液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計

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1、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。前一項目標與環(huán)境保護密切相關(guān),是當代全球性熱門話題,后兩項目標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)車輛的運行狀況和駕駛員的要求實行多目標控制,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

2、對電液動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進行了分析,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)學模型。 接著利用所建的數(shù)學模型對電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成各元件進行特性分析,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

3、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:This thesis mainly elaborated the modern engineering vehicles pursuit of high efficiency and energy saving, high technology comfort and high security objectives etc. Former a target and environmental protection, is clos

4、ely related to the contemporary global hot topic, after two objectives are vehicles performance-based direction toward a high development must study and solve important issue. Steering system of high performance is to show its can according to the operation status of vehicles and drivers for the con

5、trol of multi-objective to obtain good steering portability, better lk feeling and quicker response sex. Automotive steering system is to influence the vehicle steering stability, driving safety and driving comfort key part. In the pursuit of high efficiency and energy saving, high comfort and high

6、security today, electronically controlled hydraulic steering system as a new car power steering system, with its energy-saving, environmental protection, better handling characteristics and steering lk feeling, become the focus of power steering technology research. This article through to electrohy

7、draulic power steering system composition structure are analyzed, explains its working principle. On the analysis of the hydraulic steering system of hydraulic steering the working principle and the structure of the established hydraulic steering gear, the hydrodynamic model, the mathematical model.

8、 Then use the model of electronically controlled hydraulic steering system composition for each element analysis, understand the characteristics of some parameters affect system performance. And through the system simulation, analyzes its performance meets the requirements of the actual work. In ord

9、er to realize the system to performance, the system hardware and software design. Finally, according to the electrohydraulic power steering system structure diagram, built the corresponding test device, and at the same time through testing system, completed the performance testing. This research for

10、 electrohydraulic power steering system design and performance improvement provides certain basis. Through the system components for the parameters of the system performance impact analysis helps us to the design of the system more reasonable parameters selection; Through the simulation analysis of

11、the performance of the system model is built, joined the PID control algorithm adjustment, showed that the designed system can meet the practical steering requirements. Key words:Hydraulic steering; Booster; Pressure; Flow; power 目 錄 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究1 1引言4 1.1液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡介4 1.2機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4 2液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

12、的介紹6 2.1動力轉(zhuǎn)向系6 2.2液壓動力轉(zhuǎn)向7 2.2液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理8 2.3液壓回路設(shè)計工作原理10 3硬件選取12 3.1扭矩傳感器12 3.2電液比例閥13 4 電子轉(zhuǎn)向控制單元14 4.1 電子控制單元的組成及原理14 4.1.1 ECU14 4.1.2 分流閥15 4.1.3 電磁閥16 4.2 控制單元的功用16 4.3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見故障分析17 5電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理18 6 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22 1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

13、前已成為絕大多數(shù)轎車的一項標準配置，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度的裝置?？墒呛芏嘬囉言诿鎸χT如機械式液壓助力轉(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)汽修廠負責人介紹，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓和機械等兩部分組成，它是以液壓油做動力傳遞介質(zhì)，通過液壓泵產(chǎn)生動力來推動機械轉(zhuǎn)向器，從

14、而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的。 傳統(tǒng)機械液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓泵由汽車發(fā)動機驅(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)動機動力資源。 現(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

15、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)動機功率。 1.2機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 機械轉(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械的。機械轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(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

16、一右轉(zhuǎn)向節(jié) 圖1-1機械轉(zhuǎn)向系示意圖 圖1-1所示為機械轉(zhuǎn)向系的組成和布置示意圖。當汽車轉(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)向操縱機構(gòu)。由轉(zhuǎn)向搖臂至轉(zhuǎn)向梯形這一系列部件和零件

17、(不含轉(zhuǎn)向節(jié))，均屬于轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。 目前，許多國內(nèi)外生產(chǎn)的新車型在轉(zhuǎn)向操縱機構(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

