ServotronicⅡ工作原理以及优点

1.转向助力油泵

所有汽油机汽车上使用的都是FP6叶片泵，如图9-68所示，该泵的供油量为15cm³/转。系统最大工作压力为125bar。

所有柴油机汽车上使用的都是FP4叶片泵，该泵的供油量为11cm³/转。系统最大工作压力为125bar。

2.转向机结构

齿条-齿轮式转向机主要由齿条、小齿轮及其支承机构、活塞、转动滑阀构成，如图9-69所示。

1）齿条的齿部是采用不同的模数和压力角来制造的，这样就可在将方向盘的旋转运动转换成为齿条的往复直线运动的过程中实现可变传动比。这种可变传动比在转向角度较大时可以提供更直接的反应。

2）活塞直径从43mm增大到45mm，这是由于装上了所有装备后，车桥负荷较大的缘故。

3）转动滑阀现在有10个槽，而原来只有6个，因此转动滑阀的控制棱边也增加了，这样就形成了一个较大的横截面，更方便液体流动，从而减小了液体流动的噪声。

图9-68 转向助力泵

图9-69 转向机结构

转动滑阀内的扭杆通过一个万向节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，如图9-70所示。

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悬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，因此某些机油道就打开，某些机油道就关闭，这取决于转动滑阀和导向衬套之间转角的变化。

3.中间位置

如果方向盘上没有作用力，那么工作缸与和压力管就是与机油罐相连的，系统内没有建立起压力，如图9-71所示。为了能看得更清楚，图9-71中所示的是6槽转动滑阀，而不是10槽的。

图9-70 转动阀的位置

图9-71 转向处在中间位置状态

4.车轮左转

如果驾驶人向左转动方向盘，那么扭杆和转动滑阀就会随之扭转，如图9-72所示。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机油道就打开了。左工作缸与通往机油罐的回油管相连。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，直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。这个运动一直在进行着，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）。

接液压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。每次方向盘上有作用力时，扭杆就会扭转，上面所述过程又重新开始进行。

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图9-72 向左转向状态

当有反向作用力（比如因路面不平而产生的）时，助力转向装置也能起减振作用。但扭杆会发生扭转，其原因是齿条的力作用到了小齿轮和扭杆上。

转动滑阀和导向衬套相继发生扭转而偏离零位，于是压力液压油就到达工作缸油腔内，从而克服齿条运动产生的力。

例如：路面不平产生一个F_A力，该力作用在前车轮上，并使前轮绕旋转中心D转动，如图9-73所示。由此产生作用在齿条上的作用力F_Z，该力导致小齿轮和扭杆发生扭转，于是通往工作缸右侧的液压油供油口被打开，工作缸左侧与回油口相接。活塞和齿条上的反作用力F_R会与F_Z平衡，从而防止方向盘转动。

5.Servotronic电磁阀N119

该电磁阀是一个电液转换器，用于实现随速助力转向（Servotron-ic）功能。实际上它就是一个比例阀。

在没通电时，这个电磁阀是呈打开状态的，该电磁阀上的通电电流越强，阀上开口的横截面就越小，如图9-74所示。

6.Servotronic的工作过程

车速越高，驾驶人在转向时转动方向盘所需要使用的力也就越小，所有的转向系统均如此（无论有没有助力转向系），如图9-75所示。

因此在设计转向机构时就需要综合考虑，必须防止在车速较高时转向过于轻松。这正是Servotronic所应完成的功能。Servotronic可以根据车速来调节作用在方向盘上的操纵力矩大小。最大转向助力发生在车静止或非常慢时（如在驻车时）。

图9-73 转向减振作用

ServotronicⅡ也是根据主动液压反作用原理来工作的。反作用活塞在导向衬套的上面，该活塞与转动滑阀相连，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定心件上。

在未操纵方向盘时（扭杆没有发生扭转），这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。

根据机油压力大小的不同，反作用活塞作用在滚珠上（导向衬套上）的力也在改变。液压油压力越大，这个作用力就越大，驾驶人操纵方向盘所需要的操纵力矩就越大。

图9-74 随速电磁阀

调节这个压力大小的执行元件就是Servotronic电磁阀N119。该电磁阀是由供电控制单元J520来控制的。J520的输入信号是来自ESP控制单元的车速信号。该电磁阀的开口横截面越大，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方向盘上的操纵力矩和转向系统内的压力。

ServotronicⅡ工作原理还有两个优点：

1）滚珠的截球形导轨会加强中心定位的能力，因此，车辆的直线行驶稳定性（尤其在车速很高时）就得到提高，如图9-76所示。

2）液压油压力和流量都不会降低，这样就可随时应对紧急情况（如在不可预见的情况下突然进行转向校正）。

图9-75 随速转向工作曲线图

图9-76 ServotronicⅡ工作原理