电子助力转向系及四轮转向系浅析（二）

◆文/江苏　赵宝平　刘晓雪　邓飞虎

电子助力转向系及四轮转向系浅析（二）

◆文/江苏赵宝平刘晓雪邓飞虎

（接上期）

当点火开关接通时，电源加于电子控制单元上，电动助力转向系才能进行工作。在发动机已启动时，交流发电机L端子的电压加到电子控制单元上。当检测到发动机处于启动状态时，动力转向系转为工作状态。

在车辆行驶时，电子控制单元按不同车速下的转向盘转矩控制电动机的电流，并完成电子助力转向和普通转向控制之间的转换。当车速高于30km/h时，则转换成普通的转向控制，电子控制单元没有离合器信号和电动机电流输出，离合器处于分离状态。当车速低于27km/h时，电子控制单元又输出离合器信号和电动机电流，普通转向控制又转换为动力转向的工作方式。

电子控制单元还具有自我修正的控制功能。当电动动力转向系出现故障时，可自动断开电动机的输出电流，恢复到正常的转向功能；同时速度表内的电动动力转向报警灯点亮，用于通知驾驶员动力转向系统发生故障。

图12　电控液力式动力转向系的组成

二、电控液力式动力转向系的基本结构和工作原理

电控液力式转向系是电子控制动力转向的另外一种型式。它通过控制电磁阀的动作，使动力转向液压控制回路油压根据车速而变化，在低速时操纵力减轻，在中低速以上时操纵力不致过小，即保持一定的手感。

1.电控液力式动力转向系的组成

如图12所示，电控液力式动力转向系主要由转向控制阀、电磁阀、分流阀、转向动力缸、转向油泵、储油罐、车速传感器和电子控制单元组成。

(1)转向控制阀

转向控制阀的结构如图13所示，其基本结构是在传统的整体式动力转向控制阀的基础上，在内部增加了油压反力室和4个小柱塞，4个小柱塞位于控制阀阀体下端的油压反力室内。输入轴部分有2个小凸起顶在柱塞上。在油压反力室受到高压作用时，柱塞将推动控制阀阀杆。此时，由于柱塞推力的影响，扭杆即使受到转矩作用，也会抑制控制阀阀杆与阀体的相对回转。

图13　转向控制阀

(2)分流阀

分流阀的作用是将来自转向油泵输出的液压油向控制阀一侧和电磁阀一侧分流，按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁阀一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的油液流量。阻尼孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。

(3)电磁阀

电磁阀由滑阀、电磁线圈、油路通道等构成。电磁阀油路的阻尼面积可随电磁线圈通电电流占空比(通断比)变化。车速低时通电电流大，滑阀被吸引，油路的阻尼增大，流向油箱的回流量增加；随着车速的升高，电流减小，油液回流量也减少。

2.电控液力式动力转向系的工作原理

电控液力式动力转向系具有3种控制状态。电子控制单元(ECU)根据车速传感器信号判断出车辆停止、低速状态与中高速状态，控制电磁阀通电电流。

(1)停车与低速状态

电子控制单元(ECU)使电磁阀通电电流大，经分流阀分流的油液通过电磁阀流回油箱，柱塞受到的背压小(油压低)，柱塞推动控制阀阀杆的力矩小，因此只需要较小的转向力就可使扭杆扭转变形，使阀体与阀杆发生相对转动而使控制阀打开。油泵输出油压作用到动力缸右室(或左室)，使动力缸活塞左移(或右移)，产生转向助力。

(2)中高速直行状态

在车辆直行时，转向偏摆角小，扭杆相对转矩小，控制阀油孔开度减小，控制阀侧油压升高。由于分流阀的作用，使电磁阀侧油量增加。同时，随着车速的升高，通电电流减小，通过电磁阀流回油箱的阻尼增大，油压反力室的反力增大，使柱塞推动控制阀阀杆的力矩增大，转向盘手感增强。

(3)中高速转向状态

从存在油压反力的中高速直行状态转向时，扭杆的扭转角进一步减小，控制阀开度进一步减小，控制阀侧油压进一步升高。随着该油压升高，将从固定阻尼孔向油压反力室供给油液。这样，除从分流阀向油压反力室供给的一定流量油液外，增加了从固定阻尼孔侧供给的油液，导致柱塞推力进一步增强。此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆之间做相对转动而实现转向助力作用，使得在中高速时驾驶员可获得良好的转向手感和转向特性。

三、四轮转向系

对于四轮转向系，当汽车低速行驶转向并且转向盘转动角度很大时，后轮相对于前轮反向偏转，并且偏转角度随转向盘转角的增大而在一定范围内增大。如汽车急转弯、调头行驶、避障行驶或进出车库时，使汽车转向半径减小，转向机动性能提高。汽车在高速行驶转向时，后轮应相对于前轮同向偏转，使汽车车身的横摆角度和横摆角速度大为减小，使汽车高速行驶时的操纵稳定性显著提高。

