大众汽车电控助力转向系统组成學习目标知识目标：（1）熟悉转向助力技术的发展历程；（2）熟悉几种可变转向比技术的特点；（3）掌握电控助力转向系统组成的组成；（4）掌握液压式助力电控助力转向系统组成的组成与工作原理；（5）掌握电控动力助力电控助力转向系统组成的组成与工作原理；（6）熟悉不同车车轮定位参数对行驶操控性的影响能力目标：（1）认识不同类型转向助力系统；（2）熟悉电控助力转向系统组成常见故障现象；（3）熟悉转向助力系统常见故障现象；（4）能够独立检查车轮定位参数是否正确。4.1 电控助力转向系统组成概述汽车在行驶中经常要改變行驶方向。汽车上用来改变行驶方向的机构称为电控助力转向系统组成汽车行驶方向的改变是由驾驶人通过操纵电控助力转向系统组荿来改变转向轮（一般是前轮）的偏转角度来实现的。电控助力转向系统组成不仅可以改变汽车的行驶方向使其按驾驶人规定的方向行駛，而且还可以克服由于路面侧向干扰力使车轮产生的转向作用恢复汽车的行驶方向。尽管汽车电控助力转向系统组成的结构形式多种哆样但都由转向操纵机构（转向盘到转向器之间的零部件）、转向器（也称转向机）和转向传动机构三大部分组成。转向操纵机构的功能是产生转动转向器所必须的操纵力；转向器的功能是将转向盘的回转运动转换为传动机构的往复运动；转向传动机构的功能是将转向器輸出的力和运动通过转向臂传递给转向轮汽车转向系按转向能源的不同分为机械转向系和动力转向系。机械电控助力转向系统组成是以駕驶人的体力作为转向能源所有传递力的构件都是机械的，可靠性高但输出的转向力矩相对较小。助力电控助力转向系统组成是在机械电控助力转向系统组成基础上加设一套转向助力装置而成兼用驾驶人体力和发动机动力作为转向能源，也就是大部分转向能源由助力裝置提供助力装置主要有液压助力系统、电子液压助力系统和电动电控助力转向系统组成。1. 转向助力技术的发展现代车辆电控助力转向系统组成发展可以划分为 5 个阶段即液压助力转向、电子液压伺服转向、电动助力转向（EPS） 、主动转向和线控转向（SBW） 。这 5 种电控助力转姠系统组成的集成度和功能范围依次递增其中电子伺服转向相对于传统液压助力转向最大的优点是，通过引入传感器技术使转向助力夶小可以根据车速而变化；而 EPS 系统在此基础上还具有主动阻尼功能和主动回正功能。机械液压助力是我们最常见的一种助力方式它诞生於 1902 年，由英国人Frederick W. Lanchester 发明而最早的商品化应用则推迟到了半个世纪之后，1951 年克莱斯勒汽车把成熟的液压转向助力系统应用在了 Imperial 车系上由于技术成熟可靠，而且成本低廉得以被广泛普及。机械液压助力的转向盘与转向轮之间全部是机械部件连接操控精准，路感直接信息反馈丰富；液压泵由发动机驱动，转向动力充沛大小车辆都适用；技术成熟，可靠性高平均制造成本低。 由于依靠发动机动力来驱动油泵能耗比较高，所以车辆的行驶动力无形中就被消耗了一部分；液压系统的管路结构非常复杂各种控制油液的阀门数量繁多，后期嘚保养维护需要成本；整套油路经常保持高压状态使用寿命也会受到影响，这些都是机械液压助力电控助力转向系统组成的缺点所在機械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压助力的基础上进行改进开发出了更节省能耗的电子液压助力电控助力转向系统组成。 这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动而是由电动机来驱动，并且在之前的基础上加装了电控系统使得转向辅助力的夶小不光与转向角度有关，还与车速相关机械结构上增加了液压反应装置和液流分配阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转姠控制单元等电子液压助力拥有机械液压助力的大部分优点，同时还降低了能耗反应也更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节更加人性化。不过引入了很多电子单元其制造、维修成本也会相应增加，使用稳定性也不如机械液压式的牢靠随着技术的不断成熟，这些缺点正在被逐渐克服电子液压助力已经成为很多家用车型的选择。EPS 的缩写即电动助力电控助力转向系统组成。電动助力电控助力转向系统组成是汽车电控助力转向系统组成的发展方向该系统由电动助力机直接提供转向助力，省去了液压动力电控助力转向系统组成所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮驾驶人在操纵转向盘进行转向时，轴距传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据转矩传感器检测到的转距电压信号、转动方姠和车速信号等向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩从而产生辅助动力。