液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計2

電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究【摘要】:本論文主要闡述了現(xiàn)代工程車輛技術(shù)追求高效節(jié)能、高舒適性和高安全性等目標(biāo)。前一項目標(biāo)與環(huán)境保護(hù)密切相關(guān),是當(dāng)代全球性熱門話題,后兩項目標(biāo)是車輛朝著高性能化方向發(fā)展必須研究和解決的重要課題。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的高性能化是指其能夠根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況和駕駛員的要求實行多目標(biāo)控制,以獲得良好的轉(zhuǎn)向輕便性、較好的路感和較快的響應(yīng)性。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是影響汽車操縱穩(wěn)定性、行駛安全性和駕駛舒適性的關(guān)鍵部分。在追求高效節(jié)能、高舒適性和高安全性的今天,電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),以其節(jié)能、環(huán)保、更佳的操縱特性和轉(zhuǎn)向路感,成為動力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的焦點。本文通過對電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,解釋了其工作原理。在分析了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理和液壓轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)后,建立了液壓轉(zhuǎn)向器的流體動力模型、數(shù)學(xué)模型。接著利用所建的數(shù)學(xué)模型對電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成各元件進(jìn)行特性分析,了解了影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)。并通過系統(tǒng)仿真,分析其性能是否滿足實際工作中的要求。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能,進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。最后根據(jù)電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖,搭建了相應(yīng)的試驗裝置,同時通過檢測系統(tǒng),完成了性能的檢測。本文的研究為電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計和性能改善提供了一定的依據(jù)。通過系統(tǒng)元件的參數(shù)對于系統(tǒng)性能的影響分析有助于我們設(shè)計系統(tǒng)時選擇更合理的參數(shù);通過仿真分析了所建系統(tǒng)模型的性能,加入了PID控制算法調(diào)節(jié),表明所設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足實際轉(zhuǎn)向的要求。關(guān)鍵詞：：液壓轉(zhuǎn)向；助力器；壓力；流量；功率Abstract:Thisthesismainlyelaboratedthemodernengineeringvehiclespursuitofhighefficiencyandenergysaving,hightechnologycomfortandhighsecurityobjectivesetc.Formeratargetandenvironmentalprotection,iscloselyrelatedtothecontemporaryglobalhottopic,aftertwoobjectivesarevehiclesperformance-baseddirectiontowardahighdevelopmentmuststudyandsolveimportantissue.Steeringsystemofhighperformanceistoshowitscanaccordingtotheoperationstatusofvehiclesanddriversforthecontrolofmulti-objectivetoobtaingoodsteeringportability,betterlkfeelingandquickerresponsesex.Automotivesteeringsystemistoinfluencethevehiclesteeringstability,drivingsafetyanddrivingcomfortkeypart.Inthepursuitofhighefficiencyandenergysaving,highcomfortandhighsecuritytoday,electronicallycontrolledhydraulicsteeringsystemasanewcarpowersteeringsystem,withitsenergy-saving,environmentalprotection,betterhandlingcharacteristicsandsteeringlkfeeling,becomethefocusofpowersteeringtechnologyresearch.Thisarticlethroughtoelectrohydraulicpowersteeringsystemcompositionstructureareanalyzed,explainsitsworkingprinciple.Ontheanalysisofthehydraulicsteeringsystemofhydraulicsteeringtheworkingprincipleandthestructureoftheestablishedhydraulicsteeringgear,thehydrodynamicmodel,themathematicalmodel.Thenusethemodelofelectronicallycontrolledhydraulicsteeringsystemcompositionforeachelementanalysis,understandthecharacteristicsofsomeparametersaffectsystemperformance.Andthroughthesystemsimulation,analyzesitsperformancemeetstherequirementsoftheactualwork.Inordertorealizethesystemtoperformance,thesystemhardwareandsoftwaredesign.Finally,accordingtotheelectrohydraulicpowersteeringsystemstructurediagram,builtthecorrespondingtestdevice,andatthesametimethroughtestingsystem,completedtheperformancetesting.Thisresearchforelectrohydraulicpowersteeringsystemdesignandperformanceimprovementprovidescertainbasis.Throughthesystemcomponentsfortheparametersofthesystemperformanceimpactanalysishelpsustothedesignofthesystemmorereasonableparametersselection;Throughthesimulationanalysisoftheperformanceofthesystemmodelisbuilt,joinedthePIDcontrolalgorithmadjustment,showedthatthedesignedsystemcanmeetthepracticalsteeringrequirements.Keywords:Hydraulicsteering;Booster;Pressure;Flow;power目錄電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究 11引言 41.1液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介 41.2機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 42液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹 62.1動力轉(zhuǎn)向系 62.2液壓動力轉(zhuǎn)向 72.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 82.3液壓回路設(shè)計工作原理 103硬件選取 123.1扭矩傳感器 123.2電液比例閥 134電子轉(zhuǎn)向控制單元 144.1電子控制單元的組成及原理 144.1.1ECU 144.1.2分流閥 154.1.3電磁閥 164.2控制單元的功用 164.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析 175電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理 186電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點 20結(jié)束語 21謝辭 22文獻(xiàn) 221引言1.1液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，也就是動力轉(zhuǎn)向，目前已成為絕大多數(shù)轎車的一項標(biāo)準(zhǔn)配置，顧名思義，助力轉(zhuǎn)向就是協(xié)助駕駛員做汽車方向調(diào)整，為駕駛員減輕打方向盤強(qiáng)度的裝置?？墒呛芏嘬囉言诿鎸χT如機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向、電子式液壓助力轉(zhuǎn)向及電動助力轉(zhuǎn)向等多種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時難免有些迷惑，搞不清楚其間區(qū)別。從本期汽車學(xué)堂起，我們將簡單介紹目前常見的幾種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，希望對您購車、用車有所幫助。首先來看傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。據(jù)了解，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)有半個世紀(jì)的發(fā)展歷史，可以說技術(shù)已經(jīng)非常成熟，所以被廣泛應(yīng)用。據(jù)西安某專業(yè)汽修廠負(fù)責(zé)人介紹，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓和機(jī)械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機(jī)械轉(zhuǎn)向器，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。