汽车液压助力转向系统(附件)
传统的汽车液压助力转向系统由于能耗较大，正在被更先进的电控液压助力转向系统所取代。本文在熟悉汽车电控液压助力转向系统工作原理基础上，根据动力缸负载确定了其工作压力，计算得到了动力缸结构参数，对动力缸、阀类元件及液压泵进行了选型设计，设计了齿轮齿条式转向器，最后对电控液压助力转向系统的转向角速度传感器、电动机等电子控制装置的部件进行了计算和选型，并根据电机转速与车速、转向角速度的关系设计了电控液压助力转向系统控制策略。?关键词 汽车转向系统，电控液压助力，改进设计
目 录
1 绪论 1
2 汽车电控液压助力转向系统简介 1
2.1 系统结构与工作原理 1
2.2 系统特点 3
3 汽车液压助力转向系统设计 4
3.1 动力缸设计 5
3.2 阀类元件选型设计 9
4 液压泵选型设计 9
4.1 液压泵参数设计 10
4.2 液压泵选型设计 10
5 齿轮齿条式转向器设计 11
5.1 齿轮齿条式转向器简介 11
5.2 齿轮齿条式转向器参数计算与选型 12
6 汽车电控液压助力转向系统电控部分设计 15
6.1 系统电控部分组成与工作原理 16
6.2 转向角速度传感器的选型 18
6.3 助力转向控制策略设计 18
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
当汽车处于转向状态时，需要使用用于保持或改变车辆行驶方向的机构，来实现汽车的正确转向。作为汽车的主要子系统之一，转向系统影响着汽车的操纵稳定性和乘坐舒适度，并与驾驶员的驾驶安全性直接相关。为了能够有效减少交通事故的发生，配备高性能的转向系统能使驾驶员的工作状况得到大大改善。
传统的汽车液压助力转向系统，由于转向轻便而广泛用于中型和重型车辆。但是由于它的助力效率低，其功率特性不能随着车速的变化而调整，不能考虑到以低速或高速转弯时会发生的状况，原因是当提高发动机转速，泵流量增加，大多数液压油没有经控制阀控制进入油箱，反而流向了泵，这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
导致不必要的能量损失。这种传统的汽车液压助力转向系统正在被电控液压助力转向系统所取代，后者可以根据车辆速度的变化和方向盘转角速度来改变助力效果。
电控液压助力转向系统相对于传统的液压系统增加电子控制部分，它的工作方式是直接采用电机驱动转向泵，而不是传统的使用发动机驱动。通过ECU来控制电机的转速，要得到越大的功率，就必须让电机转速越高，此时泵的流量和压力也相应增大。相比传统的汽车液压助力转向系统，电控液压助力转向系统的能耗更低，转向更稳定、更轻便，速度更快，可以实现自动调节助力大小，更好的解决了转向轻便性和转向灵活性的问题，同时提高了驾驶安全性和乘坐舒适性。
2 汽车电控液压助力转向系统简介
随着时代的要求，能设计出高性能和低能耗的车辆是越来越多的制车厂商的目标，减少在转向系上的能量消耗也是工程师们迫切需要解决的问题。
2.1 系统结构与工作原理
汽车电控液压助力转向系统（EHPS）是在传统系统的基础上开发的，它是一种整合电机和液压泵，齿条式齿轮，转向控制阀和电子控制单元的转向技术[1]。如图21所示，EHPS系统通常由电控部分和机械装置组成，电控部分为电子控制单元ECU等；机械装置包括动力缸、齿条齿轮和叶片泵等[2]。
图21 EHPS系统结构简图
1转角传感器；2助力转向传动装置；3储油罐；4限压阀
