燃料电池汽车电动液压助力转向系统设计研究
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一
内各大高校、 科研机构和企业正在进行研究开发 ， 但在 一 些 关 键 技 术 和 零 部 件 方 面 未 有 突 破 性 进
展， 目前 国 内很 少 有成 熟 技 术 的 Ｅ Ｓ产 品投 向市 Ｐ 场， 还需要 大 力 研 究 。尽 管 Ｅ Ｓ是 动 力 转 向技 术 Ｐ 未来 的发 展趋 势 ， 没 有 充 分 利 用 现 有 液 压 动 力 但 转 向技 术 ， 丧 失 习惯 的 液 力 感 觉 和 转 向路 感 。 会 Ｅ Ｓ系统作 为 中间产 品起 着 承前 启 后 的作 用 ， ＨＰ 可
・
・
上海汽车
２ １．２ ０ ２ ０
短 ， 吸收来 自路 面的冲击 ， 可 大大降低 开发成本和缩 短 开发周期 ， 满足新 能源汽车 的开发要 求 。 本 文 的 主要研 究 目的是针 对 目前 燃 料 电池 汽 车开发状 况 ， 介绍 如 何 充 分 利 用 成熟 Ｈ Ｓ技 术 开 Ｐ 发 应用 电动 液压助 力 转 向 系统 。针 对某 款燃 料 电 池 汽车 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统设 计 ， 出不 同 的系统控 制设 计 提 方 案 ， 进 行 比较 ， 出一 种 较优 的设 计 方 案 ， 并 得 为 燃 料 电池 汽 车转 向系统 开发设 计提 供范 例 。
样件制作及试验 ｌ Ｉ 。
装车及调试 ｌ
电动 泵结 构 。集 成 的 电 动泵 结 构 紧凑 ， 量 变 得 质 更轻 ， 安装 的柔 性也 大大增 强 。
系 验及 试验 ｌ 统试 道路
图 ４ 燃料 电池汽车 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统设计流程图
图 ６ 电动 泵 结 构 简 图
以充分利 用现有成 熟 的液 压动力转 向和控 制技 术， 不仅能提高转向助力系统的工作性能、 降低系统
的能耗 ， 而且 可 以提 供较 大 的转 向助 力 ， 后 时 间 滞
收稿 日期 ： ０ １—１ Ｏ ２ １ ２一 １
基 金项 目： 国家高科技发展计 划（６ 计 划） ８３ 重大专项资助项 目（０ ９ Ａ １ １３ 。 ２０ Ａ １ Ａ ２ ）
熟 Ｈ Ｓ系 统 的基 础 上 ， 增 加 能 独 立 提供 液 压 动 Ｐ 需
５・
应流量和压力的高压油 （ 瞬时流量从 Ｅ Ｕ中储存的 Ｃ
上海汽车 ２ １． ２ ０ ２０
・
力 的 电动 泵 ， 新 设 计 开 发 部 分 零 部 件 及 控 制 系 重 统， 满足 整车 开发设 计要 求 ， ４为燃 料 电池汽 车 图
１ ３ ２ 转 向 管路 ．．
转向管路是转 向液在转 向器、 向储 液罐和 转
电动泵 之 间传 输 的管道 ， 主要 由高 压 油 管 、 吸油 管
人 了巨大 的人 力 和 资 金 来 发 展 燃 料 电池 汽 车 ， 我
国也把燃料电池汽车列入 国家“ ６ ” ８３ 计划重点科
技攻 项 目， 已取得 了重 大成果 。 并
近年来 ， 随着新能源汽车的蓬勃发展 ， 传统车
上普遍 应用 的液 压 动力 转 向系统 （ Ｓ 由于 体 积 ＨＰ ）
Ａ版
燃 料 电池汽车 电动液压助 力转 向系统设计研究 术
谢 泽金 冷 宏祥 赖序 年 梁伟铭 蔡 恩 凌天钧
２ １０ ） ０ ８４ （ 上海汽车集 团股份有 限公 司新 能源汽车事业部 ， 上海
【 摘要】 电动液压助力转向系统的 设计研究在燃料电池汽车整车开发中有着非常 重要的意义。 文章介
据检测到 的转角、 车速 以及 电机 的反馈信号等判 断汽车的转向状态． ， 向驱动单元发出控制指令 ， 使
电机 产生 相 应 的 转 速 以 驱 动 液 压 泵 ， 而输 出相 进
料电池动力系统， 原来靠发动机带动提供转 向助 力 的动力 转 向 泵 失 去 动 力 源 ， 充 分 利 用 传 统 成 在
ｉｐｒｎ ｆ ｅ ｕ ｌｖ ｉｅ Ｔｅ ｅｇ ａ ｆｒ ｔ ｏ ｒ ｓｍ Ｈ Ｓ ｒ ｉｒ ｕｅ． ｍ ｏａｔ ｒｈ ｆ ｌ ｅ ｈ ｌ ｈ ｄ ｉ ｄ ｉ ｅ ｎｏ ｓ ｔ ｓ ｆ Ｐ ｅ ｎｏ ｃ ｔ ｔ ｅｃ ｌ ｅ ｃ ． ｓｎ ｎ ｄｆ ｎ ｃ ｔｌｙ ｅ ｏＥ ａ ｔｄ ｄ ｏ ｅ
