反力控制式液壓EPS系統原理分析

劉成　胡慧

摘要：液壓式動力轉向系由于其工作壓力和靈敏度較高，外廓尺寸較小，所以得到了廣泛的運用。但其結構相對復雜，消耗較大的功率，而且易泄漏，轉向力大小也得不到最佳控制。而電子控制動力轉向系統能彌補傳統液壓動力轉向系統的不足。介紹了一種典型的反力控制式的液壓動力轉向系統的結構，并詳細分析了其工作原理。

關鍵詞：動力轉向系統；EPS；反力控制；原理分析

中圖分類號：U463.44

文獻標識碼：A doi：10.34031/j.cnki.njwx.2036.05.006

0.引言

轉向系屬于汽車主動安全范疇，轉向時駕駛員利用一套專設的機構，使車輪相對于汽車縱軸線偏轉一定角度來實現轉向。汽車轉向系統依據產生的轉向能源的不同可分為機械轉向系和動力轉向系兩類。其中動力轉向系是在機械轉向系的基礎上加設一套轉向加力裝置而形成的，它是借助于汽車發動機驅動的液體壓力或電動機驅動力來實現轉向。

電子控制動力轉向系統即EPS（Electronic ControlPower Steering），根據產生助力作用的動力源的不同，基本上包括了兩種類型：液壓式EPS、電動式EPS。液壓式EPS有流量控制式、反力控制式和閥靈敏度控制式三種類型，見上表。

電動式EPS因為省去了液壓系統，結構較為簡單緊湊；另外，因為電動機直接控制，響應性更好，所以在小型車特別是轎車上得到了廣泛的應用。液壓式EPS因為能提供較大的動力，所以除了在小型車上應用外，大型車上也多采用。本文以反力控制式的液壓動力轉向系統為例，介紹其結構，并分析其工作原理。

2.反力控制液壓式EPS系統結構及原理分析

反力控制式動力轉向系統可按照車速的高低，來控制反力室中的油壓，進而控制施加在轉向盤上的轉向力的大小。例如日本豐田、凌志LS400轎車即采用此種助力轉向系統。與傳統的液壓助力轉向系統不同，它的液壓系統中加設了液壓反應裝置、流量分配閥，同時增加了一套由車速傳感器、動力轉向ECU和電磁閥構成的電控系統。

2.1反力控制液壓式EPS系統結構

如圖1所示，為其工作原理示意圖。該系統主要由以下部件組成：轉向控制閥、分流閥、電磁閥、動力缸、油泵、車速傳感器及ECU等。

轉向控制閥不同于傳統的液壓動力轉向控制閥，其中加設了一個油壓反力室，如圖2所示。轉閥的連

圖1反力控制式液壓動力轉向系統示意圖接關系如下，中部扭桿的上端連接閥芯（利用銷連接），而下端連接齒輪齒條轉向器中的轉向齒輪軸（亦通過銷連接）。控制閥閥體下部利用銷與轉向齒輪軸連接。當駕駛員轉動轉向盤時，便施加力在轉向盤上，此力經扭桿進而作用在小齒輪軸上。隨著駕駛員施加在轉向盤上的力的增加，扭桿便產生扭轉，即閥體和閥芯二者出現相對轉動，那么閥體與閥芯之間油道便被接通或斷開，液流方向也發生了變化，產生助力。分流閥，顧名思義起到分流作用，它可將油泵加壓產生的油壓一部分分配到轉向控制閥，另一部分分配至電磁閥一側，分流閥結構如圖3所示。

2.2反力控制液壓式EPS系統工作原理

當汽車車速發生變化時，ECU便會改變電磁閥的導通面積大小。

（1）當車速較低或者為零時，車速傳感器將信號輸送給ECU，ECU提供給電磁閥中線圈大電流，從而加大電磁閥導通面積大小。通過分流閥分流的部分油液，經電磁閥重新流回油箱，此時流經反力室中的壓力下降，反力室中的柱塞所受背壓亦減少。而反力室中的柱塞可以在油壓的作用下推動轉向控制閥的閥芯，此種情況下閥芯所受的力相對小，所以此時要想使扭桿發生扭轉變形，駕駛員僅需在轉向盤上施加一個很小的力即可使閥體同閥芯相對轉動，汽車便產生助力，轉向較輕便。

（2）當中高速直線行駛時，駕駛員轉向角非常小，隨著汽車車速的增大，ECU會減小流經電磁閥中線圈的電流，從而減小電磁閥導通面積的大小。油箱中的液壓油經油泵加壓進入分流閥，由于此時電磁閥開度較小，那么返回油箱的液壓油便少，相反流經反力室中的壓力便會增大，導致反力室中的柱塞承受較大的油壓。此種情況下控制閥中的閥芯下端所受的柱塞的壓力比較大，所以此時要想使扭桿發生扭轉變形，駕駛員必須施加較大的力方可使閥體同閥芯相對轉動，也就等于加大了扭桿的扭轉剛度，實現轉向助力作用，這樣增加了駕駛員的操縱力，保持了較好的轉向手感。

（3）當汽車處于中高速行駛轉向時，扭桿的相對扭力就更小了，回轉閥與控制閥的連通通道的開度相應也變得更小，使得回轉閥一側的油壓進一步升高。隨著油壓的升高，壓力油將從阻尼孔一側向油壓反力室中供油，而這時可以看到油壓反力室中不僅有經分流閥提供的壓力油外，還有由阻尼孔流出的壓力油，此時油壓反力室中的油壓很高，從而導致反力室中的四個柱塞承受很大的油壓，在油壓的作用下，四個柱塞將夾緊控制閥的下端，轉向盤操縱力隨著轉向角的增大而增大。

3.小結

反力控制式EPS系統是在傳統的液壓助力轉向系統基礎上加設了液壓反應裝置、流量分配閥和電控系統。綜合上述分析可知，反力式液壓EPS系統是通過改變油壓反力室中的油壓的大小從而改變了柱塞作用于閥芯下部的力，進而改變了轉向力的大小。它可以根據車速的高低和行駛條件的變化，提供合適的轉向阻力。提高汽車行駛的安全性和操縱穩定性。