傳統(tǒng)機(jī)械液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓泵由汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動。為保證汽車原地轉(zhuǎn)向或者低速轉(zhuǎn)向時的輕便性，液壓泵的排量是以發(fā)動機(jī)怠速時的流量來確定的。汽車發(fā)動之后，無論是否轉(zhuǎn)向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉(zhuǎn)向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力，所以便在一定程度上浪費了發(fā)動機(jī)動力資源?，F(xiàn)在還有些汽車冠以電動助力轉(zhuǎn)向，其實不是真正意義上的純電動助力轉(zhuǎn)向，它還需要液壓系統(tǒng)，只不過由電動機(jī)供油，這就是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電子液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點。它所采用的液壓泵不再靠發(fā)動機(jī)皮帶直接驅(qū)動，而是采用一個電動泵，它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動電子液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；汽車在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動電子液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向的需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機(jī)功率。1.2機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)三大部分組成。1一轉(zhuǎn)向盤；2一轉(zhuǎn)向軸；3一轉(zhuǎn)向萬向節(jié)；4一轉(zhuǎn)向傳動軸；5一轉(zhuǎn)向器；6-轉(zhuǎn)向搖臂；7一轉(zhuǎn)向直拉桿；8一轉(zhuǎn)向節(jié)臂；9一左轉(zhuǎn)向節(jié)；10、12一梯形臂；11一轉(zhuǎn)向橫拉桿；13一右轉(zhuǎn)向節(jié)圖1-1機(jī)械轉(zhuǎn)向系示意圖圖1-1所示為機(jī)械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤1施加一個轉(zhuǎn)向力矩。該力矩通過轉(zhuǎn)向軸2、轉(zhuǎn)向萬向節(jié)3和轉(zhuǎn)向傳動軸4輸入轉(zhuǎn)向器5。經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大后的力矩和減速后的運(yùn)動傳到轉(zhuǎn)向搖臂6，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向直拉桿7傳給固定于左轉(zhuǎn)向節(jié)9上的轉(zhuǎn)向節(jié)臂8，使左轉(zhuǎn)向節(jié)和它所支承的左轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。為使右轉(zhuǎn)向節(jié)13及其支承的右轉(zhuǎn)向輪隨之偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，還設(shè)置7轉(zhuǎn)向梯形。轉(zhuǎn)向梯形由固定在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)上的梯形臂10、12和兩端與梯形臂作球鉸鏈連接的轉(zhuǎn)向橫拉桿n組成。從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向傳動軸這一系列部件和零件，均屬于轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)。由轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列部件和零件(不含轉(zhuǎn)向節(jié))，均屬于轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)。目前，許多國內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中采用了萬向傳動裝置(轉(zhuǎn)向萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸)。這有助于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向器等部件和組件的通用化和系列化。只要適當(dāng)改變轉(zhuǎn)向萬向傳動裝置的幾何參數(shù)，便可滿足各種變型車的總布置要求。即使在轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器同軸線的情況下，其間也可采用萬向傳動裝置，以補(bǔ)償由于部件在車上的安裝誤差和安裝基體(駕駛室、車架)的變形所造成的二者軸線實際上的不重合。轉(zhuǎn)向盤在駕駛室安放的位置與各國交通法規(guī)規(guī)定車輛靠道路左側(cè)還是右側(cè)通行有關(guān)。