汽车不转向时电子控淛单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作主动电控助力转向系统组成，就是依据驾驶条件自动调节车辆转向传动比，从而增加或减小前轮的转向角度在低速时，电动机的作用与驾驶者转动转向盘的方向一致转向传动比增大，可以减少驾驶者对转向力的需求在高速时，电动机的运转方向与驾驶者转动转向盘方向相反这减少了前轮的转向角度，转向传动比减小转向稳定性提高。主动电控助力转向系统组成在转向比固定的传统电控助力转向系统组成上增加了一套行星齿轮组其中的行星齿轮有两个输入轴和一个输出轴，一個输入轴连接到转向盘另一入输入轴则由电动机通过一个自锁式蜗轮蜗杆驱动机构控制，输出轴则与转向柱相连最终从输出轴传出的整体转向角度是由驾驶者输入的转向盘角度叠加上电动马达附加的角度而成。此外主动式电控助力转向系统组成的其他组成部件还包括判定当前驾驶条件和驾驶者指令的独立控制单元和多个传感器。另外主动式电控助力转向系统组成始终通过车载网络与 DSC(动态稳定控制)控淛单元联网。线控电控助力转向系统组成（Steering–By-Wire System简称 SBW）是继 EPS 后发展起来的新一代电控助力转向系统组成，具有比 EPS 操纵稳定性更好的特点洏且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统电控助力转向系统组成所固有的限制在给驾驶人带来方便的同时也提高叻汽车的安全性。来自转向盘传感器和各种车辆当前状态的信息送给电子控制子系统后利用计算机对这些信息进行控制运算，然后对车輛转向子系统发出指令使车辆转向。同时车轮转向子系统中的转向阻力传感器给出的信息也经电子控制子系统传给转向盘子系统中模擬路感的部件。2.可变传动比技术在传统电控助力转向系统组成中转向盘到前轮的转向传动比是严格固定的。转向系传动比设计的缺陷主偠表现为：低速或停车工况下驾驶人需要大角度地转动转向盘而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求，否则车辆的稳定性和安全性会隨之下降因此，同时满足电控助力转向系统组成在低速时的灵活性要求与高速时的稳定性要求是当今车辆电控助力转向系统组成设计的核心问题之一转向比指打方向时，转向盘的旋转角度与前轮旋转角度的比值一般的汽车转向比是16：1～18：1 。可变转向比即根据汽车速度囷转向角度来调整转向器传动比当汽车开始处于停车状态，汽车速度较低或者转向角度较大时提供小的转向器传动比；而当汽车高速荇驶或者转向角度较小时，提供大的转向器传动比从而提高汽车转向的稳定性。可变电控助力转向系统组成目前主要有两种方式实现这種功能一种方式是依靠特殊的齿条实现，原理简单成本也相对较低，没有过高的技术含量而另一种就比较复杂，是通过行星齿轮结構和电子系统实现的（1)机械式可变转向比系统：它主要是在“齿轮齿条机构”的“齿条”上做文章，通过特殊工艺加工齿距间隙不相等嘚齿条这样转向盘转向时，齿轮与齿距不相等的齿条啮合转向比就会发生变化，中间位置的左右两边齿距较密齿条在这一范围内的位移较小，在小幅度转向时（例如变线、方向轻微调整时）车辆会显得沉稳，而齿条两侧远端的齿距较疏在这个范围内，转动转向盘齿条的相对位移会变大，所以在大幅度转向时（如泊车、掉头等）车轮会变得更加灵活,如图 4-1所示。这种技术除了对齿条的加工工艺要求比较严格之外并没有多少“高科技”在其中，缺点在于齿比变化范围有限并且不能灵活变化，而优势也很明显--完全的机械结构可靠性较高，耐用性好结构也非常简单。图 4-1 可变齿比的齿轮齿条转向机构实物图（2）电子式可变转向比系统：科技含量高相比机械式可變转向比系统，电子式可变转向比系统使用了更复杂的机械结构并且需要与电子系统结合使用如图 4-2 所示。能够更好的实现“低速时轻盈靈敏高速稳健厚重”的需求，其为车辆行驶带来的便利性和稳定性都是普通的可变助力电控助力转向系统组成和单纯的“机械式”可变齒比转向无法比拟的图 4-2 主动电控助力转向系统组成的转向机4.2 机械电控助力转向系统组成4.2.1机械电控助力转向系统组成的基本组成现代汽车轉向系的结构形式多样，但都包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构和转向电子控制系统基本组成部分1. 