EHPS系统工作原理如图22所示。汽车直行，驾驶员手中的方向盘不旋转，泵运行，但以非常低的速度，大部分工作油通过转向阀返回到油箱，一小部分经液压阀直接回流；当车辆转弯时，驾驶员手中的方向盘开始转动，旋转角度被控制单元检测到，电子控制器接收到检测的信号来判断车辆的转向状态，并向驱动单元发送控制指令，系统进行计算后提供相应的助力。压力油通过旋转阀进入动力缸推动活塞产生适当的辅助力以帮助驾驶员进行转向操作来达到期望的转向效果。在电子控制单元中，设有安全措施和故障诊断。当电机电流或者温度过高时，系统会对电机电流进行限制或切断；当系统故障时，例如电池电压过低，角速度传感器故障等，机械转向系统仍然可以进行操作。
图22 EHPS系统工作原理图
1动力缸；2转向阀；3ECU；4电机；5液压泵；6液控阀；7限压阀
EHPS系统具有以下优势：
（1）节能性好，转向时消耗的能源较少；
（2）布置紧凑，电机、油泵和电子控制单元等部件装配在一起，空间利用率高、模块化设计性好，因此比传统液压助力转向系统整体尺寸小，质量轻；
（3）根据不同的传感器信号和转向条件，提供不同的助力，用一个舒适的方式来实现汽车转向。
2.2 系统特点
EHPS系统由直流电机驱动油泵，而不是使用传统的发动机驱动。汽车以不同的车速转向时受到不同转向助力，以便满足转向需求，保障了转向系统的正常工作。随着车辆的速度提高，转向力逐渐增加，转向可操作性提高，驾驶员的操作方向盘的舒适性和转向灵活性可以得到提高，同时也克服了方向盘“发飘”，使驾驶员获得更好的“路感”，保证了车辆高速驾驶的稳定性和安全性[3]。
此外，EHPS系统将电动机，控制器，液压泵布置在一起，增加了车辆空间的使用率。控制器是可编程的，根据不同信号或个人喜好调整系统的性能，有更好的操控性。
由此可知，EHPS系统拥有如下特点：
（1）采用直流电机，降低了能源损耗；
（2）结构紧凑，便于安装；
（3）可编程功能性好，调试方便；
（4）工作可靠性好；
（5）维护方便；
（6）具有较高的性价比。
此外，与传统电动助力转向系统相比，EHPS系统的优势为液压助力平滑性好；对于传统的HPS系统，可以通过添加的适宜电控装置成为EHPS系统；EHPS系统还继承了HPS系统可以提供全部功率的优点，将是豪华轿车以及运动型乘用车的主要应用系统。
目 录
1 绪论 1
2 汽车电控液压助力转向系统简介 1
2.1 系统结构与工作原理 1
2.2 系统特点 3
3 汽车液压助力转向系统设计 4
3.1 动力缸设计 5
3.2 阀类元件选型设计 9
4 液压泵选型设计 9
4.1 液压泵参数设计 10
4.2 液压泵选型设计 10
5 齿轮齿条式转向器设计 11
5.1 齿轮齿条式转向器简介 11
5.2 齿轮齿条式转向器参数计算与选型 12
6 汽车电控液压助力转向系统电控部分设计 15
6.1 系统电控部分组成与工作原理 16
6.2 转向角速度传感器的选型 18
6.3 助力转向控制策略设计 18
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
当汽车处于转向状态时，需要使用用于保持或改变车辆行驶方向的机构，来实现汽车的正确转向。作为汽车的主要子系统之一，转向系统影响着汽车的操纵稳定性和乘坐舒适度，并与驾驶员的驾驶安全性直接相关。为了能够有效减少交通事故的发生，配备高性能的转向系统能使驾驶员的工作状况得到大大改善。
传统的汽车液压助力转向系统，由于转向轻便而广泛用于中型和重型车辆。但是由于它的助力效率低，其功率特性不能随着车速的变化而调整，不能考虑到以低速或高速转弯时会发生的状况，原因是当提高发动机转速，泵流量增加，大多数液压油没有经控制阀控制进入油箱，反而流向了泵，这 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
