动力转向系概述及其工作原理

动力转向系概述及其工作原理

·动力转向系概述
·液压动力转向系组成和工作原理

 ·一、动力转向系概述

1、动力转向系的功用及应用

·应用：在转向阻力很大的汽车上，采用动力转向装置

·转向能源：动力转向的能量只有一小部分是驾驶员提供的，大部分是发动机驱动转向油泵旋转，将发动机输出的部分机械能转化为压力能

·功用：压力能在驾驶员控制下，对传动装置施加随动渐进压力，实现转向。

2、动力转向的分类

（1)按动力能源分

1）液压式 以液压为动力源，目前广泛应用

·液压动力转向系的工作压力可高达10MPa以上，故其部件尺寸很小

·液压系统工作时无噪声，工作滞后时间短，而且能吸收来自不平路面的冲击

2）气压式 以压缩空气为动力源，仅限于重型且采用气压制动的汽车

·主要应用于一部分其前轴最大轴载质量为3～7t并采用气压制动系统的货车和客车

·装载质量特大的货车也不宜采用气压转向加力装置，因为气压系统的工作压力较低(一般不高于0．7MPa)，用于这种重型汽车上时，其部件尺寸将过于庞大

（2)按动力缸、控制阀及转向器的相对位置分

1）整体式 其机械转向器和动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起。

2）半整体式 其转向控制阀同机械转向器组合成一体，而转向动力缸则作为一个独立的部件。

3）转向加力器 其机械转向器独立，而将转向控制阀和转向动力缸组合成一体。

3、动力转向系的基本结构组成和工作原理

1）结构组成

·在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成

·转向加力装置是由机械转向器、转向动力缸和转向控制阀三大部分组成

2）液压动力转向系的工作过程

·当驾驶员逆时针方向转动转向盘时，转向摇臂将拉动转向直拉杆向前运动。

·转向直拉杆的拉力作用下实现机械转向，这时汽车将向左转向．

·与此同时，转向直拉杆还带动了转向控制阀中的滑阀移动，使转向动力缸的右腔接通转向油泵的出油口，右腔通过转向控制阀与转向油罐接通，转向动力缸的活塞所受的向右的液压作用力便经其推杆也作用在转向横拉杆上。由于液压作用力较大，便在很大程度上减轻了驾驶员的操纵力

二、液压动力转向系组成和工作原理

· 液压动力转向系分常压式和常流式两种

1、常压式液压动力转向系

1）结构

·由转向油缸、转向油泵、储能器、转向动力缸、转向控制阀和机械转向器组成

2）工作过程

·转向油泵在发动机带动下运转，输出的压力油充入储能器。当储能器压力达到规定值时，油泵自动卸荷空转

·转向控制阀常处于关闭状态，当驾驶员转动转向盘时，机械转向器通过转向摇臂等杆件推动转向控制阀进入开启位置，储能器中的压力油流入转向动力缸，通过动力缸推杆输出的液压作用力作用在转向传动机构上。