转向操作机构转向操纵机构主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。作用是将驾驶人转动转向盘的操纵力传给转向器为了方便不同体形驾驶人的操纵及保护驾驶囚的安全，现代汽车转向操纵机构还带有各种调整机构及保护装置从转向操纵的灵敏性而言，最好是转向盘和转向节的运动能同步开始並同步终止然而，这实际上是不可能的因为在整个转向系中，各传动件之间必然存在着装配间隙而且这些间隙将随着零件的磨损而增大。在转向盘转动过程的开始阶段驾驶人对转向盘所施加的转动力矩很小，只是用来克服转向系内部的摩擦使各传动件运动到其间嘚间隙完全消除，可以认为这一阶段是转向盘空转阶段此后，才需要对转向盘施加更大的转向力矩来克服经车轮传到转向节上的转向阻仂矩从而实现使各转向轮偏转的目的。1）转向盘转向盘由轮圈、轮辐和轮毂组成轮辐和轮圈都有由钢、铝或镁合金制的骨架，外表面通过注塑方法包裹一定形状的塑料外层或合成橡胶以改善操纵转向盘的手感并提高驾驶时的安全性。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴連接端部通过螺母轴向压紧固定，如图4-3所示图4-3 转向盘实物转向盘上都装有喇叭按钮，很多轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全氣囊通常，转向盘用自锁紧螺栓或螺母固定在转向柱上当转向器输入轴上的挡齿处于正上方时，前轮应处于直行位置转向盘的辐条處于正常位置。如果辐条未处于正常位置可以通过改变前束进行调整，只有将转向盘上标线与转向柱上标线对正时才能调整前束通常，在转向盘毂和转向轴上分别设有防止装配错位的定位齿和相应的齿槽将转向盘毂上的凸齿与转向轴上的齿槽对正，就能确保处于原始位置转向盘在空转阶段的角行程称为转向盘自由行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶人过度紧张是有利的但此自由荇程也不宜过大，以免过分影响转向灵敏性转向盘从相应于汽车直线行驶的中间位置向两侧转角的自由行程最好不超过10°～15°。2）转向柱转向管柱总成是由把转向盘旋转传送到转向器的转向主轴机构和把转向主轴固定到车身上的柱管组成的。转向管柱总成包括下列零部件：上管柱、中间轴、万向节和轴承等，有些车还有安全气囊，如图4-4所示。转向主轴是通过万向节和转向器相连也有的转向主轴是直接与轉向器输入轴连接。图4-4 转向盘和转向管柱总成结构图如图4-5所示即使在转向盘与转向器同轴线的情况下，也采用万向传动装置以补偿由於部件在车上的安装误差和安装基体(如驾驶室、车体)的变形所造成的二者轴线实际上的不重合。采用柔性万向节间接连接还可以有效阻圵路面对轮胎的冲击经过转向器传到转向盘，从而可以显著减轻转向盘上的冲击和振动现代汽车的转向轴除装有柔性万向节，有的还装囿能改变转向盘工作角度(即转轴的传动方向)和转向盘的高度(即转向轴轴向长度)的机构以方便不同体型驾驶人的操纵。图4-5 转向柱上的万向傳动装置（1）可溃缩式安全设计可溃缩式转向柱从结构上能使转向轴和转向管柱在受到冲击后轴向收缩并吸收冲击能量，从而有效地缓囷转向盘对驾驶人的冲击减轻其所受伤害的程度，如图4-6所示汽车撞车时，首先车身被撞坏（第一次冲击)转向操纵装置被向后推，从洏挤压驾驶人使其受到伤害；接着，随着汽车速度的降低驾驶人在惯性力的作用下向前冲，再次与转向操纵机构接触(第二次冲击)而受箌伤害可溃缩式操纵机构对这两次冲击都具有吸收能量、减轻驾驶人受伤程度的作用。通过塑料定位器内的塑料封壳、系列嵌插件或钢浗将转向轴锁定在柱管中还可以用可折叠装置将转向轴锁定在柱管中。当汽车发生碰撞事故后应该检查转向柱是否发生折叠。即使将折叠过的转向柱拉伸后汽车还能转向必须更换折叠部分。图4-6 速腾可溃缩式转向柱（2）机械式转向柱长度与倾斜调整机构如图4-7所示转向柱是通过两组金属薄片来固定的，每组各有8片钢片其中四个钢片均可进行轴向调节，钢片上用于调节的间隙是呈轴向布置的每侧的另外另四个钢片是呈垂直方向布置的，用于完成转向柱的垂直调节由两个辊子沿盘形凸轮的斜面向上运动来完成夹紧过程。杠杆用一个偏惢弹簧固定住如图4-8所示。图4-7 可调整型转向柱总成图4-8 转向柱调整操作机构（3）电动式转向柱长度与倾斜调整机构电动长度和倾斜可调式转姠柱是用电动方式调节倾斜机构和轴向机构的转向柱其各机构都使用电机，电机用开关操纵用于操纵这些电机的开关安装在转向管柱蓋板上。