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家規(guī)定車輛右側(cè)通行，相應(yīng)地應(yīng)將轉(zhuǎn)向盤安置在駕駛室左側(cè)。這樣，駕駛員的左方視野較廣闊，有利于兩車安全交會。相反，在一些規(guī)定車輛靠左側(cè)通行的國家和地區(qū)使用的汽車上，轉(zhuǎn)向盤則應(yīng)安置在駕駛室右側(cè)。2液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的介紹汽車轉(zhuǎn)向一直存在著“輕”與“靈”的矛盾。盡管，人們采用了變速比轉(zhuǎn)向器等手段，但始終不能從根本上解決這一矛盾。在20世紀(jì)50年代初出現(xiàn)了液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)，比較好地緩解了“輕”與“靈”的矛盾，符合人們對轉(zhuǎn)向輕便性更高的要求，在保證其他性能的條件下，能大大降低轉(zhuǎn)向盤上的手力，特別是原地轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向盤上的手力。2.1動力轉(zhuǎn)向系動力轉(zhuǎn)向系是兼用駕駛員體力和發(fā)動機(jī)動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向系。在正常情況下，汽車轉(zhuǎn)向所需的能量，只有一小部分由駕駛員提供，而大部分是由發(fā)動機(jī)通過動力轉(zhuǎn)向裝置提供的。但在動力轉(zhuǎn)向裝置失效時，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨立承擔(dān)汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機(jī)械轉(zhuǎn)向系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套動力轉(zhuǎn)向裝置而形成的。對最大總質(zhì)量在12t以上的大型汽車而言，一旦動力轉(zhuǎn)向裝置失效，駕駛員通過機(jī)械傳動系加于轉(zhuǎn)向節(jié)的力遠(yuǎn)不足以使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。故這種汽車的動力轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)當(dāng)特別可靠。圖2-1動力轉(zhuǎn)向系示意圖圖1-2為一種液壓動力轉(zhuǎn)向系的組成和液壓動力轉(zhuǎn)向裝置的管路布置示意圖。其中屬于動力轉(zhuǎn)向裝置的部件是：轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向動力缸。當(dāng)駕駛員逆時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤(左轉(zhuǎn)向)時，轉(zhuǎn)向搖臂帶動轉(zhuǎn)向直拉桿前移。直拉桿的拉力作用于轉(zhuǎn)向節(jié)臂，并依次傳到梯形臂和轉(zhuǎn)向橫拉桿，使之右移。與此同時，轉(zhuǎn)向直拉桿還帶動轉(zhuǎn)向控制閥中的滑閥，使轉(zhuǎn)向動力缸的右腔接通液面壓力為零的轉(zhuǎn)向油罐。轉(zhuǎn)向油泵的高壓油進(jìn)入轉(zhuǎn)向動力缸的左腔，于是轉(zhuǎn)向動力缸的活塞上受到向右的液壓作用力便經(jīng)推桿施加在轉(zhuǎn)向橫拉桿上，也使之右移。這樣，駕駛員施于轉(zhuǎn)向盤上很小的轉(zhuǎn)向力矩，便可克服地面作用于轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向阻力矩。2.2液壓動力轉(zhuǎn)向液壓動力轉(zhuǎn)向首先是在大型車輛上得到發(fā)展的，隨著當(dāng)時汽車裝載質(zhì)量和整備質(zhì)量的增加，在轉(zhuǎn)向過程中所需克服的前輪轉(zhuǎn)向阻力矩也隨之增加，從而要求加大作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力，使駕駛員感到“轉(zhuǎn)向沉重”。當(dāng)前軸負(fù)荷增加到某一數(shù)值后，靠人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛員操縱輕便和提高車輛的機(jī)動性，最有效的方法就是在汽車轉(zhuǎn)向系中加裝轉(zhuǎn)向助力裝置，借助于汽車發(fā)動機(jī)的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等，以液力、氣力或電力增大駕駛員操縱前輪轉(zhuǎn)向的力矩。使駕駛員可以輕便靈活地操縱汽車轉(zhuǎn)向，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了行駛安全性。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向器以外，尚需增加控制閥、動力缸、油泵、油罐和管路等。轎車對動力轉(zhuǎn)向的要求與重型車輛不完全相同。比如大型車輛對動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲的要求較低，轎車則對噪聲要求很高，轎車還要求裝用的轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要更簡單、尺寸更小、成本更低等。但是重型車輛動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展無疑為轎車動力轉(zhuǎn)向技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。