·转向盘一停止转动，转向控制阀随即回到关闭位置

·综上所述，无论转向盘处于什么位置，无论运动还是静止，液压系统工作管路中总是保持高压。

2、常流式液压动力转向系

（1）结构

·主要由转向油罐、转向油泵、安全阀、流量控制阀、单向阀、转向控制阀、机械转向器和转向压力缸组成

1）转向控制阀：有滑阀式和转阀式两种

·滑阀式：阀体沿轴向移动来控制油液流量的转向控制阀

·转阀式：阀体绕其圆心转动来控制油液流量转向控制阀

2）安全阀限制油泵输出的最大压力

3）流量控制阀：用以限定转向油泵的最大流量，流量控制阀和安全阀一般制作在油泵内

4）单向阀：在加力装置正常的情况下关闭。在加力装置失效时开启，使油罐中的油液流入动力腔的吸油侧，也叫短路阀

（2）工作过程

·转向控制阀经常处于开启位置

·转向动力缸的活塞两端工作腔均与低压回油管路相通而不起作用，转向油泵输出的油液流入转向控制阀后又流回转向油罐，回流阻力很小，所以油泵输出压力很低，处于空转状态

·当驾驶员转动转向盘时，机械转向器使转向控制阀处于工作位置，转向动力缸的相应工作腔与回油路隔绝，转而与油泵输出管路相通，动力腔另一侧仍然与回油管路相通

·转向阻力大于油管压力，油泵输出的油压迅速升高，直到推动转向动力缸活塞为止

·转向盘停止转动，转向控制阀随即回到中立位置

3、两种转向加力装置比较

1）常压式优点

·储能器积蓄压力能，可以用小流量的油泵，而且可以在油泵不运转的情况下保持一定的转向加力能力，这一点对重型汽车很重要

2）常流式优点

·结构比较简单、油泵寿命长，泄漏少，消耗功率也较小

·目前常压式应用很少，常流式广泛应用于各型汽车

4、常流式转向加力装置的结构布置方案

·按机械转向器、转向控制阀和转向动力缸三者的组合及相对位置，可有如下三种布置方案

（1）整体式

·机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起。

（2）半整体式

·将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，而动力缸则作为独立件

（3）转向加力器

·机械转向器作为独立件，而控制阀和动力缸组合成一个部件

第18讲 动力转向器、油泵与电控转向

·动力转向器·转向油罐与转向油泵·电控转向

 ·一、动力转向器

1、类型：

·按机械转向器、转向控制阀和转向动力缸三者的组合及相对位置，可有如下三种动力转向器

（1）整体式

·机械转向器和转向动力缸设计成一体，并与转向控制阀组装在一起。

·动力缸、控制阀、转向器合为一体时称为整体式动力转向器

（2）半整体式

·将转向控制阀同机械转向器组合成一个部件，该部件称为半整体式动力转向器

·而动力缸则作为独立件

（3）转向加力器

·机械转向器作为独立件

·控制阀和动力缸组合成一个部件，称为转向加力器

2、动力转向器的结构及其工作原理（以整体式动力转向器为例）

1）动力转向器的组成结构

·目的，国产轿车上几乎毫无例外地采用了转阀式的整体动力转向器。如：汽生产的红旗CA7220型、一汽大众生产的奥迪、捷达以及神龙汽车有限公司牛产的富康等轿车，皆为这种结构形式。

·采用的带整体式动力转向器，机械转向器、转向动力缸和控制阀设计成一体，组成整体式动力转向器。

·其控制阀为滑阀或转阀。

·转向动力缸活塞与机械转向器制成一体。活塞将转向动力缸分成左右两腔。

·转向控制阀组装在机械转向器的下端，转向轴转动控制转向控制阀的工作状态。

2）工作原理（以奥迪轿车为例）

· 叶轮泵由发动机驱动，转向控制阀装在转向柱下端，齿条右端装有动力缸，缸分成两个工作压力室。储油罐通过吸管连接叶轮泵，通过回油管连接控制阀。压力管从控制阀通往叶轮泵

·不转向时，控制阀保持开启状态，动力缸活塞两边的工作腔与低压回油管相通而不起作用。叶轮泵输出的油液经控制阀流回储油罐。因转向压力和流量限制阀的节流阻力很小，故叶轮泵输出油的压力也很低，叶轮泵实际上处于空转状态。

·转向时，驾驶员转动转向盘，带动转向轴和齿轮，使分配阀处于与某一转弯方向相应的工作位置时，转向动力缸中相应的工作腔与回油管路断开，与叶轮泵输出管路相通，另一腔仍通回油管路。地面转向阻力经横拉杆传到制有齿条的活塞杆上，形成比转向控制阀节流阻力高得多的管路阻力。于是叶轮泵输出压力急剧升高。高压液体通过控制阀进入动力缸活塞一边，推动活塞，进而推动齿条起加力作用。

·转向角度愈大，转向力愈大，活塞移动行程就愈长，产生的压力也就愈高，由此产生的转向加力也愈大。

·转向盘停止转动时，控制阀随即回复到中间位置，使动力缸停止工作。

·奥迪轿车装用的整体式动力转向器，结构简单；由于只在转向时液压系统工作管路中才产生高压，所以叶轮泵的寿命较长，漏油较少；消耗发动机功率也较小。

4、转阀的结构及工作原理

·阀体绕其圆心转动来控制油液流量的转向控制阀，称为转阀式转向控制阀

·转阀具有四个互相连通的进油道，出油通道分别与动力缸的左、右腔连通。

·当阀体顺时针转过一个很小的角度时，从液压泵来的压力油经通道流入四个通道，继而进入动力缸的一个腔内．另外四个通道的进油被隔断，压力油不能进入，因而动力缸另一腔的低压油，在活塞推动下经回油遭流回储油罐。

