汽车电子转向系统技术特征分析

概述

所谓电子助力转向系统，指的是在驾驶员转动方向盘时，转向系统的转向动力源由电动机提供；而液压助力转向系统指的是转向系统的转向动力源由液压泵产生的油液压力提供。电子助力转向由电动机提供，消耗的是电能，而车上的电能是由发动机转动后带动发电机发电所得到的。这种能量的转换效率较高，而且能量损失较小，对于车辆行驶的效率损失也小。这套系统优势明显，同时这套系统也是有其缺点, 主要原因在汽车上的发电机实际的发电功率是有限的，所以能够提供转向系统的转向助力能力也就有了限制。不过这种助力的能量是通过电动机直接提供，助力的响应性很敏锐，速度也非常快，在驾驶员操作方向盘时就会感觉到操作很轻松。在电脑的控制下, 可以容易的改变助力系统的压力。在车辆行驶速度比较低的时候, 转向系统的助力压力增大，驾驶员操作方向盘感觉非要轻盈；在车辆行驶速度比较高的时候, 转向系统的助力压力减小，驾驶员操作方向盘感觉比较沉重；这种情况可以给车辆的行驶带来比较安全保障。这些实现起来很轻松，需要通过集成电路板直接控制。这套电控液压系统的转向油泵不再依靠发动机依靠皮带带动，它由电动机直接驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向的辅助力与转向角度、车速等参数，该系统新增加的电控系统主要有电磁阀、车速传感器、转向控制电脑等设备。

电子液压助力转向系统结构

1.电子液压助力转向系统电子控制技术在汽车转向系统的应用, 使汽车驾驶可以达到令人满意的效果。电子控制动力转向系统在低速行驶的时候可以使转向轻便、灵活；当汽车在高速行驶的时候转向, 又能保证提供最优的动力放大倍率和转向手感, 从而提高了高速的行驶稳定性。目前汽车上使用的转向系统大多数都是电子液压助力转向系统, 其组成由助力转向控制单元、储液罐、电动泵、转向机、助力转向传感器等构成转向系统的主要元件。

图1 电子液压助力转向系统示意图

为了满足轿车对于转向系统的要求, 电控动力转向系统应具有以下特点: (1)良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确的一一对应关系，同时能保转向轮可维持在任意转向角位置。 (2)有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘应具有灵敏的响应。 (3)良好的稳定性：即具有很好的直线行使稳定性和转向自动回正能力。 (4)助力效果能随车速变化和转向阻力的变化做相应的调整。低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力，高速时，有适当的路感，以避免因转向过轻发生事故。2.转向助力油泵目前轿车上面的动力转向泵是通过发动机运转后由曲轴旋转带动转向泵皮带运转的, 当发动机工作时，液压系统的液压油被转向泵从储液罐中抽出来，其安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小；相反则助力增大。流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，改变方向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大, 旁路液压油流量越大，液压助力作用越小，使转动方向盘的力也随之增加；相反，则车速较低时，助力作用加大，使转向轻便。转向液压泵的工作原理如图2所示：

图2 转向助力油泵

3.动力转向机

液压系统的动力转向机属于齿轮齿条式，其安装在位于发动机后部的副车架后横梁之下的位置。动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变方向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，而液压助力作用越小，使转动方向盘的力加大, 增加路感。同时根据运行道路条件，设计了不同的控制模式。可根据20s内的平均车速和平均方向盘转角判定车辆当前运行道路条件。变换控制模式最多需要1.1s，可避免助力的急剧变化。

图4 齿条动力转向机

4.电子控制器ECU动力转向系统中的电子控制单元，采用模拟电路控制, 由模拟电路构成的动力转向ECU，主要由频率电压 (频压) 转换器、电压放大器、比较器、振荡器等组成。其输人信号为车速传感器提供的车速信号, 执行器为比例电磁铁机构；ECU担负起控制通人比例电磁铁机构电流的任务。车速提高时, 为了增大转向的操纵力，需要加大流人比例电磁铁机构的电流；而当车速超过120km/h时。为了防止电流过太而造成过载，ECU则控制比例电磁铁机构保持着恒定的电流值。5.转向控制阀转向机的转向控制阀控制转向机内部阀口的变化，根据系统输入压力的变化改变液压系统的助力，方向盘转动时经转向机转向横拉杆推或拉车轮完成转向操作，结构如图5所示。

图5 内部结构图

电磁阀的开度由ECU的输出电流控制, 而该输出电流又取决子车速的高低。通过电磁线圈的电流是模拟信号, 通常改变其通电时间所占的比例即可控制此电流值的大小。而电磁阀的开度又可以控制PPS齿轮箱中油压反力室的油压。 当车速较高时, 流人电磁线圈的电流减小, 电磁阀的节流面积 (即开度) 变小, 返回储油罐的回流量减少, 而使分流阀分到油压反力室的流量增加, 油压增大, 使转向“沉重”；当车速较低时, 流入电磁线圈的电流增大, 电磁阀的节流面积 (开度) 变大, 流回储油罐的液流量增加, 分到油压反力室的液流量减少, 油压减小, 便转向“轻便”。 当车辆停止时, 电磁阀完全关闭, 如果此时向右转动方向盘, 则高灵敏度低速专用小孔在较小的转向扭矩作用下即可关闭, 转向液压泵高压油液经流向转向动力缸右腔室, 其左腔室的汇液经流回储油箱。所以, 此时具有轻便的转向特性。而且施加在方向盘上的转向力矩越大, 可变小孔的开口面积越大节流作厍就越小, 转向助力作用越明显。随着车辆行驶速度的提高, 在ECU的作用下, 电磁阀的开度也线性增加, 如果向右转动方向盘, 则转向液压泵的高压油液经旁通电磁阀流回储油箱。此时, 转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用小孔的开度。车速越高, 在ECU的控制下, 电磁阀的开度越大, 旁路流量越大, 转向助力作用越小, 在车速不变的情况下, 施加在方向盘上的转向力越小, 高速专用小孔的开度越大, 转向助力作用也越小；当施加在方向盘上的转向力增大时, 高速专用小孔的开度减小, 转向助力作用也随之增大。由此可见, 阀灵敏度控制式EPS可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。6.压力传感器这个传感器称为“压力”传感器，安装位置是转向动力转向泵系统高压侧的出口 (如图6) ，当发动机工作时，转向泵开始运转，转向系统就开始产生的负荷信号，当车辆静止不动，节气门处于关闭状态，此时就是发动机控制单元的怠速校准信号。动力转向系统的负荷信号通过线束传递给发动机控制单元，压力传感器可以根据负荷产生占空比信号，发动机控制单元接收到此信号以调整怠速时的控制输出。在车辆行驶或者停车时，驾驶员转动方向盘至方向一侧的极限位置时，由于转向极限的原因助力系统会需要比较大的负荷才可以维持转向，这种情况相比直线行驶，给发动机运转带来的附荷会加大。因此为了保证发动机正常运转， 防止因负荷过大导致停机或低速空转的情况，系统内的传感器检测到压力的变化后发出信号，并将信号发送到发动机控制单元处，收到传感器传来的信号后，发动机控制单元会根据当时情况的负荷适当调整发动机转速以保证发动机的正常运转，避免出现发动机“灭车”的现象。压力传感器的位置如图6所示。

图6 压力传感器

结论

本文详细介绍汽车电子液压助力转向系统的基本结构、工作原理和技术特点，希望可以以此帮助相关技术人员对该系统有一个充分的认识和理解，对于电子液压转向系统的故障检测与诊断中提供一定的帮助和技术支持。

       审核编辑 ：李倩