開始階段液壓動力轉(zhuǎn)向的控制閥采用滑閥式，即控制閥中的閥以軸向移動來控制油路?；y式控制閥結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝性好，操縱方便，宜于布置，使用性能較好。但是滑閥靈敏度不夠高，后來逐漸被轉(zhuǎn)閥代替。20世紀(jì)50年代末沙基諾發(fā)明了轉(zhuǎn)閥式液壓動力轉(zhuǎn)向，即控制閥中的閥芯以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來控制油路。與滑閥相比，轉(zhuǎn)閥的靈敏度高、密封件少、結(jié)構(gòu)比較先進(jìn)。雖然由于轉(zhuǎn)閥利用扭桿彈簧來使閥回位，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特別是對扭桿的材質(zhì)和熱處理工藝要求較高。但是其性能相對于滑閥有很大改進(jìn)，達(dá)到令人滿意的程度，并且在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中布置轉(zhuǎn)閥比較容易，目前在轎車及大部分重型汽車上的液壓動力轉(zhuǎn)向采用的均是轉(zhuǎn)閥式控制閥。在大型汽車上裝備液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下優(yōu)點：(1)減小駕駛員的疲勞強(qiáng)度。動力轉(zhuǎn)向可以減小作用在轉(zhuǎn)向盤上的力，提高轉(zhuǎn)向輕便性。(2)提高轉(zhuǎn)向靈敏度?？梢员容^自由地根據(jù)操縱穩(wěn)定性要求選擇轉(zhuǎn)向器傳動比，不會受到轉(zhuǎn)向力的制約。允許轉(zhuǎn)向車輪承受更大的負(fù)荷，不會引起轉(zhuǎn)向沉重問題。(3)衰減道路沖擊，提高行駛安全性。液壓系統(tǒng)的阻尼作用可以衰減道路不平度對轉(zhuǎn)向盤的沖擊；另一方面，當(dāng)汽車高速行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導(dǎo)致汽車轉(zhuǎn)向盤難以把握，應(yīng)用動力轉(zhuǎn)向可以使駕駛員較容易把握轉(zhuǎn)向盤。同時液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也有不足：(1)選定參數(shù)完成設(shè)計之后，助力特性就確定了，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。因此協(xié)調(diào)輕便性與路感的關(guān)系困難。低速轉(zhuǎn)向力小時，高速行駛時轉(zhuǎn)向力往往過輕、“路感”差，甚至感覺汽車發(fā)“飄”，從而影響操縱穩(wěn)定性；而按高速性能要求設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時，低速時轉(zhuǎn)向力往往過大。(2)即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。(3)存在滲油與維護(hù)問題，提高了保修成本，泄漏的液壓油會對環(huán)境造成污染。(4)低溫工作性能較差。隨著人們對汽車經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、安全性的日益重視以及大型汽車技術(shù)的發(fā)展，人們開始對液壓動力轉(zhuǎn)向存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出一些新型液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)。這種技術(shù)上的改進(jìn)主要圍繞第(1)、(2)點不足。對第(1)點不足的主要改進(jìn)措施是將車速引入動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，得到車速感應(yīng)型助力特性，發(fā)展了兩種車速感應(yīng)型液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。一種是機(jī)械式，通過與調(diào)速器及變速器相連的泵來控制油壓閥，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用；另一種是電子控制式，通過傳感器由EUC控制閥操作，現(xiàn)在用得比較多。對第(2)點不足，主要通過開發(fā)節(jié)能泵、提高系統(tǒng)的效率以及電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來加以改進(jìn)。2.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由機(jī)械部分和液壓助力裝置兩部分組成。機(jī)械部分由轉(zhuǎn)向傳動副、轉(zhuǎn)向搖臂、縱拉桿總成、橫拉桿總成、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向主銷、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷套、轉(zhuǎn)向節(jié)壓力軸承及轉(zhuǎn)向節(jié)等組成。液壓助力裝置部分由液壓助力器、貯油箱、轉(zhuǎn)向油泵及管路等組成。液壓助力轉(zhuǎn)向按液流形式分為常流式和常壓式兩種，按分配閥的形式又可分為滑閥式和轉(zhuǎn)閥兩種?，F(xiàn)以液壓常流式轉(zhuǎn)向為例介紹液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理。