利用电液控制技术的汽车动力转向系统(Power Steering)已经成为汽车转向系发展的主流,它依靠驾驶人的体能并在其他能源帮助下进行汽车转向,较好地解决了转向轻便和转向灵敏的矛盾,提高了行驶的安全性和舒适性。
目前应用广泛的助力转向系统有:液压助力转向系统(HPS)、电控液压动力转向系统(EHPS)、电动助力转向系统(EPS)。由于电源和电动机的原因,限制了EPS在大型汽车上的应用;液压助力转向系统能量损失大,不适合小型车采用,但助力能量特别大,所以在大型车上应用广泛。
1.液压助力转向系统
液压助力转向系统是在驾驶人的控制下,借助于汽车发动机带动液压泵产生的液压力来实现车轮转向。液压动力转向技术相对较成熟,有很好的路面信息反馈性能,操控精确,助力能量能通过调节液压阀进行调节,普及率最高。如采用液压驱动的转向系统,可以简化机械转向机构,对那些因结构限制不便采用机械转向或对转向性能有特殊要求的车辆,是一个很好的选择。通常的工程机械全液压转向系统是以一种开环模式工作,没有相应装置对转向操纵过程中的动态变化及时做出反馈,驾驶员往往凭借感觉判断转向是否到位,导致工作效率低下,同时容易产生安全隐患。图2-46是全液压转向系统原理图。
全液压转向器为转阀式结构,总成的结构如图2-47所示。
图2-46 全液压转向系统原理图
1—轮胎 2—转向梯形机构 3—转向液压缸 4—液压转向器 5—发动机 6—液压泵
阀体即是转向器的壳体,所有零件都装在转向器内,控制阀由阀芯和阀套组成,两者用拨销连接,碟形弹簧定位。阀体上有5个液压油口,进油口P,回油口T,出油口L、R和控制油口LS。阀芯上的销孔比阀套上的销孔大,阀芯可以相对阀体左右转过一定角度。阀芯直接与方向盘的转向柱相连,阀套通过拨销、连接轴与计量液压马达转子相连。计量液压马达由转子和定子组成一对内啮合齿轮。用单向阀将进油口与回油口连接起来,当液压泵不能供油或供油不足时,可以实现人力转向。人力转向时相当于手动泵油,通过拨销传递转矩。在动力转向时,计量液压马达保证流进执行器的流量与方向盘的转角成正比且一一对应。
图2-47 全液压转向器结构(www.daowen.com)
1—阀体 2—阀套 3—阀芯 4—碟形弹簧 5—定子 6—转子 7—拨销 8—连接轴
液压转向器工作原理如图2-48所示,图2-48a是转向器简图,图2-48b是功能原理图。当转向器处于中位时,即方向盘不转动,在碟形定位弹簧的作用下,阀芯与阀套处于中位。此时,进油口P被隔断,油液不能进入转向器,出油口L、R和控制油口LS与油箱接通卸荷。当车辆转向时,方向盘转动带动阀芯,开始时由于阀套与计量液压马达转子相连而不能转动。随着阀芯的转动,改变了阀芯与阀套的相对位置,相应油路接通,油液通过阀芯与阀套的油路进入计量液压马达一侧,计量液压马达在油液作用下转动,另一侧排油,油液经过后面的控制阀进入液压缸,使车辆转向。计量液压马达转动时,带动阀套一起转动。若此时方向盘停止转动,则阀套在转动过程中逐渐恢复与阀芯的原始对中位置,转向轮停止转动,此即液压反馈伺服作用;若方向盘继续转动,则阀芯与阀套之间始终存在一定的相位差,油液源源不断经过计量液压马达进入液压缸,使车辆转向轮一直转到最大位置为止。
图2-48 液压转向器工作原理
a)转向器简图 b)转向器功能原理图
当发动机熄火或转向泵发生故障时,可以实现人力转向。转动方向盘时,阀芯跟随转动,当消除阀芯与阀套间的相对转角后,经拨销、阀套、连接轴带动转子转动,此时计量液压马达起泵的作用,将油从回油口T吸入,经单向阀、阀芯和阀套进入泵的进油腔,出油腔排出的高压油经控制阀进入液压缸,推动转向轮转动,实现转向。
2.电控液压动力转向系统
电控液压动力转向系统的种类很多,但其基本原理都是通过在液压泵或转向器上加装电子执行机构或辅助装置,并根据车速控制液压系统的流量或压力的。目前使用较多的电控液压动力转向系统采用直流电动机代替发动机驱动液压泵。控制器根据车速信号、方向盘转速信号控制电动机转速,从而控制液压泵的流量,达到助力转向的目的。在没有转向操作时,电动机以较低转速运转甚至停止运转,因而可以降低能量消耗。电控液压动力转向系统主要由液压泵、电磁阀、分流阀、动力缸、齿轮箱与控制阀组成,如图2-49所示。
随着对环保要求以及对操作稳定性、舒适性要求的提高,电控液压动力转向系统、电动助力转向系统将广泛应用于汽车转向系。电控液压动力转向系统是介于液压助力转向系统和电动助力转向系统之间的过渡产品,在目前阶段,由于电控液压动力转向系统技术相对较成熟,成本较电动助力转向系统低,较液压助力转向系统节能环保,并且较EPS具有非常优越的转向感,因此在一定时期还将具备较大的市场潜力,将继续得到改进和发展。
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