汽车电动助力转向系统

传统转向系统
• 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾 传统的汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾 机械系统 驶员操纵方向盘， 驶员操纵方向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向 车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上。 车轮而实现的。普通的转向系统建立在机械转向的基础上。 • 常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式(用于需要较大的 常用的有两种是齿轮齿条式和循环球式 用于需要较大的 齿轮齿条式 转向力时)。这种转向系统是我们最常见的， 转向力时 。这种转向系统是我们最常见的，目前大部分 低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统 齿轮齿条式机械转向系统。 低端轿车采用的就是齿轮齿条式机械转向系统。
助力转向系统的具体要求
良好的操纵性 合适的转向力与位置感 具有回正功能 适当的路面反馈量 工作可靠 节省能源 安静、 安静、噪声小
在转向后， 低速或停车时，转动转向盘 转向必须灵活、平顺 在转向后，转向盘应 ， 低速或停车时 、平顺， 转向必须灵活 转向系统是安全件， 转向系统是安全件， 从道路表面传来的冲 在保证转向性能的前 不能太费力，高速行驶时 具有很好的随动性， 不能太费力，高速行驶时，又 当能自动回到直线行驶 具有很好的随动性，能 如果不能转向或失去控 ， 击应能传达到转向盘上， 击应能传达到转向盘上 提下， 提下，尽可能降低转向 的位置， 够安全行驶在狭窄、 的位置，回转的速度要 够安全行驶在狭窄 不能感觉到转向盘上的力太小 增加驾驶员的路感， 连 制就会发生车毁人亡的 增加驾驶员的路感，但 系统的动力消耗。 系统的动力消耗。 、 续拐弯的弯道上。 续拐弯的弯道上。 平稳、“ ，要使驾驶员 而有发“飘“的感觉，因此要 平稳。 而有发适当。的感觉， 事故。因此转向系统应 不能太大， 事故、适当。使残留的 不能太大 角速度尽可能小。 角速度尽可能小。，当 求转向盘上的力最好能随车速 的感觉是舒适的。 的感觉是舒适的。 具有故障预警功能， 具有故障预警功能 变化， 变化，同时要求驾驶员能清楚 计算机控制系统或助力 地感觉到转向盘的位置， 地感觉到转向盘的位置，感觉 系统发生故障时，转向 系统发生故障时， 到操纵转向盘的角度与汽车行 系统仍然应保留人力转 驶轨迹的对应关系，具有很好 驶轨迹的对应关系， 向功能。 向功能。 的直线行驶稳定性和高速行驶 的路感。 的路感。
第四章
汽车电动助力转向系统
第一节 概述
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在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。 在汽车行驶中，转向运动是最基本的运动。我们通过 方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向， 方向盘来操纵和控制汽车的行驶方向，从而实现自己的行 驶意图。 驶意图。
• 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一， 在现代汽车上，转向系统是必不可少的最基本的系统之一， 是必不可少的最基本的系统之一 汽车主动安全性的关键总成。 它也是决定汽车主动安全性的关键总成 它也是决定汽车主动安全性的关键总成。 • 如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能， 如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能， 始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。 始终是各汽车厂家和科研机构的重要课题。特别是在车辆 高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天， 高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更 多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。 多不同的驾驶人群，汽车的操纵性设计显得尤为重要。
转向系统的分类
传统液压式助力转向系统 电子控制式液压助力转向系统 电动助力转向系统
传统液压式助力转向系统
• 机械式的液压助力转向系统一般由液压泵、油管、压力流 机械式的液压助力转向系统一般由液压泵、油管、 一般由液压泵 量控制阀体、 型传动皮带 储油罐等部件构成 型传动皮带、 等部件构成。 量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成。 • 无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大转向车速 无论车是否转向，这套系统都要工作， 较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。 较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力。 所以，也在一定程度上浪费了资源。还有， 所以，也在一定程度上浪费了资源。还有，机械式液压助 力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力， 液压泵及管路和油缸组成 力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不 论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高， 论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，能耗较高， 这也是耗资源的一个原因所在。 这也是耗资源的一个原因所在。
扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地连接在一起， 扭力杆的上端与转阀阀杆用销子刚性地连接在一起，下端与控 助力转向ECU：ECU根据车速传感器传来的信号，判断汽车是处 ECU： 根据车速传感器传来的信号， 助力转向根据需要开启适当的开度，使油压反力室一侧的油液 ECU 电子控制式液压助力转向系统 根据车速传感器传来的信号 电磁阀：根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断， 固定小孔：把供给转向控制阀的一部份液压油分配到油压反力 油泵： 电磁阀：根据有关传感器的信号作出最佳助力转向力判断，并 固定小孔根据需要开启适当的开度， 油泵：由发动机驱动，用于提供助力转向所需的液压油。 分流阀： 由发动机驱动，用于提供助力转向所需的液压油。 ， 分流阀：： 制阀阀体用销子相连，小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连， 制阀阀体用销子相连，小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连 于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况， 于停止状态还是处于低速行驶或高速行驶工况，在根据判别出的汽 室一侧。在汽车高速行驶时， ，使作用在柱塞的背压（ 流回储油箱。电磁阀开度增大时， 室一侧。在汽车高速行驶时，由于通过小孔又加了一部份燃油给反 流回储油箱。电磁阀开度增大时 使作用在柱塞的背压（ 将来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，油压反力 将来自转向油泵的油液向控制阀一侧和电磁阀一侧分流。按照车速 转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。 转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴， ，因此， 车状态，对电磁线圈的电流进行线性控制，使电磁阀有适当的开度， 车状态，对电磁线圈的电流进行线性控制，使电磁阀有适当的开度 力室，进一步加强了柱塞的夹紧力， 室压力）降低，柱塞推动控制阀转阀阀杆的力（反力） 力室，进一步加强了柱塞的夹紧力，使得此时的转向力相对于转向 室压力）降低，柱塞推动控制阀转阀阀杆的力（反力 较小， 和转向要求，改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一 和转向要求，改变控制阀一侧和电磁阀一侧的油压，）较小 转向控制阀 以控制转向助力的大小。 以控制转向助力的大小。 只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形， 角呈线性增加，从而获得高速行驶时的稳定转向操纵感。 只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使阀体与阀杆相对转 角呈线性增加，从而获得高速行驶时的稳定转向操纵感。 侧具有稳定的油液流量。 侧具有稳定的油液流量。 动而实现转向助力作用，电磁阀开启较小时则相反。 动而实现转向助力作用，电磁阀开启较小时则相反。
• 汽车低速行驶或者大转弯时。流经电磁线圈的电流较大，电磁阀 汽车低速行驶或者大转弯时。流经电磁线圈的电流较大， 较大 的开启角度较大 较大， 的开启角度较大，经分流阀分流后的油液通过电磁阀返回油箱的 较多， 较小， 油液就较多 因此作用在反力室的油压就较小 柱塞上的油压较 油液就较多，因此作用在反力室的油压就较小，柱塞上的油压较 这时作用在控制阀轴上的反力也较小 反力也较小， 小，这时作用在控制阀轴上的反力也较小，因此反力油压形成的 阻力矩较小。由于阻力矩较小， 阻力矩较小。由于阻力矩较小，转向盘只需要用较小的力就可以 使扭力杆发生较大的变形 转向助力较大。 较大的变形， 使扭力杆发生较大的变形，转向助力较大。
助力转向系统的要求
• 对转向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和操纵的轻 对转向系统的要求，主要概括为转向的灵敏度和 转向的灵敏度 便性。高的转向灵敏度，要求转向器具有小的传动比 小的传动比， 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， 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 大的传动比， 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。 大的转向力矩。 • 实际应用中，一般要求：当转向轮达到最大设计转角时， 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 转向盘总转数不宜超过 圈，而转向盘操纵力最大不超过 250N
传统液压式助力转向系统
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传统液压式助力转向系统（ 传统液压式助力转向系统（HPS）一般按液流的形式可分 ） 常流式和常压式两种类型 两种类型。 为常流式和常压式两种类型。
• 常流式是指汽车在行驶中，不转动转向盘时，流量控制阀在 常流式是指汽车在行驶中，不转动转向盘时， 是指汽车在行驶中 中间位置，油路保持畅通。 中间位置，油路保持畅通。 • 常压式是指汽车在行驶中，无论转向盘是否转动，整个液压 常压式是指汽车在行驶中，无论转向盘是否转动， 是指汽车在行驶中 系统总是一直保持高压。 系统总是一直保持高压。
传统转向系统的缺点
• 虽然传统转向系统工作最可靠，但是也存在很多固有的缺 虽然传统转向系统工作最可靠， 方向盘和 传统转向系统由于方向盘 点，传统转向系统由于方向盘和转向车轮之间的机械连接 而产生一些自身无法避免的缺陷 缺陷： 而产生一些自身无法避免的缺陷： • ①汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重； 汽车的转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重； • ②转向传动比固定,提供不了合适的转向力 提供不了合适的转向力; 转向传动比固定 提供不了合适的转向力 • ③液压助力转向系统经济性差，一般轿车每行驶一百公里 液压助力转向系统经济性差， 要多消耗0.3~0.4升的燃料；另外，存在液压油泄漏问题， 升的燃料； 液压油泄漏问题， 要多消耗 升的燃料 另外，存在液压油泄漏问题 对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天， 对环境造成污染，在环保性能被日益强调的今天，无疑是 一个明显的劣势。 一个明显的劣势。