如圖1(a)所示，助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由油泵3、控制閥（滑閥7和閥體9）、螺桿螺母式轉(zhuǎn)向器(11、12)及助力缸15等組成?；y7同轉(zhuǎn)向螺桿11連為一體，兩端設(shè)有兩個止推軸承。由于滑閥7的長度比閥體9的寬度稍大，所以兩個止推軸承端面與閥體端面之間有軸向間隙h，使滑閥連同轉(zhuǎn)向螺桿一起能在閥體內(nèi)做軸向移動?；匚粡椈?0有一定的預(yù)緊力，將兩個反作用柱塞頂向閥體兩端，滑閥兩端的擋圈正好卡在兩個反作用柱塞的外端，使滑閥在不轉(zhuǎn)向時一直處于閥體的中間位置。滑閥上有兩道油槽C、B，閥體的相應(yīng)配合面上有三道油槽A、D、E。油泵3由發(fā)動機(jī)通過帶或齒輪來驅(qū)動，壓力油經(jīng)油管流向控制閥，再經(jīng)控制閥流向動力缸L、R腔。汽車直線行駛時，如圖1(a)所示，滑閥7在回位彈簧10和反作用閥8的作用下處于中間位置，動力缸15兩端均與回油孔道連通，油泵輸出的油液通過進(jìn)油道量孔4進(jìn)入閥體9的環(huán)槽A，然后分成兩路：一路通過環(huán)槽B和D，另一路流過環(huán)槽C和E。由于滑閥7在中間位置，兩路油液經(jīng)回油孔道流回油箱，整個系統(tǒng)內(nèi)油路相通，油壓處于低壓狀態(tài)。圖2-2汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理1油箱2溢流閥3齒輪油泵4進(jìn)油道量孔5單向閥6安全閥7滑閥8反作用閥9閥體10回位彈簧.11轉(zhuǎn)向螺桿12轉(zhuǎn)向螺母13縱拉桿14轉(zhuǎn)向垂臂15助力缸汽車向右轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)向螺桿11（左旋螺紋）順時針方向轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)向軸制成一體的滑閥7和轉(zhuǎn)向螺桿克服回位彈簧10及反作用閥8一側(cè)的油壓的作用力而向右移動。此時如圖1(b)所示，環(huán)槽A與C，B與D分別連通，而環(huán)槽C與E使進(jìn)油道與助力缸15的L腔相通，形成高壓回路；B與D使回油道與R腔相通，形成低壓回路。在油壓差的作用下，活塞向右移動，而轉(zhuǎn)向螺母12向左移動?？v拉桿13也向右移動，帶動轉(zhuǎn)向輪向右偏轉(zhuǎn)。由于系統(tǒng)壓力很高（一般為6.9Mpa以上），汽車轉(zhuǎn)向主要依靠推力。駕駛作用于轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向力基本上是打開滑閥所需的力，一般為5～10N，最大不超過10N,因而轉(zhuǎn)向操縱十分輕便。汽車左轉(zhuǎn)彎時滑閥7左移，如圖1(c)所示，油路改變流通方向，助力缸15加力方向相反。在轉(zhuǎn)向過程中，助力缸的油壓隨轉(zhuǎn)向阻力而變化，二者相互平衡。汽車轉(zhuǎn)向時，助力只提供動力，而轉(zhuǎn)向過程仍由駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行控制。2.3液壓回路設(shè)計工作原理該回路住要應(yīng)用電液比例換向閥,儲能灌。當(dāng)電液比例閥處于中間位時，液壓缸不工作，油泵產(chǎn)生的液壓力儲存到儲存罐中。當(dāng)1YA接通時，電液比例換向閥處于右位，并根據(jù)電磁鐵的吸力大小調(diào)節(jié)閥芯的移動距離而控制油量與壓力大小，此時儲蓄罐中的液壓力通過電液比例換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動活塞運(yùn)動。當(dāng)2YA接通時，情況于此相反。1油箱2液壓泵3單向閥4蓄能器5電液比例換向閥6液壓缸圖2-3液壓系統(tǒng)設(shè)計工作原理3硬件選取3.1扭矩傳感器EPS控制系統(tǒng)的傳感器信號包括轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號、汽車車速信號、汽車軸重信號、電機(jī)電流信號，前三者用于確定助力電機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩大小和方向，后者用于電機(jī)的閉環(huán)控制。這些信號用來作為EPS的輸入信號，共同決定助力信號的輸出。因此，傳感器信息融合是EPS系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。EPS中扭矩傳感器主要有：電阻式轉(zhuǎn)向傳感器、非接觸式電感扭矩傳感器和其他類型傳感器，也有通過在轉(zhuǎn)向軸位置加一扭桿，通過測量扭桿的變形得到扭矩的大小和方向。電阻式轉(zhuǎn)向傳感器實際上是個滑動可變電阻器，當(dāng)操作方向盤時，其電阻的變化最終經(jīng)電路處理以電流的形式將轉(zhuǎn)矩信號送至ECUTM。這種傳感器價格低，但體積大，易于磨損，在早期EPS中應(yīng)用較多。隨著非接觸式扭矩傳感器成本的降低，越來越多的廠商轉(zhuǎn)而采用這種精度高、體積小且壽命長的新型傳感器。圖3所示為KOYO公司研制的非接觸式EPS扭矩傳感器原理圖，該裝置由安裝在輸入軸上的探測環(huán)1和探測環(huán)2，安裝在輸出軸上的另一個探測環(huán)1，探測線圈和補(bǔ)償線圈組成。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動時，扭桿受轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)，由于線圈生扭轉(zhuǎn)，由于線圈固定不動，探測線圈與探測環(huán)之間的位置發(fā)生變化導(dǎo)致線圈磁阻改變，并最終反映扭矩的變化。