汽车助力转向新概念分析

摘要:介绍的是一种电子气压汽车助力转向系统,主要用于大排量汽车的助力转向,克服了原有的助力转向的一些不足,而且动力足、环保、工作安全、维护检修较容易。

关键词:步进电机;传感器;气压系统

中图分类号:X734.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)02-0287-01

1 设计背景技术

目前市场上的汽车动力转向系统有机械液压、电子液压和电子动力(EPS)三种。机械液压式的液压泵需要发动机皮带带动,在发动机工作的情况下,无论是否需要转向,这套系统都要工作,能耗较大,在发动机不工作的情况下,没有助力转向功能;需要定期检查或更换液压油,且液压油在低温下反应迟钝;液压泵的压力很大,比较容易损害助力系统。电子液压式所采用的液压泵一个电动泵带动,相对于机械液压式能够减少一部分能耗,但是仍存在液压系统方面的缺点。电子动力式(EPS)由电子控制单元根据车速、转向角等信号经过计算,控制电动机输出转矩力,反应灵敏,但提供的转矩力太小,只能用于小排量车辆。

基于此,本文介绍一种可以尽量克服以上助力转向装置的缺点,性价比高,环保而且操作方便的助力转向装置。

2 主要思路

本汽车助力转向系统将电子动力转向器与机械液压助力转向器二者有机的结合。根据液压系统原理设计气压系统,基于电子动力转向系统,将其电动机部分改成气压系统(如图1示)。气压系统采用双作用气压缸提供动力,低功率步进电机控制气体输出流量,电磁控制阀控制气体的流向(双作用气压缸的左右)。其电子控制部分与电子式助力的原理相同,如:速度传感器,扭矩传感器,转角传感器以及控制单元等。

3 气压系统的工作原理

3.1 系统的基本构架

本助力转向系统总体结构如图2示,包括方向盘、转角传感器、转矩传感器和电子控制单元。方向盘与转角传感器和转矩传感器连接,转角传感器和转矩传感器与电子控制单元连接,电子控制单元与三位四通电磁换向阀和步进电机连接,三位四通电磁换向阀接有气压缸。增量式数字流量阀内选用的步进电机的步距角为0.7°。原理框图见图3所示。

3.2 工作过程

气体从气动三联件的分水滤气器流入经过过滤之后由油雾器流至安全阀,安全阀起到安全保护作用,当系统压力超过规定值时,安全阀打开,将系统中的一部分气体排入大气,使系统压力不超过允许值,从而保证系统

不因压力过高而发生事故;经过安全阀后在流向保压缸,保压缸是为了保证执行元件有一定的工作气压,相当于二级缓存;气体流出后进入增量式数字流量阀,这种阀由步进电机带动工作,控制气体的流量;电磁换向阀根据ECU输出的信号,利用电磁吸力推动阀芯改变阀的工作位置,控制气体流向;气体流出后,由两个梭阀“管理”,流入双作用气缸,梭阀和电磁换向阀共同组成锁紧回路,当执行元件不工作时,切断其进出气路,使它准确的停留在中间位置上。在以上机械元件的连接处采用软管跟硬管来连接,软管用橡胶管,硬管采用紫铜管,纯机械的连接。

速度传感器、扭矩传感器和转角传感器传入的数据,经电子控制单元进行分析计算,作出判断,将执行信号传输给步进电机与三位四通换向阀,步进电机控制气体的流量,三位四通换向阀控制气体的流向,作用于气压缸,从而实现助力转向。

4 有益效果

本系统无需液压油,采用压缩空气,不受温度限制,低温也可以反应灵敏,做功后气体不用返回贮气装置,直接排除,环保;提供的扭矩力大,可以应用于大排量车辆。本系统继承了以往助力转向器各自的优点, 将其集于一体,动力足,反应灵敏,环保,操作方便,维修检测相对比较容易等。从整个转向系统的发展趋势看,随着人们对汽车环保、节能和安全性要求的进一步提高,气压助力转向系统会赢得消费者及厂商的认可。

参考文献

[1]何存兴,张铁华主编.液压传动与气压传动[M].武汉:华中科技大学出版社,2000.