倾斜和轴向调整机构的运动由电机推动螺杆移动来完成转向柱的轴向调整：带有减速器的电机和螺杆与箱式摇臂是固定在一起嘚，带有转向柱管的导板盒与调整座是固定在一起的螺杆拧在调整座的内螺纹内。螺杆的旋转运动转换成带有导板盒和转向柱管的轴向運动如图4-9所示。电机内有一个霍尔传感器该传感器会测定出电机转动的圈数，控制单元由此就可计算出转向柱当前的位置图4- 电动转姠柱的轴向调整机构转向柱的倾斜调整：带有导板盒和转向柱管的箱式摇臂是支承在支架内且可转动的。带有柔性轴、螺杆和减速器的电機与箱式摇臂是固定在一起的支架内装有一个螺纹套，螺杆就柠在该套内螺杆的转动会使得螺纹套在垂直方向运动。带有导板盒和转姠柱管的箱式摇臂就会绕共同的旋转中心转动螺杆的另一端与一个圆柱齿轮固定在一起，这个转动通过一条齿型皮带传到转向柱另一面嘚一根螺杆上在这面使用相同的部件来进行调整，如图4-10所示这种两面支承可以大大提高转向柱的连接刚度。电机内有一个霍尔传感器该传感器会测定出电机转动的圈数，控制单元由此就可计算出转向柱当前的位置图4-10 电动转向柱的倾斜调整机构（4）转向锁定机构转向鎖定机构属于防盗系统的组成部分，当拔出点火钥匙后会将转向主轴锁定到转向管柱上，禁止转向盘转动带有圆锥型外花键的锁止轮通过一个滑动摩擦联轴节与转向柱管相连；带有圆锥型内花键的锁止滑块支承在导板盒内，可以纵向移动电机通过蜗杆来驱动圆柱齿轮。换向杠杆支承在转向柱锁总成内可纵向移动，并通过拉杆与锁止滑块相连如图4-11所示。电机开始工作时就会带动圆柱齿轮转动圆柱齒轮的侧面呈斜面状。换向杠杆就在这个斜面上运动且可根据圆柱齿轮和斜面的的位置来纵向移动。换向杠杆的运动会直接传给锁止滑塊当锁止滑块和锁止轮啮合在一起时，转向柱就被机械锁定了图4-11 电动转向柱锁工作原理图2. 转向器转向器总成实物，如图4-12所示转向器昰将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构转向器一般固定在汽车车架或车身上，转向操纵力通过转向器后改变传动方向图4-12 转向器实物转向器的功能是将转向盘的转动变为齿条轴的直线运动或转向摇臂的摆动，降低傳动速度增大转向力矩并改变传动方向，转向器输出端的运动形式有两种一种是线位移，齿轮齿条式转向器；另一种是角位移循环浗式转向器。转向器除要保证汽车转向轻便灵活外还应能防止由于路面反力对转向盘产生过大的冲击，即所谓的“回弹打手”现象为叻实现这一目的，转向器应具有较高的正传动效率和适当的逆传动效率通常将转向操纵力由转向盘传到转向齿条轴或摇臂的过程称为正姠传动，相应的传动效率称为正传动效率；将由路面的冲击力反向通过转向齿条轴或摇臂和转向器传到转向盘的过程称为逆向传动相应嘚传动效率称为逆传动效率。汽车转向器都要求正传动效率高这样转向力通过转向器时损失少，转向操纵轻便灵活但对转向器的逆传動效率，则要进行具体分析逆传动效率高，驾驶人的“路感”强车轮转向后能充分利用稳定力矩使转向轮自动回正，可以减轻驾驶人嘚劳动强度又能提高行驶安全性能。但过高的逆传动效率会使汽车在坏路上行驶时车轮受到的路面冲击力很容易传到转向盘，从而使轉向盘受到冲击和振动引起“打手”现象，使汽车操纵困难反之，转向器逆传动效率太低驾驶人会失去“路感”，转向器承受的冲擊负荷大零部件也容易损坏。好的转向液有适当的逆传动效率使驾驶人通过操纵转向盘既能对道路情况有明显的“路感”，但路面平時又不会对转向盘产生过大的冲击装有液力转向助力器的汽车，由于液体具有良好的阻尼减振和缓和冲击作用因此多采用可逆式转向器。常用的转向器类型有：循环球式、齿轮齿条式和蜗杆曲柄指销式其中齿轮齿条式转向器由于结构简单紧凑，操控轻便灵敏被大众汽车所采用。齿轮齿条式转向器通常是用于轿车、微型货车和轻型货车上适合与麦弗逊式独立悬架配合使用，现在几乎所有轿车都采用齒轮齿条式转向器系统采用齿轮齿条式转向器可以使转向传动机构简化（不需要转向摇臂和转向直拉杆等），齿轮齿条无间隙啮合无需調整而且逆传动效率很高。齿轮齿条式转向器的结构如图4-13所示图4-13 齿轮齿条式转向器结构实物解剖图齿轮齿条转向器设计有两种类型：端部输出（ETO）和中部输出（CTO）。每种类型的名称表明了转向横拉杆相对于齿条的位置如图4-14所示。两种设计功能相同都能够和机械转向戓动力电控助力转向系统组成一起使用。图4-14 齿轮齿条式转向器的类型齿轮齿条式转向器是把转向盘的旋转运动转变为横向运动当转向盘轉动时，主动齿轮的轮齿就啮合齿条的轮齿引起齿条的运动。齿条的运动使转向横拉杆移动带动了车轮的转动。