汽车 的发展 要 求 ， 发新 的 助 力 转 向系 统 已 成 为 开 未来 普遍 共 识 。 目前 ， 内外 正 在研 制 的 电 子 控 国 制助 力转 向 系统 主要 有 两 大 类 ， 电 动 液 压 助 力 即 转 向系统 （ Ｈ Ｓ 包 括 电磁 阀控 制 式 和 电 动 泵 控 ＥＰ， 制式 ） 电动助 力 转 向系 统 （ Ｐ ） 和 Ｅ Ｓ 。对 于 后 者 ， 国
电池汽 车原 型 车 平 台 ， 向器 阀特 性 曲线 根 据 系 转 统 匹配要 求 重 新 调 整 ， 择 成 熟 电动 泵 供 应 商 产 选 品， 电动 泵 、 向储 液罐 和 转 向管 路 根据 整 车 布置 转 变 化 重 新 布 置 设 计 ， ５为 某 款 燃 料 电池 汽 车 图 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统 布 置 图。转 向管 路 及 控 制 系 统 匹配 设 计 开发 ， 系统 调试及 标 定 ， 实现 电动 液压 助 力转 向
了电动机 、 油泵 和电子控制单元 ， 结构 紧凑 ， 具有
良好 的模 块化设 计 ， 量轻 ， 质 系统 布 置不 需要 大更
图１ Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统 结 构 简 图
Ｅ Ｓ系统 的工 作 原 理如 图 ２所 示 。汽 车直 ＨＰ
线行驶 时 ， 向盘不 转 动 ， 转 液压 泵 以很 低 的速度 运 转， 大部分 工作 油经 过 转 向 阀流 回储 液 罐 ， 部分 少 经 液控 阀直 接 流 回储 液 罐 ； 当驾 驶 员 开 始 转 动 转 向盘 时 ， 成 于 液 压 泵 的 电子控 制 单 元 （ Ｃ 根 集 Ｅ Ｕ）
绍 了燃料 电池汽车 电动液压助力转 向系统设计及不 同的系统控 制设计方案 ， 并进行对 比分析 ， 出了较优 的燃 得 料 电池汽车转 向系统设计方案 。研究结果对燃料电池汽车电动液压助 力转 向系统 的开发设 计具有重要 的参考
价值 。
【 ｂｔ ｃ】 Ｔ ｅ ｅｅｒ ｎ ｅｅ ｐ ｅｔ ｆ ｌ ｔｃ ｙｒ ｌ ｏ ｅ ｓ ｅｎ （ Ｈ Ｓ ｓ ｅ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｓ ｃ ａｄｄｖｌ ｍ ｎ ｏ ｅ ｃ ｄ ｕｉ ｐｗ ｒ ｔ ｒ ｇ Ｅ Ｐ ）ｉ ｖｒ ｒ ｒ ａｈ ｏ ｅｒ ｈ ａ ｃ ｉ ｅｉ ｙ
１ 燃 料 电池 汽车 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统
１１ Ｅ Ｐ ． Ｈ Ｓ系统 介绍
电动液 压 助力 转 向系 统一 般 由机 械 装置 和 电 气装 置 两 部分 组 成 ， １是 Ｅ Ｐ 图 Ｈ Ｓ系统 结 构 简 图 。
机械装置主要包括转向操纵机构 、 向器、 向传 转 转
动 机构 、 向储 液罐 、 动 泵及 管 路 ， 气装 置 由 转 电 电
展“ 清洁汽车” 遏止大气状况恶化 已成为汽车行 ， 业需要 解决 的首 要难 题 。燃 料 电池 汽 车 （ Ｃ 是 Ｆ Ｖ） 种用清洁能源——氢气作为新能源的新技术汽 车 ， 有 节 能 、 排 放 、 污 染 、 率 高 、 声 低 等 具 零 无 效 噪 优点 ， 因而 有 可 能 成 为 解 决 能 源 和 环保 问 题 的 关 键技术 。现 在 美 国、日本 及 西 欧 等许 多 国 家都 投
ｒ ｓ ｌ ｓ ｉ ｏ ａ ｔｆｒｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｄ ｓｇ ｆＥＨＰＳ ｏ ｈ ｕ ｌｃ ｌ ｖ ｈｃ ｅ ｅ ｕ ｔｉ ｍｐ ｒ ｎ ｈｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｅ ｉｎ ｏ ｔ ｏ ｆｔ ｅ ｆ ｅ ｅｌ ｅ ｉｌ ．
【 关键词 】 燃料电池汽车 助力转向系统
压 动力 转 向系 统 部 件 ， 匹配 开 发 的关 键 零 部 件 其 主要 为 电动 泵 、 向管 路 和 通 讯 网关 。这 样 可 以 转
