转向齿轮箱总成由控制阀总成、液压反应装置、液流分配阀和管孔等组成。 1.控制阀总成。 LS400动力转向系统的控制阀为扭杆转阀式结构,它与转向器装为一体,称为整体式结构。 控制阀总成由扭杆、控制阀轴和转阀等组成。 (1)结构。如图10-5所示,控制阀扭杆的上端通过销子与控制阀轴的上端连接,扭杆的下端通过销子与转向齿轮连接,这样,控制阀轴和转向齿轮就通过扭杆连接在一起。转阀的下端通过销子与转向齿轮固定连接,并且与齿轮一起转动控制阀轴的下端插入齿轮的凹槽里,在控制阀轴和齿轮截面之间的两侧各有一个小间隙△,如图10-5所示的AA截面图。这样,当方向盘向左或向右转动时,控制阀轴相对于齿轮能转动一个Δ间隙量。即使动力转向液压管路损坏或发动机熄火,控制阀轴的转动也能直接传给转向齿轮,以便能实现手动转向。 (2)工作原理。如图10-6(a)所示,当方向盘处在汽车直线前进位置时,控制阀轴处在中间位置,控制阀轴与转阀槽两边的槽隙相等,从油泵经液流分配阀来的油液,与动力缸的左、右腔均相通,并且通过控制阀轴上的回油孔与贮液罐相通,整个油路畅通,动力缸左、右腔无压力差,动力转向系统无助力作用。
左转弯时,转动方向盘,扭杆带动控制阀轴与扭杆上端同步逆时针旋转,同时,该方向盘力通过弹性扭杆传给转向齿轮和转阀。由于轮胎与地面之间转向阻力的存在,必须有足够的转动力矩才能使齿轮转动,这个力矩促使扭杆弹性扭转,造成转阀转动角度小于控制阀杆转动角度,两者产生角位移,角位移量等于扭杆变形量,从而使通右腔的进油槽间隙减小(或封闭),油压降低;通左腔的进油槽间隙增大,而回油槽间隙减小(或封闭),油压增大,此时来自油泵的压力油通过槽隙流向右腔,左腔的油液则通过控制阀轴的回油孔流回贮液罐,如图10-6(b)所示。
同理,右转弯时,控制阀轴顺时针旋转,转阀内的油路发生相反方向的变化,从而使动力缸的左腔通液压油,右腔则与贮液罐相通而反向助力,如图10-6(c)所示。
当方向盘处在某一转向角度不变时,此时,控制阀轴随齿轮在动力缸液压力和扭杆弹力的作用下沿着方向盘转动方向旋转一个角度,使之与转阀相对角位移量减小,动力缸左右腔压力差减小,但仍有一定的助力作用,此时的助力力矩与车轮的回正力矩相平衡,使车轮维持在某一转向角度位置上。
若放松方向盘,扭转的弹性扭杆回位,控制阀轴回到中间位置,失去助力作用,转向轮在回正力矩作用下自动回正。若需要助力回位,驾驶员可回转方向盘,液压反向助力,帮助转向轮回位。
在汽车直线行驶偶然遇到阻力而使车轮偏转时,如向左偏转,此时车轮的阻力矩通过转向齿轮作用在转阀上,而使转阀逆时针转动,使转阀与控制阀轴间产生角位移,动力缸的右腔油压升高,左腔油压减小,产生助力,助力方向与车轮偏转方向相反,使车轮迅速自动回正,保证汽车直线行驶的稳定性。
2.液压反应装置。
液压反应装置设置在转阀的下面,装在转向齿轮孔中。它由液压反应室、四个液压反应活塞、控制阀轴杆等组成。液压反应装置的作用是,将ECU根据车速控制的反应室的液压反应给方向盘,提醒驾驶员是在高速行驶转向,以便能集中注意力,进而达到行驶安全的目的,液压反应装置的工作情况如图10-7所示。
当汽车直线行驶时,控制阀轴杆处于中间位置,四个活塞的背面作用着相同液压,且液压力很小,因为此时油液畅通,如图10-7(a)所示。