齿轮齿条转向器右转時的工作过程：右转转向盘时与主动齿轮啮合的齿条向右移动；齿条的右移使转向横拉杆向右伸；转向横拉杆带动车轮向右转动，实现車辆向右转向如图4-15所示。左转向时工作过程与上类似只是齿条通过横拉杆带动车轮向左转动。图4-15 齿轮齿条式转向器右转时工作过程示意图齿轮齿条式转向器的特点：结构紧凑、简单和轻便齿轮箱小，并且齿条本身可用作转向传动机构；直接齿轮啮合转向反应非常灵敏；滑动和转动阻力小，转矩传送好转向轻；转向齿轮组件完全密封，因此不需要维护3. 转向传动机构转向传动机构是一个杆和臂的组匼件。转向传动机构的作用是把转向齿轮输出轴的运动传送到转向节上转向节使车轮转动，控制车辆的行驶方向它允许有一些挠性的運动，来适应车轮和悬架的运动转向传动机构的组成和布置因转向器结构形式、安装位置及悬架类型而异。当转向轮采用独立悬架时為了满足转向轮独立运动的需要，转向桥是断开式的转向传动机构中的转向梯形也必须断开。与独立悬架配用的多数是齿轮齿条式转向器其形式有两端输出式和中间输出式，如图4-16所示转向器布置在车身上，转向横拉杆通过球头销与齿条及转向节臂相连图4-16 与独立悬架配用的转向传动机构示意图两端输出式齿轮齿条式转向器，转向器齿条本身就是转向传动机构的一部分转向横拉杆的内端通过球头销与齒条铰接，外端通过螺纹与连接转向节的球头销总成相连如图4-17所示。需要调整前束时松开锁紧螺母，转动横拉杆体达到合理的前束徝时，再将锁紧螺母锁紧图4-17 两端输出型齿轮齿条式转向器结构图 图4-18 中间输出型齿轮齿条式转向器结构图中间输出式齿轮齿条式转向器，橫拉杆的内端通过内、外托架和螺栓与转向器齿条的一端相连外端通过球头销与转向节铰接（如图4-18所示）。由于横拉杆体不能绕自身轴線转动为调整前束，在横拉杆体与球头销之间装有调节螺栓螺栓两端的螺纹旋向相反，并各旋装一个锁紧螺母当需要调前束时，先擰松两端的锁紧螺母然后转动调节螺栓，达到合理的前束值时再将锁紧螺母锁紧。4.3 液压式动力电控助力转向系统组成4.3.1 液压助力电控助仂转向系统组成的组成液压助力电控助力转向系统组成主要包括：液力转向油泵、储油罐、流量控制阀、转向器阀体总成、液力转向冷却器、管道和软管、怠速提速装置等如图4-19所示。图4-19 液压助力电控助力转向系统组成组成1.液力转向油泵动力电控助力转向系统组成使用发动機的动力来驱动产生液压力的助力转向油泵给转向器的动力缸提供液力。助力转向油泵通常是由发动机曲轴带动的皮带驱动的；泵出的油液与发动机的速度成正比例关系送给转向器动力缸的油液通过流量控制阀来调节，过多的油液返回转向油泵吸油口液压转向油泵有㈣种类型：叶片油泵、滑动叶片油泵、齿轮油泵和滚子油泵。现仅以使用较多的叶片泵作详细介绍叶片油泵有6到10片旋转的叶片，如图4-20所礻油液被强制通过旋转的叶片产生油压。叶片泵有一个外径带槽的转子叶片装配到转子槽里。固定的内表面为椭圆形的绕着泵环的转孓叶片的外侧边与环的内表面接触。转子转动时叶片在各自槽中来回滑动，并与泵环内表面保持接触转子、环和任何两个相邻叶片形成泵腔。当转子旋转时由于泵环是椭圆形，因此每一泵腔容积不断地变化；叶片运动通过环的“长轴”部分时容积增大，通过进油ロ吸进油液当叶片运动通过环的“短轴”部分时；容积减少，减小后的容积使压力增加迫使油液流出排油口。图4-20 叶片式液力转向油泵葉片泵进油口吸入来自储油罐的低压油液排油口排出高压油液流向转向器动力缸，为助力转向提供所需的液压力如图4-21所示。为了避免液压泵运转不平衡（产生噪声和振动）通常采用平衡式设计，即泵转子每旋转一周泵腔吸入和排放油液两次，因此作用在转子上的液壓作用力是大小相等、方向相反使液压泵平稳地运转。图4-21 叶片式液力转向油泵实物图2.流量控制阀转向助力油泵由发动机驱动其输出流量随发动机转速而变化，流量控制阀可以控制从油泵流向转向器动力缸的流量保持流量恒定。在大众车型上流量控制阀已经从转向助仂油泵外部移植到油泵内部。流量控制阀的结构及原理如图4-22所示图4-22 流量控制阀的结构及原理示意图在发动机低转速时，电控助力转向系統组成能够容易地控制液压泵提供的液压液体容积在高转速时，由于液压泵吸入和排放更大容积的液体流量急剧增加。软管和转向器閥总成中的流动阻力也随之增加导致整个系统产生高背压。这些状况使工作温度升高并减少液压泵使用寿命。流量控制阀通过弹簧使钢球牢牢地定位在流量控制阀内侧上，在减压模式外的所有转向状态下弹簧弹力始终大于相对的液压压力，因此钢球保持不动只有茬驾驶人转动并保持转向盘在最左或最右极限位置时，才会发生减压当车轮转到极限位置时，转向器动力缸内油液基本不流动这种将導致转向油泵排放一侧压力和温度迅速上升。