2）工作原理

·汽车直线行驶时，阀芯与阀套的位置关系如图中所示。自油泵来的液压油经阀芯与阀套间的间隙，流向动力缸两端，动力缸两端油压相等。

·驾驶员转动方向盘时，阀芯与阀套相对位置发生改变，使得大部分或全部来自泵的液压油流入动力缸某一端，而另一端与回油管路接通，动力缸促进汽车左传或右转。

二、转向油罐与转向油泵

1、转向油罐

1）作用

·贮存、滤清并冷却液压转向加力装置的工作油液

·转向油罐一般单独安装，但也有直接装在转向油泵上

2）构造

·中心油管接头座专门用以装接转向控制阀的回油管路。另外两个油管接头座则分别装接转向油泵的进油管和半整体动力转向器的漏泄回油管路。滤芯套装在中心螺柱上。

3）转向油罐的工作过程

·由转向控制阀和转向动力缸流回来的油液通过中心油管接头座的径向油孔流入滤芯内部空腔，经滤清后进入贮液腔，准备供入转向油泵。

·滤芯弹簧的预紧力不大，故当滤芯堵塞而回油压力略有增高时，滤芯便在液压作用下升起，让油液不经过滤清便进入贮液腔，以免油泵进油不足。

·滤网片用以防止油液乳化。

2、转向油泵

（1）功用

·转向油泵是液压转向加力装置的能源，其作用是将输入的机械能转换为液压能输出。

（2）油泵的驱动

·在转向油泵只受发动机驱动的情况下，一旦发动机停止运转，油泵即无压力油输出。对重型汽车而言，是极为不利的。

·为了确保转向加力装置的工作可靠性，有些重型汽车在转向油泵的驱动装置中采用自由轮机构，使转向油泵在正常情况下受发动机驱动，而在发动转速过低甚或熄火，则脱离发动机，转而受以较高速度滑行的汽车驱动。

·另外一些重型汽车，加装了一个应急转向油泵，与主转向油泵并联。应急油泵可以借蓄电池通过直流电动机驱动，也可以由汽车传动系驱动。

（3）转向油泵的结构型式

·有齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式等。应用得最多的是外啮齿轮式转向油泵。

（4）外啮齿轮式转向油泵

1)结构

·右孔口为进油口；左孔口为出油口。

·主动齿轮和从动齿轮均与轴制成一体。二者的轴颈借轴套支承在泵体和泵盖上。

·左侧二轴套的轴向位置是固定的。右侧二轴套则可以轴向浮动，称为浮套。

2)流量控制阀

·转向油泵的流量与齿轮转速(从而与发动机转速)成正比

·转向油泵一般设计得即使在发动机怠速运转时，其流量也能保证急速转向所需的动力缸活塞最大移动速度

·当发动机转速高时，油泵流量将过大，导致油泵消耗功率过多和油温过高

·流量控制阀以限制转向油泵最大流量。

·差压式的流量控制阀装在油泵进油腔和出油腔之间，与油泵齿轮副并联。流量控制阀体内的柱塞在弹簧的作用下处于下极限位置。柱塞下方通油泵出油腔；上方通油泵出油口。在油泵流量增大到规定值，使柱塞两端压力差足以克服弹簧的预紧力，将柱塞向上推动，油泵出油腔即与进油腔沟通。部分油经流量控制阀流到进油腔，因而经量孔输出的流量便减小

3)安全阀

·转向油泵的输出压力取决于液压系统的负荷(即动力缸活塞所受的运动阻力)。在转向阻力矩过大时，动力缸和油泵均将超载而导致零件损坏。

·液压系统中还必须装设用以限制系统最高压力的安全阀。

·安全阀则位于流量控制阀内，安全阀体借螺纹固定在流量控制阀柱塞上端。球阀门及弹簧所处柱塞内腔与油泵进油腔相通；球阀门上方油腔经泵体内的油道通向量孔外的出油口。油泵输力升高到规定值时，球阀开启，将出油口与进油腔接通，使出油口压力降