当汽车转向时,方向盘通过扭杆上端的销子带动控制阀轴转动,以及通过扭杆下端的销子带动转向齿轮转动。由于液压反应装置装在转向齿轮孔中,控制阀轴与转向齿轮的相对转动即推动活塞移动。当向左转向时,如图10-7(b)所示的两个活塞背面的液压力(即反应室中的液压力),通过控制阀轴的杆传给控制阀轴,再传给方向盘,从而驾驶员能感觉到液压反应室中液压的大小。而液压反应室中液压的大小,是由ECU根据车速通过电磁阀来调节,当车速低时,液压反应室中的液压小,车速高时液压大,以便在高速行驶转向时提醒驾驶员集中注意力。
3.液流分配阀。
液流分配阀的结构如图10-8所示。其内装有分配阀和分配阀弹簧,其壳体上有四个孔,分别通油泵、转向控制阀的转阀、电磁阀和液压反应室,分配阀上有承压锥面。液流分配阀的作用是将油泵来的液体分配到转向控制阀的转阀、电磁阀和液压反应室。分配到电磁阀和液压反应室中的液体由转阀内的液压来调节。其工作情况如下:
当方向盘不转动时,转向控制阀、动力缸左右腔和储油罐均相通,转阀中液压很小,即作用在分配阀承压锥面上的液压很小,分配阀在其弹簧作用下处在最上位置,分配阀阀口开启即分配阀与电磁阀、液压反应室的通口开启,油泵来的油液通过分配阀也流到电磁阀和液压反应室中,流到电磁阀和液压反应室中的油液和整个系统中的油液一样是低压油液。
当方向盘转动时,转向控制阀转阀中的液压增加,电磁阀和液压反应室中的液压也随之增加。同时,转阀中液压作用在分配阀的承压锥面上,产生一个向下的液压推力,分配阀逐渐向下移动,当转阀中液压增加到一定值时,分配阀下移到将通向电磁阀和液压反应室的孔口关闭,即分配阀口关闭。此时,当转阀中液压再继续增大时,电磁阀和液压反应室中的液压也不再随转阀中液压的增大而继续增大,而此时电磁阀和液压反应室中的液压的大小,则根据车速,通过ECU控制电磁阀的开度来调节。
4.管孔。
管孔的作用是:在中高速转向时,当液流分配阀下移到将通向电磁阀和液压反应室的孔口关闭(即分配阀口关闭),随着转阀中油压的继续增大,此时允许少量的油液流进液压反应室。
5.电子控制装置的结构与工作原理。
(1)电磁阀。
1)电磁阀的作用与结构。电磁阀装在转向器齿轮箱壳体上,ECU根据车速信号的大小,控制电磁阀电流的大小,从而控制阀开启的大小,以便控制作用在液压反应室内液压的大小。电磁阀的结构如图10-9所示,它由电磁线圈、壳体、空心阀、弹簧、推杆和传动套等组成。空心阀上有阀孔和固定小孔。壳体上有两个孔,一个通向储油罐,一个通向液流分配阀。
2)电磁阀的工作原理。当电磁阀不通电或通小电流时,阀套在弹簧张力的作用下被压在最上端,此时阀孔关闭,而固定小孔开启。因固定小孔的通道截面很小,从液压反应室流过该阀的液流很小。
当电磁阀的电流逐渐增大时,电磁线圈中产生的电磁吸力克服弹簧的弹力,将空心阀逐渐吸下,阀孔的开启截面逐渐增大,液压反应室中的液压逐渐减小。
当电磁阀的电流增大到一定值时,阀孔的开启截面达最大,此时,液压反应室中的压力最低。此后,随着电流的继续增大,阀孔的开启截面也不再变化。
(2)车速传感器和动力转向ECU。车速传感器的功用是检测车速信号,将车速信号转变为电信号送给ECU。雷克萨斯LS400汽车有两个车速传感器,其动力转向系统采用1号车速传感器,该传感器也用于车速表和发动机控制系统。
动力转向ECU根据车速传感器的信号来控制电磁阀的电流。当车速增加时,ECU输出电流减小,从而使电磁阀阀口的开启量减小。