Ｅ Ｐ 设计流程图。根据燃料 电池汽车整车参数 ， ＨＳ 按 Ｅ Ｐ 系统设计流程进行系统匹配计算和设计 ， ＨＳ 确定转 向操纵机构、 向器及传动机构沿用燃料 转
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ －５ ４ ２ １ ．２ ０ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ７４ ５ ． ０ ２ ０ ． １ ｓ
电动液压
大、 结构复杂、 效率低等缺点 已经不能适应新能源
０ 引言
环 境 污染 和 能源 危机 问题 已成 为全 球关 注 的 焦点 。治 理 汽车 尾气 排放 ， 善 人类 生存 环 境 ， 改 发
改 ；２ 节能 ， （） 高速 时最多能节 约 ８％ 的能源 （ ５ 相 对 于传统 的由发动 机驱 动泵 的系统 ） 实 际行 驶过 ， 程 中能节 约燃 油 ０ ２ Ｌ １０ｋ （ ） ． ／ ０ ｍ；３ 根据 车型 的不
同和转 向工况 的不 同 ， 提供 不 同的助 力 ， 舒适 的 有 转 向路感 ， 高车辆 行驶 稳定性 。 提 １ ２ 燃料 电池 汽车 Ｅ Ｐ ． Ｈ Ｓ系统 设计 燃料 电池 汽 车 由 于取 消 内燃 发 动 机 ， 用 燃 采
ｈ ｏ ｇ ｏ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｅ ，ｔ ｅ ｏ ｔ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ａ ｈ ｏ ｈ ｒ ｈ ｐ ｉ ｌｓ ｅ ｎ ｙ ｔｍ ｓ ｕ ｅ ｒ ｔ ｅ ｆ ｅ ｅ ｌｖ ｈ ｃｅ Ｔ ｅ ｈ ｍａ ｔ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｉ ｓ ｄ ｆ ｕ ｌｃ ｌ ｅ ｉｌ ． ｈ ｅｉ ｏ ｈ
应流量和压力 ， 产生转向所需的助力 。在 Ｅ Ｕ中， Ｃ 还有 安全保 护措施 和 故 障诊 断 功能 。当 电动 机 电 流过 大或温 度 过 高 时 ， 系统 将 会 限制 或 者 切 断 电
动机 的 电 流 ， 免 故 障 的发 生 ； 系 统 发 生 故 障 避 当
（ 如蓄电池电压过低、 转角传感器失效等） ， 时 系统
系统集 成设计 。
整车参数输入 ｌ
大大降低开发成本 ， 缩短开发周期 ， 控制技术开发 风险 。
１ ３ １ 电动 泵 ． ．
电动 泵是 电动液 压助 力转 向系统 的核心 零 部 件 ， 的功 能是在 汽车 运 行 的各 种 工况 中 ， 它 电子控 制单元 （ Ｃ 根 据检 测 到 的转 角 、 Ｅ Ｕ） 车速 等 信 号 来 判断 汽车 的转 向状 态 ， 向驱 动单 元 发 出控 制指 令 ， 使 电动机产 生 相 应 的转 速 以驱 动 泵 ， 而输 出 相 进
图２ Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系 统 原 理 图
车速传感器 、 转角传感器 、 线束及接插件 、 通讯 网
关 等组成 。
丁
籁 鎏
．一 ． 行 驶速 度
图 ３ 体积流量的通用特性场
ＥＰ Ｈ Ｓ系统 有 如下 特 点 ： １ 可 以充 分 利 用 传 （） 统液 压 动力转 向 系 统 技 术 ， 心 部 件 电动 泵 集 成 核
流量 通用特性 场 中读 取 ， 图 ３所 示 ） 如 。压 力 油 经
转 向阀进入齿条上 的动力缸 ， 推动 活塞 以产 生适 当
的助 力 ， 协助驾驶员 进行转 向操纵 ， 而获得理想 的 从 转 向效果 。因为助力 特性 曲线 可 以通 过 Ｅ Ｕ 的软 Ｃ 件来 调节 ， 以该 系统可以适合多种 车型。 所
－
仍然 可 以依 靠 机 械 转 向系 统 进 行 转 向操 纵 ， 时 同 显示并 存储 其故 障代码 。
电动泵 主要 由齿轮 泵 （ 叶 片泵 ） Ｅ Ｕ， 或 ， Ｃ 低惯
电动泵 、转 向操纵 和传 动机 构选 型及开 发
Ｅ Ｐ 系统布置设计 ｌ ＨＳ
量、 高功率 的直 流 电机 和 油 罐集 成 在一 起 ， ６为 图