18、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)動機通過動力

19、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)當能由駕駛員獨立承擔汽車轉(zhuǎn)向任務(wù)。因此，動力轉(zhuǎn)向系是在機械轉(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，駕駛員通過機械傳動系加于轉(zhuǎn)向節(jié)的力遠不足以使轉(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

20、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”。當前軸負荷增加到某一數(shù)值后，靠人力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪就很吃力。為使駕駛

21、員操縱輕便和提高車輛的機動性，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)動機的動力驅(qū)動油泵、空氣壓縮機和發(fā)電機等，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

22、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。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，達到令人滿意的程度，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：

23、 (1)減小駕駛員的疲勞強度。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。可以比較自由地根據(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，當汽車高速行駛時，如果發(fā)生爆胎，將導致汽車轉(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

24、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，油泵也一直運轉(zhuǎn)，增加了能量消耗。 (3)存在滲油與維護問題，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)向存在的不足進行改進，開發(fā)出一些新型液壓動力轉(zhuǎn)向技術(shù)。這種技術(shù)上的改進主要圍繞第(1)、(2)點不足。對第(1)點不足的主要改進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

25、種是機械式，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。 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)主要由機械部分和液壓助力裝置兩部分組成。機械部分由轉(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

26、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。 滑閥7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?；y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)動機通過帶或齒輪來驅(qū)動，壓力油經(jīng)油

27、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油道量孔4進入閥體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

28、，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

29、，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入液壓缸右腔，推動活塞運動。當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

30、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、電機電流信號，前三者用于確定助力電機的助力轉(zhuǎn)矩大小和方向，后者用于電機的閉環(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

31、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，探測線圈和補償線圈組成。當方向盤轉(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

32、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械、液壓或電的形式進行反饋。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械的使用特點，具有先導控制、負載傳感和壓力補償?shù)裙δ?。它的出現(xiàn)對移動式液壓機械整體技術(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)

33、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)動機轉(zhuǎn)速以及電動機轉(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，使電動機產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速以驅(qū)動油泵，進而輸出相應(yīng)流量和壓力的高壓油。高壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向控制閥進入

34、齒條上的動力缸，推動活塞產(chǎn)生適當?shù)闹?，以協(xié)助操作員進行轉(zhuǎn)向操作，從而獲得理想的轉(zhuǎn)向效果。 4.1.1 ECU 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為核心，主要有存儲區(qū)擴展電路、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

35、置、冷卻水溫度等各種發(fā)動機信號進行放大、整形、電壓轉(zhuǎn)換、濾波處理等，保證實時準確地為CPU提供發(fā)動機的各種參數(shù)，以便CPU進行監(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)對油量控制機構(gòu)和定時控制機構(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)用單片機豐富的接口 資源采集發(fā)動機的工況和狀態(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)進行工況判斷，實現(xiàn)噴油量控制和噴油定時控制。4.輸出

36、驅(qū)動功能，根據(jù)系統(tǒng)處理后所得的控制信息，進行信號輸出放大，驅(qū)動油量控制機構(gòu)和定時控制機構(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)進行實時通訊的功能。 ECU的作用 判斷車輛是否是停止狀態(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

37、汽車電子產(chǎn)品時考慮ECU所處的環(huán)境以及對ECU進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

38、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)動機控制單元的車速信號或發(fā)動機轉(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，

39、以控制助力力矩的大小和方向。 ②當系統(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。當監(jiān)測到系統(tǒng)內(nèi)電動機等部件出現(xiàn)嚴重故障時，轉(zhuǎn)向控制單元會切斷助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此時機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然正常。 ③為了保護電動機等部件，轉(zhuǎn)向控制單元在適當?shù)臅r候會起動臨界狀態(tài)控制程序。例如當轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)動至極限位置時，由于此時助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電動機不能轉(zhuǎn)動，所以通過電動機的電流就會達到最大值，為了避免持續(xù)大電流導致電動機和控制單元損壞，所以當較大電流連續(xù)通過30 s后，轉(zhuǎn)向控制單元就會控制電流逐漸減小。當這種狀態(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，直到達到正常工作電流值

