆减速停车。

平衡阀一同轴的两个制动轮缸之间设置有平衡阀，除需对车轮进行独立制动控制的工况之外，平衡阀均处于断电开启状态，以保证同轴两侧车轮制动力的平衡。

3．传感器

包括轮速传感器、压力传感器和温度传感器，用于监测车轮运动状态、轮缸压力的反馈控制以及不同温度范围的修正控制等。

图5所示为博世公司发布的一种关于EHB系统的专利，系统带有踏板感觉模拟装置，一套采用液压伺服控制的行车制动系统和一套人力操纵的应急制动系统，其中，液压伺服系统控制四个车轮的压力，而人力应急制动系统只能控制两个前轮。系统共有14个电磁阀，均为二位二通阀。

正常的行车制动中，当制动灯开关被触发时，电控单元判定制动发生，由踏板行程传感器感知驾驶员制动意图，进而通电关闭隔离阀，在人力作用下从制动主缸输出的制动液进入踏板感觉模拟

EHB 的结构和工作原理

电子液压制动系统( Elect ro2Hydraulic BrakeSystem ,简称EHB) 是在传统的液压制动器

基础上发展而来的。与传统的汽车制动系统有所不同,EHB 以电子元件替代部分机械元件,是一个先进的机电一体化系统。EHB 用一个综合制动模块取代传统制动器中的压力调节器和ABS 模块。这个综合的制动模块由电机、泵、蓄电池等部件组成,它可以产生并储存制动压力,可以对4 个车轮的制动力矩进行单独调节。同时,在EHB 的电子控制系统中设计相应程序,通过操纵电控元件来控制制动力的大小及各轴制动力的分配,可以完全实现ABS 及ASR

等功能。

EHB 的发展和现状

?EHB 是线控制动系统(Brake2by2wire System)的一种类型。线控制动系统(简称BBW) 包括EHB和EMB 两种, 其中EMB ( Elect ro2mechanicalBrake) 称为电子机械制动系

统。如果把EHB 称为“湿式”的BBW 系统, 那么EMB 就是“干式”的BBW 系统。

两者的区别在于EMB 不再使用制动液及液压部件,制动力矩完全由安装在4 个车轮

上的电动机驱动执行机构实现。目前,BBW 系统存在着是否有高可靠性的安全通信

技术,制动随动如何实现,制动失效如何保护等急需解决的问题,同时也存在着如何更

好地降低制造成本,逐步实现市场化的问题。

EMB 是汽车制动系统未来发展的方向, 而EHB 则是实现这一目标的第一步。

线控制动源于飞机制造工业,随着汽车电子化程度的不断提高,BBW 系统被引入汽车

制造领域。早在1993 年,福特汽车公司就在一款电动汽车上安装了EHB 系统,后来

通用公司在其一款轿车上也采用了EHB。目前,奔驰公司新推出的SL500 同样采用了EHB ,是世界上第一辆采用线控制动技术的量产车,它的EHB 技术是由博世公司提供的,也是电子控制制动系统SBC ( Sensot ronic Brake Con2t rol) 的一部分。此外,德尔福公司还提出了混合线控制动系统( Hybrid Brake2by2wire) ,即混合电制动系统, 前轮仍采用传统的液压制动器进行制动,而后轮则用电动制动钳来代替传统的液压制动钳,

是EHB 到EMB 的过渡。

EHB 的相对优势

1) EHB 可以提供平稳的停车功能,使停车过程变得平顺柔和,大大提高了车辆制动舒

适性。

2) 整个制动系统结构简单紧凑,省去了传统制动系统中的部分管路系统及液压阀等

部件,且不需要真空助力装置,使整车重量降低,腾出汽车前部的大量空间,因此,提高

了汽车碰撞安全性,同时还使发动机性能得到改善,提高了汽车燃油经济性。

3)取消了部分液压部件而采用模块结构,汽车装配变得更加灵活,维护更加方便,适应

汽车未来发展方向。

4) 传统汽车制动系统制动管路长,阀类元件多,制动系统反应慢,安全性较差;而电液

制动系统采用踏板模拟器,踏板特性得以改善,有效地缩短了制动响应时间,增加了制

动灵敏度,提高了制动安全性。

5) EHB 不仅能缩短制动距离,而且能保持车辆良好的行驶方向稳定性;还能弱化由制

动器摩擦片磨损等原因造成的制动效果下降,提高了制动效能。

6) EHB 所需的制动踏板力较小,踏板没有脉冲回振,从而提高了驾驶员的驾乘舒适性。

7) EHB 还具有清干功能,当车辆在湿滑路面上行驶,微弱的制动脉冲可以清干制动片

上的水膜,确保制动的充分性。

EHB 的相对不足

相对来讲, EHB 制造成本较高,距离市场化还有很长一段距离; EHB 工作的可靠性相

对于传统的制动系统来说,还有待进一步提高; EHB 要比传统的机械制动更容易受到电磁干扰。

电子液压制动系统的应用

电子液压制动系统适用于小轿车、轻卡和

SUV ,有着广阔的市场前景。然而,由于系统成本

过高,再加上可靠性问题等局限性原因, EHB 在技

术上还没有完全过关,还需要付诸很大的努力才能

完全普及应用。