3.2電液比例閥電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。由于電液比例閥具有形式種類多樣、容易組成使用電氣及計算機(jī)控制的各種電液系統(tǒng)、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點，因此應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。近年研發(fā)生產(chǎn)的插裝式比例閥和比例多路閥充分考慮到工程機(jī)械的使用特點，具有先導(dǎo)控制、負(fù)載傳感和壓力補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｋ某霈F(xiàn)對移動式液壓機(jī)械整體技術(shù)水平的提升具有重要意義。特別是在電控先導(dǎo)操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景圖3-2電液比例閥實物圖4電子轉(zhuǎn)向控制單元4.1電子控制單元的組成及原理組成：動力轉(zhuǎn)向電腦ECU，車速傳感器VSS，電磁閥，分流閥，反應(yīng)室等組成。原理：在汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)向盤不動，電動液壓泵以很低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分工作油經(jīng)過轉(zhuǎn)向閥流回儲液罐，少部分經(jīng)過液控閥然后流回儲液罐；當(dāng)駕駛員開始轉(zhuǎn)動方向盤時，ECU根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)角及角速度，車速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以及電動機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號等，判斷汽車的行駛狀態(tài)，轉(zhuǎn)向狀態(tài)，決定應(yīng)提前提供的助力大小，同時向驅(qū)動單元發(fā)出控制指令，使電動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進(jìn)而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進(jìn)入齒條上的動力缸，推動活塞產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹Γ詤f(xié)助操作員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。4.1.1ECU控單元、汽車電控單元或集成電路控制單元、多路控制裝置等等。汽車制造公司不同叫法也不同。它是由集成電路組成的用于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理發(fā)送等一系列功能的控制裝置。目前在汽車上廣泛應(yīng)用，并且集成度越來越高。電控單元主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括系統(tǒng)電路、電源電路、輸入采集接口電路、輸出驅(qū)動電路等1.系統(tǒng)電路：系統(tǒng)電路以所選定的單片機(jī)為核心，主要有存儲區(qū)擴(kuò)展電路、時鐘電路、復(fù)位電路、通信電路等。2.輸入接口電路：輸入接口主要將從傳感器中采集到的轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、冷卻水溫度等各種發(fā)動機(jī)信號進(jìn)行放大、整形、電壓轉(zhuǎn)換、濾波處理等，保證實時準(zhǔn)確地為CPU提供發(fā)動機(jī)的各種參數(shù)，以便CPU進(jìn)行監(jiān)控。3.驅(qū)動電路：驅(qū)動電路主要是將CPU根據(jù)發(fā)動機(jī)狀態(tài)和操作人員的要求計算得到的控制信號放大驅(qū)動，實現(xiàn)對油量控制機(jī)構(gòu)和定時控制機(jī)構(gòu)的控制。圖4-1電子控制單元工作原理ECU的主要功能1.接受控制信息，主要指接受操作人員的各種控制指令如油門指令。2.系統(tǒng)參數(shù)的采集處理功能，應(yīng)用單片機(jī)豐富的接口資源采集發(fā)動機(jī)的工況和狀態(tài)參數(shù)，之后加以轉(zhuǎn)換處理。3.在控制軟件的管理下，完成各種控制功能，根據(jù)采集的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行工況判斷，實現(xiàn)噴油量控制和噴油定時控制。4.輸出驅(qū)動功能，根據(jù)系統(tǒng)處理后所得的控制信息，進(jìn)行信號輸出放大，驅(qū)動油量控制機(jī)構(gòu)和定時控制機(jī)構(gòu)。5.具備系統(tǒng)自診斷功能，如果檢測到故障，則啟用后備功能。6.與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊的功能。ECU的作用判斷車輛是否是停止?fàn)顟B(tài)，低速行駛狀態(tài)，高速行駛狀態(tài)。ECU通過車速傳感器VSS傳來的輸入信號，按工作狀態(tài)的需求調(diào)節(jié)電磁閥電流的大小，改變反應(yīng)室油壓，產(chǎn)生良好的手感（路感），提高行駛的操縱性和穩(wěn)定性ECU的工作環(huán)境車用ECU所處的環(huán)境十分惡劣復(fù)雜，除了濕度、溫度、振動、沖擊、灰塵、泥砂、水、油污、波動電壓等環(huán)境因素外，電磁環(huán)境更是個不可忽視的問題。