内各大高校、 科研机构和企业正在进行研究开发 ， 但在 一 些 关 键 技 术 和 零 部 件 方 面 未 有 突 破 性 进
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上海汽车
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电动 泵结 构 。集 成 的 电 动泵 结 构 紧凑 ， 量 变 得 质 更轻 ， 安装 的柔 性也 大大增 强 。
系 验及 试验 ｌ 统试 道路
图 ４ 燃料 电池汽车 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统设计流程图
图 ６ 电动 泵 结 构 简 图
以充分利 用现有成 熟 的液 压动力转 向和控 制技 术， 不仅能提高转向助力系统的工作性能、 降低系统
的能耗 ， 而且 可 以提 供较 大 的转 向助 力 ， 后 时 间 滞
收稿 日期 ： ０ １—１ Ｏ ２ １ ２一 １
基 金项 目： 国家高科技发展计 划（６ 计 划） ８３ 重大专项资助项 目（０ ９ Ａ １ １３ 。 ２０ Ａ １ Ａ ２ ）
熟 Ｈ Ｓ系 统 的基 础 上 ， 增 加 能 独 立 提供 液 压 动 Ｐ 需
５・
应流量和压力的高压油 （ 瞬时流量从 Ｅ Ｕ中储存的 Ｃ
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力 的 电动 泵 ， 新 设 计 开 发 部 分 零 部 件 及 控 制 系 重 统， 满足 整车 开发设 计要 求 ， ４为燃 料 电池汽 车 图
１ ３ ２ 转 向 管路 ．．
转向管路是转 向液在转 向器、 向储 液罐和 转
电动泵 之 间传 输 的管道 ， 主要 由高 压 油 管 、 吸油 管
人 了巨大 的人 力 和 资 金 来 发 展 燃 料 电池 汽 车 ， 我
国也把燃料电池汽车列入 国家“ ６ ” ８３ 计划重点科
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近年来 ， 随着新能源汽车的蓬勃发展 ， 传统车
上普遍 应用 的液 压 动力 转 向系统 （ Ｓ 由于 体 积 ＨＰ ）
Ａ版
燃 料 电池汽车 电动液压助 力转 向系统设计研究 术
谢 泽金 冷 宏祥 赖序 年 梁伟铭 蔡 恩 凌天钧
２ １０ ） ０ ８４ （ 上海汽车集 团股份有 限公 司新 能源汽车事业部 ， 上海
【 摘要】 电动液压助力转向系统的 设计研究在燃料电池汽车整车开发中有着非常 重要的意义。 文章介
据检测到 的转角、 车速 以及 电机 的反馈信号等判 断汽车的转向状态． ， 向驱动单元发出控制指令 ， 使
电机 产生 相 应 的 转 速 以 驱 动 液 压 泵 ， 而输 出相 进
料电池动力系统， 原来靠发动机带动提供转 向助 力 的动力 转 向 泵 失 去 动 力 源 ， 充 分 利 用 传 统 成 在
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汽车 的发展 要 求 ， 发新 的 助 力 转 向系 统 已 成 为 开 未来 普遍 共 识 。 目前 ， 内外 正 在研 制 的 电 子 控 国 制助 力转 向 系统 主要 有 两 大 类 ， 电 动 液 压 助 力 即 转 向系统 （ Ｈ Ｓ 包 括 电磁 阀控 制 式 和 电 动 泵 控 ＥＰ， 制式 ） 电动助 力 转 向系 统 （ Ｐ ） 和 Ｅ Ｓ 。对 于 后 者 ， 国
电池汽 车原 型 车 平 台 ， 向器 阀特 性 曲线 根 据 系 转 统 匹配要 求 重 新 调 整 ， 择 成 熟 电动 泵 供 应 商 产 选 品， 电动 泵 、 向储 液罐 和 转 向管 路 根据 整 车 布置 转 变 化 重 新 布 置 设 计 ， ５为 某 款 燃 料 电池 汽 车 图 Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统 布 置 图。转 向管 路 及 控 制 系 统 匹配 设 计 开发 ， 系统 调试及 标 定 ， 实现 电动 液压 助 力转 向
了电动机 、 油泵 和电子控制单元 ， 结构 紧凑 ， 具有
