反力控制式液压EPS系统原理分析

刘成　胡慧

摘要：液压式动力转向系由于其工作压力和灵敏度较高，外廓尺寸较小，所以得到了广泛的运用。但其结构相对复杂，消耗较大的功率，而且易泄漏，转向力大小也得不到最佳控制。而电子控制动力转向系统能弥补传统液压动力转向系统的不足。介绍了一种典型的反力控制式的液压动力转向系统的结构，并详细分析了其工作原理。

关键词：动力转向系统；EPS；反力控制；原理分析

中图分类号：U463.44

文献标识码：A doi：10.34031/j.cnki.njwx.2036.05.006

0.引言

转向系属于汽车主动安全范畴，转向时驾驶员利用一套专设的机构，使车轮相对于汽车纵轴线偏转一定角度来实现转向。汽车转向系统依据产生的转向能源的不同可分为机械转向系和动力转向系两类。其中动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力装置而形成的，它是借助于汽车发动机驱动的液体压力或电动机驱动力来实现转向。

电子控制动力转向系统即EPS（Electronic ControlPower Steering），根据产生助力作用的动力源的不同，基本上包括了两种类型：液压式EPS、电动式EPS。液压式EPS有流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种类型，见上表。

电动式EPS因为省去了液压系统，结构较为简单紧凑；另外，因为电动机直接控制，响应性更好，所以在小型车特别是轿车上得到了广泛的应用。液压式EPS因为能提供较大的动力，所以除了在小型车上应用外，大型车上也多采用。本文以反力控制式的液压动力转向系统为例，介绍其结构，并分析其工作原理。

2.反力控制液压式EPS系统结构及原理分析

反力控制式动力转向系统可按照车速的高低，来控制反力室中的油压，进而控制施加在转向盘上的转向力的大小。例如日本丰田、凌志LS400轿车即采用此种助力转向系统。与传统的液压助力转向系统不同，它的液压系统中加设了液压反应装置、流量分配阀，同时增加了一套由车速传感器、动力转向ECU和电磁阀构成的电控系统。

2.1反力控制液压式EPS系统结构

如图1所示，为其工作原理示意图。该系统主要由以下部件组成：转向控制阀、分流阀、电磁阀、动力缸、油泵、车速传感器及ECU等。

转向控制阀不同于传统的液压动力转向控制阀，其中加设了一个油压反力室，如图2所示。转阀的连

图1反力控制式液压动力转向系统示意图接关系如下，中部扭杆的上端连接阀芯（利用销连接），而下端连接齿轮齿条转向器中的转向齿轮轴（亦通过销连接）。控制阀阀体下部利用销与转向齿轮轴连接。当驾驶员转动转向盘时，便施加力在转向盘上，此力经扭杆进而作用在小齿轮轴上。随着驾驶员施加在转向盘上的力的增加，扭杆便产生扭转，即阀体和阀芯二者出现相对转动，那么阀体与阀芯之间油道便被接通或断开，液流方向也发生了变化，产生助力。分流阀，顾名思义起到分流作用，它可将油泵加压产生的油压一部分分配到转向控制阀，另一部分分配至电磁阀一侧，分流阀结构如图3所示。

2.2反力控制液压式EPS系统工作原理

当汽车车速发生变化时，ECU便会改变电磁阀的导通面积大小。

（1）当车速较低或者为零时，车速传感器将信号输送给ECU，ECU提供给电磁阀中线圈大电流，从而加大电磁阀导通面积大小。通过分流阀分流的部分油液，经电磁阀重新流回油箱，此时流经反力室中的压力下降，反力室中的柱塞所受背压亦减少。而反力室中的柱塞可以在油压的作用下推动转向控制阀的阀芯，此种情况下阀芯所受的力相对小，所以此时要想使扭杆发生扭转变形，驾驶员仅需在转向盘上施加一个很小的力即可使阀体同阀芯相对转动，汽车便产生助力，转向较轻便。

（2）当中高速直线行驶时，驾驶员转向角非常小，随着汽车车速的增大，ECU会减小流经电磁阀中线圈的电流，从而减小电磁阀导通面积的大小。油箱中的液压油经油泵加压进入分流阀，由于此时电磁阀开度较小，那么返回油箱的液压油便少，相反流经反力室中的压力便会增大，导致反力室中的柱塞承受较大的油压。此种情况下控制阀中的阀芯下端所受的柱塞的压力比较大，所以此时要想使扭杆发生扭转变形，驾驶员必须施加较大的力方可使阀体同阀芯相对转动，也就等于加大了扭杆的扭转刚度，实现转向助力作用，这样增加了驾驶员的操纵力，保持了较好的转向手感。

（3）当汽车处于中高速行驶转向时，扭杆的相对扭力就更小了，回转阀与控制阀的连通通道的开度相应也变得更小，使得回转阀一侧的油压进一步升高。随着油压的升高，压力油将从阻尼孔一侧向油压反力室中供油，而这时可以看到油压反力室中不仅有经分流阀提供的压力油外，还有由阻尼孔流出的压力油，此时油压反力室中的油压很高，从而导致反力室中的四个柱塞承受很大的油压，在油压的作用下，四个柱塞将夹紧控制阀的下端，转向盘操纵力随着转向角的增大而增大。

3.小结

反力控制式EPS系统是在传统的液压助力转向系统基础上加设了液压反应装置、流量分配阀和电控系统。综合上述分析可知，反力式液压EPS系统是通过改变油压反力室中的油压的大小从而改变了柱塞作用于阀芯下部的力，进而改变了转向力的大小。它可以根据车速的高低和行驶条件的变化，提供合适的转向阻力。提高汽车行驶的安全性和操纵稳定性。