為了能使ECU適應(yīng)汽車內(nèi)惡劣電磁環(huán)境，在設(shè)計汽車電子產(chǎn)品時考慮ECU所處的環(huán)境以及對ECU進(jìn)行檢測和評估就顯得十分重要。4.1.2分流閥分流閥作用—將油泵送來的油液分配到轉(zhuǎn)閥，電磁閥和反應(yīng)室中。1.不轉(zhuǎn)向時—油泵和轉(zhuǎn)閥中的油壓小，整個系統(tǒng)為低壓油常流循環(huán)狀態(tài)。2.轉(zhuǎn)向時—轉(zhuǎn)閥油壓升高，電磁閥和反應(yīng)室油壓也隨之升高，此時，電磁閥和反應(yīng)室中油壓的高低，由ECU控制電磁閥來調(diào)節(jié)。4.1.3電磁閥電磁閥的作用—電腦ECU根據(jù)車速信號VSS，來使電磁閥開啟，用0~1A的電流值，調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)的油壓，產(chǎn)生不同的“手感”。1.不轉(zhuǎn)時,電磁閥不通電，系統(tǒng)維持一定低壓。2.原地轉(zhuǎn)向或低車速轉(zhuǎn)向時，ECU輸出大電流給電磁閥，磁吸力吸動空心柱塞下移，使閥口開大，油液大量泄流回油罐，使油壓降低，使司機(jī)產(chǎn)生“輕手感”。3.中高速轉(zhuǎn)向時，電磁閥電流減小,閥口也逐漸減小至閉合，油液泄流回油罐的量減小，使轉(zhuǎn)閥流入分流閥的油壓升高，司機(jī)產(chǎn)生“重手感”，不存在“發(fā)飄”感覺。反應(yīng)室的作用-將液壓反應(yīng)力傳給方向盤，產(chǎn)生輕，重不同的手感，提醒司機(jī)注意。4.2控制單元的功用轉(zhuǎn)向控制單元轉(zhuǎn)向控制單元具有接收和處理各個傳感器信號、輸出執(zhí)行信號以及監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)等多種功能。①轉(zhuǎn)向控制單元接收來自發(fā)動機(jī)控制單元的車速信號或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，以及來自轉(zhuǎn)向角速度傳感器的角速度信號，并計算出理想的控制電流輸出給電動機(jī)，以控制助力力矩的大小和方向。②當(dāng)系統(tǒng)存在故障時，轉(zhuǎn)向控制單元會存儲故障碼并點亮儀表板上的EHPAS警告燈或EPAS警告燈。當(dāng)監(jiān)測到系統(tǒng)內(nèi)電動機(jī)等部件出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，轉(zhuǎn)向控制單元會切斷助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此時機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然正常。③為了保護(hù)電動機(jī)等部件，轉(zhuǎn)向控制單元在適當(dāng)?shù)臅r候會起動臨界狀態(tài)控制程序。例如當(dāng)轉(zhuǎn)向機(jī)轉(zhuǎn)動至極限位置時，由于此時助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動，所以通過電動機(jī)的電流就會達(dá)到最大值，為了避免持續(xù)大電流導(dǎo)致電動機(jī)和控制單元損壞，所以當(dāng)較大電流連續(xù)通過30s后，轉(zhuǎn)向控制單元就會控制電流逐漸減小。當(dāng)這種狀態(tài)消失后，轉(zhuǎn)向控制單元就會根據(jù)需要控制電流逐漸增大，直到達(dá)到正常工作電流值。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有調(diào)校靈活的特點，通過修改轉(zhuǎn)向控制單元內(nèi)存儲的軟件，可以很容易地按照行駛需要設(shè)定或修改轉(zhuǎn)向助力的特性，因此在低速和高速行駛時都能有良好的助力效果。④由于采用了轉(zhuǎn)向控制單元，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以使用故障診斷儀輔助故障的檢修。4.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析液壓助力系統(tǒng)的故障是：漏油。漏油點是：四個油封和閥體上的四個密封圈，要求方向機(jī)打到底的時間不超過15s。電控系統(tǒng)的常見故障有2個：一，怠速時原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時手感沉重；二，中，高速行駛轉(zhuǎn)向時手感發(fā)飄。故障的集中點是：動力轉(zhuǎn)向ECU，電磁閥，車速傳感器VSS,分流閥等元件，可通過檢取故障代碼和電測量并結(jié)合機(jī)理分析來排除。5電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理控制原理為：在轉(zhuǎn)向液壓泵1與轉(zhuǎn)向器5之間設(shè)有旁流通道，由旁通流量控制閥控制流量的大小，間接控制流向動力轉(zhuǎn)向器的壓力油流量，也即控制轉(zhuǎn)向助力的大小。電子控制單元接收扭距傳感器和車速傳感器輸入扭矩和車速等信號，通過分析計算，控制分流電磁閥通電電流的大小，進(jìn)而控制旁通閥的旁通流量，最終控制轉(zhuǎn)向助力的大小。其控制程序決定了操縱特性，當(dāng)?shù)退俸驮剞D(zhuǎn)向時，電磁閥斷電，關(guān)閉旁通流量控制閥，液壓助力最大，保證了低速時轉(zhuǎn)向輕便；中高速時，電子控制單元給電磁閥通電，并根據(jù)車速大小控制通電電流大小。車速不是很高時，通電電流小，由轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油比旁路流回的流量小，液壓助力效果降低的程度??；車速高時，電磁閥通電電流大，電磁閥開啟程度大，由