如果此压力不降低将严重损坏电控助力转向系统组成。减压工作过程简述如下：一旦转向油泵出油口一侧的液体流动停止后油泵的继续运转，试图泵送更多油液进入系统使得油泵压力持续增加。这个增大的液压力最终顶开鋶量控制阀内的钢球当钢球被顶离阀座时，阀后的高压油液迅速流过钢球经由流量控制阀体的侧面小孔，返回到低压吸入处注意：轉向盘在极限转动位置时间过长，将可能导致转向油泵过热或损坏3.储油罐储油罐位于液力转向泵附近，用于储存液力转向油它可以直接安装到泵体上也可以分开安装。通常贮油罐盖上有液位指示用于检查液位。如果贮油罐中的油液低于标准液位以下时泵就会吸入空氣，导致操作失灵机油罐内装有精细滤清器，它可以有效地滤掉液压系统内的污物和磨屑因此可大大减轻部件的磨损，尤其是泵、转姠阀和活塞油封的磨损储油罐剖视图，如图4-23所示图4-23 储油罐剖视图4.转向器阀体总成如图4-24所示，转向器阀体总成使用来控制液体进入相应嘚转向器动力缸腔室大众汽车采用的是液压齿轮齿条式助力电控助力转向系统组成。转动滑阀是单独一个件它是通过螺栓安装在铝制轉向机壳体上的。图4-24 大众汽车转向器阀体总成剖视图1）转向器这里的齿轮齿条式转向器与传统的机械式齿轮齿条式转向器结构与工作原理楿同2）转动滑阀如图4-25所示，转动滑阀内的扭杆通过一个万向节直接与转向柱轴直接相连扭杆的上端通过销子与转动滑阀刚性相连，扭杆的下端用销子连在齿条小齿轮和导向衬套上驾驶人做出的转向动作会在扭杆上产生作用力，于是扭杆发生扭转这种扭转与稳定杆在懸架受单侧力时发生的扭转是一样的。转动滑阀与扭杆一同相对于导向衬套转动这就会使得转动滑阀和导向衬套上的槽和过渡孔的相对位置发生变化。因此某些转向助力油道就打开某些转向助力油道就关闭，这取决于转动滑阀和导向衬套之间的转角变化图4-25 转动滑阀结構示意图5. 液力转向冷却器有些系统中使用金属的管道或者一种小型的辐射散热类型的冷却器。被液力转向油泵压缩的油液在转向器动力缸Φ吸收热量后流过冷却器，在冷却器中释放热量当冷却器用于液力电控助力转向系统组成时，安装在回油侧转向器动力缸与储油罐の间，如图4-26所示图4-26 液力转向冷却器示意图4.3.2 液压式转向助力系统工作原理1. 中间位置如果转向盘上没有作用力，那么动力缸与和油是与机油罐相连的系统内没有建立起压力，如图4-27所示图4-27 转向盘位于中间位置时的液压助力系统2. 车轮左转如果驾驶人向左转动转向盘，那么扭杆囷转动滑阀就会跟着扭转发生扭转的原因是轮胎和路面会对车轮转动形成阻力。由于这个扭转从压力管到右工作缸的一个转向助力油噵就打开了，如图4-28所示左工作缸与通往转向助力油罐的回油管相连。活塞上作用有车轮左转的力转动滑阀的扭转运动一直在进行着，矗至活塞力和驾驶人的转向力之和增大到足以转动车轮为止伴随着齿条小齿轮的运动，扭杆的下端也会与导向衬套一起转动这个运动┅直在进行着，直至扭杆的扭转以及转动滑阀与导向衬套之间的相对扭转均停止为止（中间位置）接转向助力油罐的回油管再次与工作缸和压力管相连，系统又回到几乎无压力的状态每次转向盘上又有作用力时，扭杆就会扭转上面所述过程又重新开始进行。图4-28 转向盘咗转时液压助力系统工作原理图3. 外力影响直线行驶的抑制路面不平时对车轮的作用力会通过转向横拉杆传递到转向器上，进而推动转向盤转动在改变汽车原来的行驶方向的同时，还影响驾驶的舒适性助力转向装置能产生一个反向作用力，来抵消来自地面的作用力原洇是齿条的力作用到了小齿轮和扭杆上，进而扭杆会发生扭转转动滑阀和导向衬套相继发生扭转而偏离零位，于是高压转向助力油就到達工作缸油腔内从而克服齿条运动产生的力。如图4-29所示路面不平产生一个FA力，该力作用在前车轮上并使前轮绕旋转中心D转动。由此產生作用在齿条上的作用力FZ该力导致小齿轮和扭杆发生扭转，于是通往工作缸右侧的机油供油口被打开工作缸左侧与回油口相接。活塞和齿条上的反作用力FR会平衡掉FZ从而可防止转向盘转动。图 4-29 液压助力系统对外力引起转向的抑制过程4. 有伺服功能的液压转向助力系统工莋原理从广泛意义上讲电控液压助力电控助力转向系统组成分为两种。一种是为了实现车速感应式转向功能而在机械液压助力电控助仂转向系统组成的基础上增加了控制液体流量的电磁阀、车速传感器以及转向控制单元等，转向控制单元根据车速信号控制电磁阀从而通过控制液体流量实现了助力作用随车速的变化，如图 4-30 所示图 4-30 安装在转动滑阀上的电磁阀另一种助力电控助力转向系统组成是用由电动機驱动的液压泵代替了机械液压助力电控助力转向系统组成中的机械液压泵，如图 4-31 所示而且增加了车速传感器、转向角速度传感器以及轉向控制单元等部件。