现代汽车电子控制助力转向系统



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【】电控助力转向系统因具有可变的助力放大倍数,所以其驾驶舒适性、操纵稳定性更高。虽然电子控制助力转向系统分为两个大类一类是带液压系统的电控液压式助力转向系统;一类是不带液压系统而是直接采用电机驱动的电动式助力转向系统。但是其工作过程大致是相同的。转向控制单元根据汽车的形式速度和转向角速度等输入信号,计算出理想的输出信号,然后控制助力效果的大小。
【关键词】电子控制转向系统;助力放大倍数;EH-PAS;EPAS

在机械助力转向系统中,以机械液压助力转向系统最为常见,该系统的核心布局是机械液压泵,液压泵通过传动胶带由发动机驱动。本文将重点对电子控制助力转向系统进行介绍。
1.电子控制助力转向系统的优点
助力效果固定的助力转向系统具有明显的缺点,因为如果涉及的助力放大倍数是为了适应汽车在低速行驶状态下转动方向盘所需的操纵力就显得太小,不利于对高速行驶的汽车进行方向控制;而如果涉及的助力放大倍数是为了适应汽车在高速行驶状态下转动方向盘的操纵力,则当汽车低速行驶或停驶时,转动方向盘时就会显得非常吃力,即转向过于沉重。
为了实现在各种车速下转向时岁序的操纵力都是最佳值,设计人员设计了电子控制助力转向系统。该系统可以随着行驶条件的变化,及时的调整转向助力的放大倍数,即在汽车低速行驶时,转向助力力矩较大;在汽车高速行驶时,转向助力力矩较小。
随着人们对汽车舒适性和安全性求的不断提高,目前的电子控制助力转向系统已不仅仅具有车速感应转向功能,有些车型还具有“一般转向模式”和“运动转向模式”可供选择,且驾驶员可以在两种转向模式之间自由切换。
2.电子控制助力转向系统的分类
2.1电控液压式助力转向系统
电子—液力式助力转向系统是在机械液压助力转向系统的基础上,增加了控制液体流量的电磁阀、车速传感器及转向控制单元等部件。为了实现车速感应式转向功能,转向控制单元根据车速信号控制电磁阀,从而通过控制液体流量来实现助力作用随车速而变化。
在电动—液力式助力转向系统中,由电动机驱动的电动液压泵代替了机械液压助力转向系统中的机械液压泵,而且增加了车速传感器、转向角速度传感器及转向控制单元等部件。从技术性能上讲,电动—液力式助力转向系统更胜一筹。
2.2电动式助力转向系统
电动助力转向系统是一种直接依靠电动机提供助力的转向系统,这种转向系统省去复杂的液压管路和储液罐等液压部件,同时不采用发动机的动力作动力源,而是依靠蓄电池作为其动力源。电动助力转向系统不需复杂的控制机构,只根据需改变电动机的电流大小和方向,就能实现助力转向系统的自动控制。
虽然电子控制助力转向系统分为两大类,但是其工作过程大致是相同的。转向控制单元根据汽车的行驶速度和转向角速度等输入信号,计算出理想的输出信号,然后控制助力效果的大小。在电控液压式助力转向系统中,液压泵工作,通过液压油为转向机提供助力;电动助力转向系统中,由电动机通过减速机构为转向机提供动力。当汽车低俗行驶时,转向控制单元控制电动机输出较大的功率,使驾驶者可以轻松地转动方向盘;当汽车高速行驶时,转向控制单元控制电动机输出较小的功率,这样驾驶者在操纵方向盘时就比较稳定,从而实现车速感应式转向。
3.电子控制助力转向系统组成部件及作用
电控液压式助力转向系统(EH-PAS,Electro-HydraulicPowerAssistSteering)的主部件包括电动机(电磁阀式的液压泵直接由发动机曲轴驱动,没有电动机)、液压泵、转向机、转向角速度传感器、转向控制单元、EH-PAS警告灯及助力油储液罐,其中转向控制单元和电动机及液压泵通常安装在一起。
