电控动力转向系统(EHPS)介绍

1 电控动力转向系统 电控动力转向系统 EHPS 介绍 介绍 汽车转向系统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纵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的控制下 借助于汽车发动机产生的液体压力 或电动机驱动力来实现车轮转向 所以动力转向系统也称为转向动力放大 装置 随着道路条件的不断改善 汽车速度的不断提高 对转向系统操纵的安全 性与舒适性提出了更高的要求 动力转向系统由于具有使转向操纵灵活 轻便 设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性大 能吸收路面对前轮 产生的冲击等优点 因此已在各国的汽车制造中普遍采用 但是 从易于 驾驶和安全性方面考虑 理想的操纵状态是低速时转向始终应当轻快 而 在高速时要有适当的手感并且运行平稳 因此 对于传统的液压动力转向 器 其固定的放大倍率成为动力转向系统的主要缺点 往往是满足了低速 转向轻便的要求便无法满足高速转向时要求的手感 或者满足了高速转向 时有良好的手感但低速时又不免转向沉重 电子控制技术在汽车动力转向系统的应用 使汽车的驾驶性能达到了 令人满意的程度 电子控制动力转向系统可以在低速行驶时使转向变轻 灵活 当汽车在中高速区域转向时 又能 保证提供最优的动力放大倍率及稳定的转 向手感 从而提高了高速行使的操纵稳定 性 见图 1 电子控制动力转向系统 简称 EPS 根据动力源不同又可分为液压式电子 电子控制动力转向 无动力转向 小 低 操 舵 力 动力转向 高 车速 大 图 1 操舵力特 性 2 控制动力转向系统 液压式 EPS 又作 EHPS 和电动式电子控制动力转向 系统 电动式 EPS EHPS 是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了 控制液体流量的电磁阀 车速传感器和电子控制单元等装置构成的 电子 控制单元根据检测到的车速信号 控制电磁阀的开度 使转向动力放大倍 率实现连续可调 从而满足高 低速时的转向助力要求 电动式 EPS 则是 利用直流电动机作为动力源 电子控制单元根据转向参数和车速信号 控 制电机输出扭矩 电动机的输出扭矩经由电磁离合器通过减速机构减速增 扭后 加在汽车的转向机构上 使之得到一个与工况相适应的转向作用力 EHPS 从控制方式可以分为以下几种类型 其中 第 1 种和第 2 种类型是 EHPS 发展初期的控制方式 主要的 控制目标都是将系统中的动力泄荷掉一部分以实现高速时减小助力 但这 样做的弊病就是浪费了动力 不利于车辆省油 而且 还有急转弯反应迟 钝的缺点 需要安装特别装置才能解决 现在已很少采用 第 3 种油压 反馈控制式现在使用的比较普遍 其根据车速传感器 控制反力室油压 改变压力油的输入 输出的增益幅度以控制操舵力 操舵力的变化量 按 照控制的反馈压力 在油压反馈机构的容量范围内可任意给出 急转弯也 没问题 但是其结构复杂 各部分的加工精度要求较高 价格也较高 第 序号序号名名 称称控控 制制 对对 象象 1 流量控制式向助力系统供给的流量 2 动力缸分流控制式动力缸有效的工作压力 3 油压反馈控制式作用于油压反馈机构的压力 4 阀特性控制式系统中控制阀的压力 3 4 种阀特性控制式是近几年开发的类型 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 以控制油压的新方法 这种 控制方式使来自油泵的供给流量没有浪费 结构简单 部件少 价格便宜 有较大的选择操舵力的自由度 可获得自然的操舵感和最佳的操舵特性 又因其阀结构简单 在传统的液力转向系统上不须做太多的改动就可实现 所以成为 EHPS 今后发展的主流 车速感应式电子控制动力转向车速感应式电子控制动力转向 系统概要简介 该系统在传统的液压动力转向器的转阀上做了局部改进 并增加了比 例电磁阀 