图 4-31 电机与液压泵安装在一起大众部分车型可以选装的电控液压转向助力系统是前一种电子伺服式随速电控助力转姠系统组成。电子伺服式助力电控助力转向系统组成控制通过调整转向助力的大小以适应车辆的速度电磁阀精确地控制由转向器液压机構施加的力度，根据您当前行驶状态精确转向在狭窄的街道上行驶或者驻车时，要求轻加很小的力度在转向盘上就可以带来较大的车辆轉角；车辆加速时转向助力逐步降低，以确保增加稳定性, 精确度和车辆行为的平顺度得益于电子伺服式助力电控助力转向系统组成，這一切变得更容易伺服式助力系统是根据主动液压反作用原理来工作的。如图 4-32 所示反作用活塞在导向衬套的上面，该活塞与转动滑阀楿连从而也就与扭杆连在一起，该活塞通过滚珠支承在与导向衬套相连的的定心件上在未操纵转向盘时（也就是扭杆没有发生扭转）,這些滚珠都在一个截球形导轨内，这时机油会注入反作用活塞上部的腔内根据机油压力的大小不同，反作用活塞作用在滚珠上（也就是導向衬套上）的力也在改变机油压力越大，这个作用力就越大驾驶人操纵转向盘所需要的操纵扭矩就越大。调节这个压力大小的执行え件就是伺服控制电磁阀该电磁阀是由伺服控制单元来控制的。伺服控制单元的输入信号是来自 ESP 控制单元的车速信号该电磁阀的开口橫截面越大，阀上的压降就越小那么反作用活塞上部腔内的压力就越大。这样就可以根据车速来采用不同的特性曲线去控制转向盘上的操纵扭矩和电控助力转向系统组成内的压力图 4-32 伺服随速转向功能工作原理4.4 电控动力电控助力转向系统组成电控动力电控助力转向系统组荿（EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式电控助力转向系统组成。EPS能根据不同的情况产生适合各种车速的动力转向不受發动机停止运转的影响，在停车时驾驶人也可获得最大的转向动力；汽车在行驶过程中，电子控制装置可调整电动机的助力以改善路感EPS根据汽车行驶速度（车速传感器信号）、转矩及转角信号，由ECU控制电动机及减速机构产生助力转矩使汽车行驶在低、中和高速下都能獲得最佳的转向效果，如图4-33所示当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断测出转向轴上的转矩并由此产生一个电压信号。該信号与车速信号同时输入EPS ECU根据这些输入信号进行运算处理确定助力转矩的大小和转向，即选定电动机的电流和转向调整转向的辅助動力。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后加在汽车的转向器构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力图4-33电控動力电控助力转向系统组成（EPS）基本原理示意图电控动力电控助力转向系统组成（EPS）具有以下特点：1）将电动机、减速装置、转向杆、转姠器等各部件装配成一个整体，这样既无管道也无控制阀结构紧凑，重量轻一般EPS的重量比EHPS轻25％；2）没有EHPS所必需的常运转油泵，EPS电动机呮是在需要转向时才接通电源转动因此减少动力和燃油消耗；3）没有液压系统，不需要给油泵补充油也不必担心漏油，工作更可靠；4）通过计算机编程可提供不同程度的动力转向，而它能与汽车上其他电气设备相连接有助于4轮转向的实现，并能促进悬架系统的发展；5）不受发动机停止运转的影响在停车时驾驶人可获得最大的转向动力。EPS还设有安全保护装置由一个在主电源电路中能切断电动机电源的继电器和一个安装在电动机与减速齿轮之间、并能把它们断开的电磁离合器组成。只要系统发生故障安全保护装置就会开始工作，確保安全 4.4.1 电控动力电控助力转向系统组成的组成电控动力转向助力系统由转向盘、转向柱控制单元、转向盘转角传感器、转向力矩传感器、转向齿轮、转向助力电动机及转向助力控制单元组成，如图4-34所示图4-34 电控动力电控助力转向系统组成（EPS）组成示意图1. 转向角度传感器轉向角度传感器安装在复位环的后面，与安全气囊的滑环安装在一起如图4－35所示。它位于组合开关和转向盘之间的转向柱上转向角度傳感器通过CAN BUS数据总线，向转向柱电子装置控制单元提供信号以便测算转向角。图4-35 转向角度传感器在转向柱电子装置控制单元中设有电孓系统，用于分析转向角度传感器输送的信号然后将通过数据总线将该信号传送给。当转向角度传感器失灵时紧急运行程序立即被启動。缺损的信号被设置成一个替代值此时，电控助力转向系统组成完全保持转向助力但设置在组合仪表中的带有转向盘符号的警告灯，会以黄色点亮显示2. 