从后轮转向装置的控制方法上，四轮转向系可分为转角随动型四轮转向系和车速感应型四轮转向系。转角随动型四轮转向系都是采用机械式的，而车速感应型四轮转向系有液压式、电子控制液压式和全电子控制式。下面介绍不同类型的四轮转向系。

1.机械式四轮转向系

(1)机械式四轮转向系的组成

如图14所示，机械式四轮转向系主要由转向盘、前轮转向器、后轮转向取力齿轮箱、后轮转向传动轴、后轮转向器等组成。后轮转向也是绕转向节主销偏转的，其结构与前轮相似。

图14　机械式四轮转向系的组成

(2)后轮转向取力齿轮箱

①结构

后轮转向取力齿轮箱的结构如图15所示。后轮转向取力齿轮箱中只有一对齿轮一根齿条传动机构，其齿条与前轮转向器中的齿条共用，取力齿轮固定在与后轮转向传动轴相连的齿轮轴上，齿轮轴通过衬套支撑在齿轮箱壳的轴承孔中，后轮转向取力齿轮箱固定在车架上。

图15　后轮转向取力齿轮箱

当转动转向盘使前轮转向时，后轮转向取力齿轮箱中的齿条在前轮转向器中转向齿条的带动下左、右移动，驱动与其啮合的取力齿轮旋转，并带动后轮转向传动轴旋转，转向盘的转向操纵力的方向、大小、快慢就由后轮转向传动轴传给后轮转向器。

(3)后轮转向器

①作用

后轮转向器的作用是利用后轮转向传动轴传来的转向操纵力，驱动后轮偏转并实现后轮转向。另外，还要控制后轮在转向盘的不同转角下，相对于前轮做同向或异向偏转。

②结构

后轮转向器的结构如图16所示，主要由偏心轴、齿圈、行星齿轮、滑块、导向块、转向横拉杆和后轮转向器壳等组成。

③工作原理后轮转向器的工作原理如图17所示。后轮转向传动轴输入的转向操纵力首先驱动偏心轴使其绕轴线O转动，这时行星齿轮在偏心销的带动下绕轴线O公转，同时还与齿圈啮合绕轴线P自转。偏置在行星齿轮上的偏心销穿过滑块的中心孔并带动滑块运动，滑块的水平运动通过导向块传给转向横拉杆，驱动后轮做转向运动。

图16　后轮转向器结构

图17　后轮转向器的工作原理

当转向盘转角很大时(行驶速度很低，处于急转弯状态)，后轮相对于前轮反向偏转，汽车转向半径减小，转向机动性能提高。当转向盘转角很小时(高速调整行车方向或移线行驶)，后轮与前轮同向偏转，使汽车高速行驶的操纵稳定性显著提高。

2.液压式四轮转向系

机械式四轮转向系的后轮偏转是依靠机械传动将前轮的偏转运动传到后轮上。由于机械部分不可避免地存在磨损，传动间隙增大，而使后轮实际偏转角不准确，性能下降。因此将被车速感应型四轮转向装置所取代。

(1)液压式车速感应型四轮转向系的结构

液压式车速感应型四轮转向系的结构如图18所示，主要由前轮动力转向器、前轮转向油泵、控制阀及后轮转向动力缸、后轮转向油泵等组成。

后轮转向系由控制阀、后轮转向油泵和后轮转向动力缸组成。控制阀的内腔被柱塞分割成几个工作油腔，左、右油腔分别与前轮转向动力缸的左、右油腔相通，柱塞的位置由前轮动力缸内的油压进行控制。后轮转向油泵由后轴差速器驱动，其输出油量只受车速影响。前轮为齿轮齿条式动力转向器，其结构与普通液压动力转向系相同。液压式四轮转向系的特点是低速时汽车只采用两轮转向，只在汽车行驶达到50km/h后才进行四轮转向。

图18　液压式四轮转向系示意图

(2)液压式车速感应型四轮转向系的工作原理

当向左转动转向盘时，前轮动力缸及控制阀侧压力腔压力升高(图19)。控制柱塞向右移动，柱塞的移动量受前轮动力缸左右腔压力差以及转向盘操纵力大小的控制。同时，后轮转向动力缸输出的油液经过控制阀的相应通道进入后轮转向动力缸的右腔，使动力缸活塞向左移动，通过活塞杆将作用力作用于后轮悬架的中间球铰接头，使后轮与前轮同向偏转。当向右转动转向盘时，情况则与上述相反，后轮与前轮仍同向偏转。因后油泵送油量与车速成正比，高速时送油量大，反应快，后轮转角也大；在低速或倒车时，则不产生作用。当油压系统发生故障时，控制阀柱塞会保持在中间位置，保持两轮转向。

3.电子控制液压式四轮转向系

随着电子技术的发展，电子控制技术也应用于四轮转向系。在前两种四轮转向系中，由于采用机械和随车速变化的油压控制，使后轮偏转角的控制不够精确。在电子控制液压式四轮转向系中，由于采用了电子相位控制系统，使后轮偏转角度控制更精确。

（未完待续）

(作者赵宝平、刘晓雪、邓飞虎单位：金肯职业技术学院)