（4）双作用式叶片泵

·双作用叶片泵有两个吸油区和两个压油区，并且各自的中心角是对称的，所以作用在转子上的油压作用力互相平衡。

·当转子顺时针方向旋转时，叶片在离心力及高压油的作用下紧贴在定子的内表面上。其工作容积开始由小变大，从吸油口吸进油液；而后工作容积由大变小，压缩油液，经压油口向外供油。由于转子每旋转一周，每个工作腔都各自吸、压油两次

三、电控液压助力转向及电动动力转向

1、电控液压助力转向

·为了提高汽车的操纵稳定性，可在动力转向系统中采用可变转向力控制机构。车速感应动力转向ＰＳ系统，是依靠车速控制所对应的转向力，通过驾驶员的操作，使车辆操纵性获得提高的系统。驾驶员所希望车辆在低速行驶区实现敏捷的运行和轻便的操舵力，而在高速行驶区能获得稳定性好的适当略重的操舵力。其控制方法有机械控制和电子控制两种，目前采用的控制方式如下：

1）流量控制式　它是根据控制阀内产生的压力损失与供给流量平方成比例的关系，使流入PS的供给流量随车速上升而减小，达到既节省能量又可控制转向力的一种装置。

2）动力缸旁通阀控制式PS　它是在PS转向器上设置了连接动力缸两室的旁通阀和油路，伴随着车速的增加，扩大了旁通阀的节流面积，减小了动力缸内的工作压力而控制转向里的一种装置。

3）油压反作用控制式PS　它是在PS控制阀上设置油压反作用机构，由油压反作用阀随车速上升，使流入反作用室的油压增加，提高了反作用机构的刚性（等价弹性模数），进而直接控制转向力的一种装置。

4）阀特性控制式PS 阀特性控制式PS，是把阀的特性制成可以变化的，用来控制转向力的一种装置。

5）电磁助力式PS　是电磁助力式PS转向器，它将普通的转阀与一个双向电磁旋转助力器（微动电机）集成在一起，构成PS转向器有机的组成部分。

·下面仅对电磁助力式PS转向器的关键部分进行介绍。

（1）结构

·电磁旋转助力器由静止和旋转两格部分构成。静止部分包括外部磁路（壳体等）和励磁线圈，励磁线圈紧固在转向器壳体上。旋转部分包括永磁体和齿型组件。永磁体由３０个磁极构成的永久磁环和塑料保持架组成，并通过注塑连接在阀芯轴上（2）工作原理

·当驾驶员转动转向盘时，因扭杆产生角位移，使永磁体与齿型组件之间既产生相对转动，又随转向盘一起旋转。

·当电子控制器感受车速信号并发出适合这一车速的电流指令时，若励磁线圈为右旋绕组，则当通过正向电流时，按右手定则磁力线应是自下而上由中心向外环流，将齿轮的齿顶端部磁化成N极，齿环的齿顶端部磁化为S极，这两种磁极分别与永久磁环的磁极发生磁力作用（同性向斥，异性相吸），其结果使永久磁环处于稳定的中间平衡状态，若相使永久磁环离开此平衡位置时（即与齿型组件产生相对位移），需要克服电磁力的作用才能实现，故增加了转向阻力，使车辆高速运行更加稳定。

·相反，当励磁线圈通过负相电流时，使永久磁环处于不稳定的中间状态，略有外力作用便产生相对运动，故起到转向助力作用，使低速或停车转向时更加轻便和机动。2、电动助力转向系统

·所谓电动转向（EPS），就是在机械转向系统中，用电池作为能源，电机为动力，以转向盘的转速和转矩以及车速为输入信号，通过电子控制装置，协助人力转向，并获得最佳转向力特性的伺服系统。

·EPS与液压动力转向相比具有：系统效率高，能量消耗少，"路感"好，回正性好，在发动机熄火或低速情况都可以正常工作，还可以明显的提高汽车的操纵轻便性和稳定性。

·EPS的构成和工作原理：

1）EPS的构成

·由机械转向器、电动机、离合器、控制装置、转矩传感器和车速传感器组成。

2）工作原理

·在操纵转向盘时，扭矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此EPS系统就可以检测出转向力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再用于控制电动机的电流，从而形成适当的转向助力。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/15adcf3343323968011c9258.html