40、。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

41、機理分析來排除。 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?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

42、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，由轉(zhuǎn)向液壓泵輸出的液壓油比旁路流回的流量大，液壓助力效果降低的程度大，駕駛員在轉(zhuǎn)向盤處獲得的路感就強，避免了高速“發(fā)飄”現(xiàn)象的發(fā)生，但這時轉(zhuǎn)向操縱力也需適當加大。當控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，旁通閥完全關(guān)閉，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變?yōu)榉请娍氐膭恿D(zhuǎn)向系統(tǒng)。 再者，扭距傳感器可以檢測汽車方向盤的轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的扭矩并把該扭矩的變化轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給電子控制單元，電子控制單元再根據(jù)該信號來調(diào)節(jié)電液比例閥的開口大小最終達到調(diào)節(jié)液壓回路中油量大小的目的。 6 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點 相對機械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，電控液壓助力轉(zhuǎn)向

43、系統(tǒng)具有以下特點： (1)優(yōu)點 ①由于電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了電動機代替發(fā)動機驅(qū)動機械液壓泵，這在一定程度上降低了發(fā)動機的負荷，從而降低了燃油消耗。 ②根據(jù)技術(shù)性統(tǒng)計結(jié)果，車輛在正常行駛時，在超過85%的行駛時間內(nèi)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不需要提供助力。電子控制助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的電動機在不需要提供助力時只有很小的電流通過，只有在需要提供助力時才會提高通過的電流，這樣可以避免消耗不必要的電能。 ③系統(tǒng)組成 電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱為EHPAS(Electro-Hydraulic Power Assist Steering)，系統(tǒng)部件主要包括電動機、液壓泵、轉(zhuǎn)向機、轉(zhuǎn)向角速度傳感器、轉(zhuǎn)向控制單元

44、、EHPAS警告燈以及助力油儲液罐等，其中轉(zhuǎn)向控制單元和電動機及液壓泵通常安裝在一起。 (2)缺點 ①雖然采用了電能作為動力源，但是仍然保留有液壓動力傳遞系統(tǒng)，因此電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然具有一些機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)缺點，例如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及液壓管路有泄漏的可能等問題。 ②由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)省去了液壓管路，因此助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在車身上的布置位置比較靈活。但是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系仍然帶有液壓管路和儲油罐等，系統(tǒng)不能實現(xiàn)模塊化設(shè)計，各部件在車身上的布置仍然有一定的局限性。 結(jié) 束 語 完成情況：本次課程設(shè)計我們組通過四位同學的共同努力在規(guī)定的時間內(nèi)順利的完成了課程設(shè)計。

45、 所得收獲：通過本次實訓我獲益匪淺，基本掌握了液壓回路的設(shè)計方法吧，在課外知識的補充中，我感覺到自己更加的充實、更加的掌握了這學期所學的各種回路和閥體的使用，在此，我深深的感謝馬老師給予的幫助。 雖然我的設(shè)計不是很成熟，還有很多不足之處，但是我付出了自己的勞動，這是我引以為自豪的地方。我相信只有經(jīng)歷過的人才會明白其中的酸甜苦辣。其實學到的知識其實是次要的，重要的是我們探索知識的過程，這個過程便是一個人自主學習能力的體現(xiàn)，它將影響著我今后的發(fā)展。 謝 辭 在整個課程設(shè)計中，我得到了指導老師馬老師的熱心指導和幫助，本論文設(shè)計在馬老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫

46、作過程，無不凝聚著馬老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，xx老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向馬老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在此，我還要借此機會向所有給予了我?guī)椭椭笇У乃欣蠋煴硎居芍缘闹x意，感謝他們的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時，在課程設(shè)計寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 文 獻 [1] ：《汽車之家》 [2] ：《現(xiàn)代汽車底盤技術(shù)》