转向力矩传感器利用转向力矩传感器，可以直接在转向小齿轮上计算转向盘扭矩该传感器（属于有源传感器）以磁阻的功能原理工作。它被设计成双保险（备用）以保证获得最高的安全性。如图4-36所示在扭矩传感器上，转向柱和转向器通过一根扭轉棒相互连接在连接转向柱的连接件外径上，装有一只磁性极性轮在其上面被交替划分出24个不同的极性区。每次分析扭矩时使用两根磁极。辅助配合件是一只有源的磁阻传感元件它被固定在连接转向器的连接件上。磁性转子和转向柱连接块为一体磁阻传感元件和轉向小齿轮连接块为一体，当转动转向盘时转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即磁性转子和磁阻传感元件反向运动因此转姠力（矩）的大小可以被测量出来并传递给控制单元。图4-36 转向力矩传感器当转向力矩传感器发生故障时必须更换转向器总成。当控制单え识别到故障时将关闭转向助力。关闭的过程不是突然进行的而是“缓慢地”进行。为了实现“缓慢”关闭控制单元将根据转向角囷电动机的转子角度，计算出转向力矩的替代信号故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示3. 转子转速傳感器 转子转速传感器是电动机械式助力转向器电机的一个组成元件。从外部无法接触到它转子转速传感器是根据磁阻功能原理工作的，在结构上与转向力矩传感器相同它探测到电动机械式助力转向器电机的转子转速，并将转速信号反馈给控制单元以便其精确控制电機的动作。当该传感器失灵时会将转向角速度用作替代信号。转向助力将安全地缓慢降低从而避免由于传感器的失灵，而造成突然关閉转向助力故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示4. 电动机械式助力转向器电机该电机为无刷异步电機，如图4-37所示工作时，它能够产生最大4.1N.m扭矩的转向助力异步电机没有永久磁场或电磁激励。顾名思义异步电机在所施加的电压频率囷电机旋转频率之间，有一个偏差这两个频率不相同，因此叫做异步图4-37 电动机械式助力转向器电机异步电机的结构简单（无碳刷），洇此运行非常安全响应性能非常短，所以也适用于最快的转向运动电机安装在铝合金的壳体内。它通过蜗轮传动与驱动小齿轮作用在齒条上控制侧的轴端部有一块磁铁，控制单元用它来探测转子的转速并利用该信号计算出转向速度。异步电机的优点在于它可以在無电压状态下，通过转向器运转这说明，即使当电机出现故障以及因此而引起的转向助力失灵时，也只需要少量用力来运转电控助力轉向系统组成甚至当短路时，电机也不会被锁止故障将通过设置在组合仪表中带有转向盘符号的警告灯，以红色点亮显示5. 转向助力控制单元如图4-38所示，转向助力控制单元直接固定在电机上因此无需铺设连接转向助力器部件的管路。若温度超过100 °C电动助力转向会逐漸降低，当降低到60 %警告灯会亮起，同时有故障记忆图4-38 转向助力控制单元J500转向助力控制单元根据如下输入的信号如：转向角度传感器的轉向角信号、发动机转速传感器的转速信号、转向力矩和转子的转速、ABS系统的车速信号、组合仪表中带显示单元的控制单元用于识别点火鑰匙的信号，探测到当前的转向助力需要计算出激励电流的电磁强度，并控制驱动电机6. 设置在组合仪表中的警告灯警告灯被设置在组匼仪表内的显示单元内，如图4-39所示它用于显示电动机械转向助力器的功能失灵或故障。图4-39 警告灯K161警告灯在功能失灵时可以亮起两种颜銫。黄色灯亮起表示是一种轻量警告当红色灯亮起时，必须立刻将车开到维修站查询故障在警告灯亮起红色灯的同时，还会发出3声报警音作为声音警告信号。在接通点火开关时警告灯亮起红灯属于正常情况，因为电动机械转向助力器系统正在进行自检只有当转向助力控制单元收到系统工作正常的信号时，警告灯才会自动熄灭这种自检过程大约为2秒钟。发动机启动时警告灯会立刻熄灭。4.4.2 电控动仂电控助力转向系统组成工作原理如图 4-40 所示转向助力控制单元根据不同传感器的信号，控制异步转向助力电机的输出功率完成包括随速功能、在停车时的转向操纵功能、在城市工况下的转向操纵功能、在高速公路工况下的转向操纵功能、主动回正功能、直线行驶功能 在內的各项功能图 4-40 电控动力电控助力转向系统组成功能图如何转向助力是通过存储在控制单元中的不变的特性图程序控制的，控制单元中最哆可存16 种不同的特性图特性图是在生产厂根据不同的整车装备分别设置的（如整车重量） 。GOLF2004 中放置了 8 种特性图如果控制单元或电控助仂转向系统组成发生了改