电子控制单元 车速传感器等实现 转阀的可变油口分为低速 油口和高速油口两种 高速油口的前后设有低速油口 在高速油口之后设 有旁通回路 在旁通回路中又设置了比例电磁阀 根据车速开启电磁阀 改变电磁阀的灵敏度以控制操纵力 系统备有故障安全保险功能 当电气 系统发生故障时 具有确保高速工况的操作特性 典型的系统如图 2 所示 图 2 EHPS 系统图 4 1 发动机 2 前轮 3 17 动力转向泵 4 齿轮齿条机构 5 19 油箱 6 18 比例电磁阀 7 20 电控单元 ECU 8 车速传感器 9 车灯开关 10 空挡开关 11 离合器开关 12 保险丝 13 蓄电池 14 动力缸 15 外体 16 内体 主要部件的结构及工作过程 转阀转阀转阀一般在圆周上形成 6 条或 8 条沟槽 图 3 示出了用于可变特 性的具有 12 条沟槽的系统 各沟槽利用阀体 与泵 动力缸 电磁阀及 油箱连接 图 3 示出实际的转阀结构剖面图 阀部的等效电桥电路如图 4 所示 系统在动力缸与回油口之间 配置了两个可变油口 在这两个 可变油口之间设有电磁阀控制的 油压回路 可变油口 1R 1L 2R 2L 是能以较小的 转向扭矩关闭的低速油口 1L1R 油箱 ECU 油泵 2L2R 动力缸 3L 3R 比例电磁阀 图 3 转阀及电磁阀剖面图 图 4 阀部电桥电路 5 3R 3L 是能以较大转向扭矩关闭的高速油口 工作原理如图 5 当车辆处于低速行驶或 停车时 电磁阀完全关闭 由于旁通回路截止 高灵敏 度低速油口 1R 及 2R 以较小 的转向扭矩关闭 所以具有 轻便的转向特性 图 5 车辆高速行驶时 电磁 阀完全开启 液压油经过旁 通回路 流回油箱 灵敏度 低的高速油口 3R 控制通向动 力缸的油压 所以具有重工 况的转向特性 图 6 从低 速到高速的过渡区间 由于 电磁阀的作用 根据车速控制其可 变油口的开度 可按顺序改变转向 特性 见图 7 ECU 油箱 油泵 1R P2 2R 完全关闭 比例电磁阀 P P2 P3 动力缸 3R P3 油箱 ECU 油泵 完全开启 2R P2 0 比例电磁阀 动力缸 P P3 1R 3R P3 图 5 低速或停车时 图 6 高速时 6 电磁阀电磁阀图 3 示出了电磁阀的一种结构 该阀设有控制流量的旁通油 路 是可变节流阀 在低速时电磁线圈通过最大的电流 可变油口关闭 随着车速的提高 顺次减小通电电流 可变油口开启 在高速时开启面积 达到最大值 该阀在左右转向时 液压油的流动方向可以逆转 所以在上 下流动方向中 可变油口必须具有相同的特性 为确保高压时流体力作用 于阀 必须提供稳定的油压控制 电子控制单元 电子控制单元 ECU ECU 接受来自车速传感器的信号 换算后向电磁阀 的电磁线圈中输出相应 的电流 同时 ECU 还 监测自身及附件的工作 情况 一旦出现异常会 立刻作出反应 图 8 示 出了控制力特性图 电子控制动力转向系统的发展前景 理论上来讲 液压式 EPS 是在优化车速所对应的操纵性和稳定性处于 均衡状态下 控制助力大小而获得最佳手感的系统 同常规的液压动力转 向系统相比 它有以下优点 1 阀特性可变 手感好 电子控制单元接受速度传感器传递来的脉 图 7 系统的操舵特 性 图 8 车速 电流特性 7 冲信号 按照预先设定的转换规则输出相对应的电磁阀控制信号 控制电磁阀口的开度 进而得到此时刻的最佳助力 实际使用时 可根据路面状况 车辆性能及个人习惯设置不同的阀特性曲线系 数 使转向系统适应范围更加广泛 2 结构简单 部件少 成本低 在原有转向器的基础上不需太大的 改动 3 能够把油泵提供的流量尽可能的变成作用在动力缸中的压力 耗 能少 效率高 4 系统具有失效自动保护装置 因为电子控制系统只是附加在原来 的转向机上 所以当电子控制系统失效而使电子信号消失时 系 统会自动恢复到普通液压动力转向状态 目前 国外的许多高档轿车上已经开始装配电控动力转向器 采用的 样式也不外乎前面介绍的几种 如日产蓝鸟轿车采用的是流量控制式 EHPS 圣迪亚轿车采用的是反力控制式 EHPS