导致不必要的能量损失。这种传统的汽车液压助力转向系统正在被电控液压助力转向系统所取代，后者可以根据车辆速度的变化和方向盘转角速度来改变助力效果。
电控液压助力转向系统相对于传统的液压系统增加电子控制部分，它的工作方式是直接采用电机驱动转向泵，而不是传统的使用发动机驱动。通过ECU来控制电机的转速，要得到越大的功率，就必须让电机转速越高，此时泵的流量和压力也相应增大。相比传统的汽车液压助力转向系统，电控液压助力转向系统的能耗更低，转向更稳定、更轻便，速度更快，可以实现自动调节助力大小，更好的解决了转向轻便性和转向灵活性的问题，同时提高了驾驶安全性和乘坐舒适性。
2 汽车电控液压助力转向系统简介
随着时代的要求，能设计出高性能和低能耗的车辆是越来越多的制车厂商的目标，减少在转向系上的能量消耗也是工程师们迫切需要解决的问题。
2.1 系统结构与工作原理
汽车电控液压助力转向系统（EHPS）是在传统系统的基础上开发的，它是一种整合电机和液压泵，齿条式齿轮，转向控制阀和电子控制单元的转向技术[1]。如图21所示，EHPS系统通常由电控部分和机械装置组成，电控部分为电子控制单元ECU等；机械装置包括动力缸、齿条齿轮和叶片泵等[2]。
图21 EHPS系统结构简图
1转角传感器；2助力转向传动装置；3储油罐；4限压阀
EHPS系统工作原理如图22所示。汽车直行，驾驶员手中的方向盘不旋转，泵运行，但以非常低的速度，大部分工作油通过转向阀返回到油箱，一小部分经液压阀直接回流；当车辆转弯时，驾驶员手中的方向盘开始转动，旋转角度被控制单元检测到，电子控制器接收到检测的信号来判断车辆的转向状态，并向驱动单元发送控制指令，系统进行计算后提供相应的助力。压力油通过旋转阀进入动力缸推动活塞产生适当的辅助力以帮助驾驶员进行转向操作来达到期望的转向效果。在电子控制单元中，设有安全措施和故障诊断。当电机电流或者温度过高时，系统会对电机电流进行限制或切断；当系统故障时，例如电池电压过低，角速度传感器故障等，机械转向系统仍然可以进行操作。
图22 EHPS系统工作原理图
1动力缸；2转向阀；3ECU；4电机；5液压泵；6液控阀；7限压阀
EHPS系统具有以下优势：
（1）节能性好，转向时消耗的能源较少；
（2）布置紧凑，电机、油泵和电子控制单元等部件装配在一起，空间利用率高、模块化设计性好，因此比传统液压助力转向系统整体尺寸小，质量轻；
（3）根据不同的传感器信号和转向条件，提供不同的助力，用一个舒适的方式来实现汽车转向。
2.2 系统特点
EHPS系统由直流电机驱动油泵，而不是使用传统的发动机驱动。汽车以不同的车速转向时受到不同转向助力，以便满足转向需求，保障了转向系统的正常工作。随着车辆的速度提高，转向力逐渐增加，转向可操作性提高，驾驶员的操作方向盘的舒适性和转向灵活性可以得到提高，同时也克服了方向盘“发飘”，使驾驶员获得更好的“路感”，保证了车辆高速驾驶的稳定性和安全性[3]。
此外，EHPS系统将电动机，控制器，液压泵布置在一起，增加了车辆空间的使用率。控制器是可编程的，根据不同信号或个人喜好调整系统的性能，有更好的操控性。
由此可知，EHPS系统拥有如下特点：
（1）采用直流电机，降低了能源损耗；
（2）结构紧凑，便于安装；
（3）可编程功能性好，调试方便；
（4）工作可靠性好；
（5）维护方便；
（6）具有较高的性价比。
此外，与传统电动助力转向系统相比，EHPS系统的优势为液压助力平滑性好；对于传统的HPS系统，可以通过添加的适宜电控装置成为EHPS系统；EHPS系统还继承了HPS系统可以提供全部功率的优点，将是豪华轿车以及运动型乘用车的主要应用系统。
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