3.1电动机
通常采用免维护无碳刷式电动机,这种电动机利用电子方式实现整流,不存在碳刷磨损的问题,因此具有很好的可靠性和较长的使用寿命。当不需提供转向助力时,电动机在很小的电流驱动下转动;当这样需较大的转向助力时,电动机可以立即提高转速,提供所需的助力。
3.2液压泵
采用齿轮式液压泵或叶片式液压泵,泵体内布置有共鸣室和限压阀,共鸣室的作用是降低液压泵的工作噪声,限压阀则可以将液压控制在规定的范围内。当电动机转动时,带动机械液压泵,驱动液压油流动。
在更换液压油或更换助力转向系统部件,导致空气进入液压管路时,需对电控液压助力转向系统执行排气程序。否则会导致转向时产生噪声或震动。
3.3转向角速度传感器
通常采用霍尔式传感器,内置于方向盘或转向机内(在拆卸和安装转向角速度传感器时,应注意将方向盘置于正中间位置)。转向角速度传感器持续监控汽车的转动角速度,作为转向控制单元控制助力的参考依据。当车辆高速行驶时,在车速感应式转向功能的作用下,助力转向系统提供的助力会减小;但是,在汽车行驶中有时会出现需紧急转向的突发情况,当驾驶者快速转动方向盘时,转向角速度传感器会感知这一变化,并会向转向控制单元发出信号,转向控制单元控制电动机的转速迅速提高,转向助力作用会瞬时增大,以保证汽车顺利完成转向动作。
3.4转向控制单元
①转向控制单元接收来自发动机控制单元的车速信号或发动机的转速信号,以及来自转向角速度传感器的角速度信号,计算出理想的控制电流并输出给电动机,以控制助力力矩的大小和方向。
②当系统存在故障时,转向控制单元会存储故障码并点亮仪表板上的EH-PAS警告灯或EPAS警告灯。当监测到系统内的电动机等部件出现严重故障时,转向控制单元会切断助力转向系统,此时机械转向系统仍然正常。
③为保护电动机等部件,转向控制单元在适当的时候会启动临界状态控制程序。当转向机转动至极限位置时,由于此时助力转向系统的电动机不能转动,所以通过电动机的电流会达到最大值,为了避免持续大电流导致电动机和控制单元损毁,当较大电流连续通过30s后,转向控制单元会控制电流逐渐减小。当这种状态消失后,转向控制单元就会根据需控制电流逐渐增大,直到达到正常工作的电流值。
4.电子控制助力转向系统的优缺点
4.1电子控制助力转向系统的优点
①由于电子控制助力转向系统采样电动机代替了发动机驱动及的机械液压泵,在一定程度上降低了发动机的负荷,从而可以降低汽车的燃油消耗。
②根据技术性统计结果,车辆在正常行驶时,85%以上的行驶时间内不需提供助力,而电子控制助力转向系统中的电动机在不需提供助力时仅有很小的电流通过,只是在需提供助力时才会提高通过的电流,这样就可以避免消耗不必的电能。
③电子控制助力转向系统具有调校灵活的特点,通过修改转向控制单元内存储的软件,可以很容易的按照行驶需设定或修改转向助力的特性,因此在汽车低速和高速行驶时都能具有良好的助力效果。
④由于采取了转向控制单元,在系统中出现故障时可以使用故障诊断仪来辅助故障检修。
4.2电子控制助力转向系统的缺点
①对于电子-液力式和电动-液力式助力转向系统而言,仍然保留有液压动力传递系统,因此仍然具有一些机械液压助力转向系统的缺点,例如系统结构复杂、液压管路有泄漏的可能等。
②对于电动式助力转向系统,由于省去了液压管路,占用空间较小,因此在车身上的布置比较灵活。但是,电动式助力转向系统的助力力矩不够大,一般仅应用于轻型汽车。