良好 的模 块化设 计 ， 量轻 ， 质 系统 布 置不 需要 大更
图１ Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系统 结 构 简 图
Ｅ Ｓ系统 的工 作 原 理如 图 ２所 示 。汽 车直 ＨＰ
线行驶 时 ， 向盘不 转 动 ， 转 液压 泵 以很 低 的速度 运 转， 大部分 工作 油经 过 转 向 阀流 回储 液 罐 ， 部分 少 经 液控 阀直 接 流 回储 液 罐 ； 当驾 驶 员 开 始 转 动 转 向盘 时 ， 成 于 液 压 泵 的 电子控 制 单 元 （ Ｃ 根 集 Ｅ Ｕ）
绍 了燃料 电池汽车 电动液压助力转 向系统设计及不 同的系统控 制设计方案 ， 并进行对 比分析 ， 出了较优 的燃 得 料 电池汽车转 向系统设计方案 。研究结果对燃料电池汽车电动液压助 力转 向系统 的开发设 计具有重要 的参考
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【 ｂｔ ｃ】 Ｔ ｅ ｅｅｒ ｎ ｅｅ ｐ ｅｔ ｆ ｌ ｔｃ ｙｒ ｌ ｏ ｅ ｓ ｅｎ （ Ｈ Ｓ ｓ ｅ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｓ ｃ ａｄｄｖｌ ｍ ｎ ｏ ｅ ｃ ｄ ｕｉ ｐｗ ｒ ｔ ｒ ｇ Ｅ Ｐ ）ｉ ｖｒ ｒ ｒ ａｈ ｏ ｅｒ ｈ ａ ｃ ｉ ｅｉ ｙ
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１１ Ｅ Ｐ ． Ｈ Ｓ系统 介绍
电动液 压 助力 转 向系 统一 般 由机 械 装置 和 电 气装 置 两 部分 组 成 ， １是 Ｅ Ｐ 图 Ｈ Ｓ系统 结 构 简 图 。
机械装置主要包括转向操纵机构 、 向器、 向传 转 转
动 机构 、 向储 液罐 、 动 泵及 管 路 ， 气装 置 由 转 电 电
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【 关键词 】 燃料电池汽车 助力转向系统
压 动力 转 向系 统 部 件 ， 匹配 开 发 的关 键 零 部 件 其 主要 为 电动 泵 、 向管 路 和 通 讯 网关 。这 样 可 以 转
Ｅ Ｐ 设计流程图。根据燃料 电池汽车整车参数 ， ＨＳ 按 Ｅ Ｐ 系统设计流程进行系统匹配计算和设计 ， ＨＳ 确定转 向操纵机构、 向器及传动机构沿用燃料 转
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电动液压
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０ 引言
环 境 污染 和 能源 危机 问题 已成 为全 球关 注 的 焦点 。治 理 汽车 尾气 排放 ， 善 人类 生存 环 境 ， 改 发
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同和转 向工况 的不 同 ， 提供 不 同的助 力 ， 舒适 的 有 转 向路感 ， 高车辆 行驶 稳定性 。 提 １ ２ 燃料 电池 汽车 Ｅ Ｐ ． Ｈ Ｓ系统 设计 燃料 电池 汽 车 由 于取 消 内燃 发 动 机 ， 用 燃 采
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动机 的 电 流 ， 免 故 障 的发 生 ； 系 统 发 生 故 障 避 当
（ 如蓄电池电压过低、 转角传感器失效等） ， 时 系统
系统集 成设计 。
整车参数输入 ｌ
大大降低开发成本 ， 缩短开发周期 ， 控制技术开发 风险 。
１ ３ １ 电动 泵 ． ．
电动 泵是 电动液 压助 力转 向系统 的核心 零 部 件 ， 的功 能是在 汽车 运 行 的各 种 工况 中 ， 它 电子控 制单元 （ Ｃ 根 据检 测 到 的转 角 、 Ｅ Ｕ） 车速 等 信 号 来 判断 汽车 的转 向状 态 ， 向驱 动单 元 发 出控 制指 令 ， 使 电动机产 生 相 应 的转 速 以驱 动 泵 ， 而输 出 相 进
图２ Ｅ Ｐ Ｈ Ｓ系 统 原 理 图
车速传感器 、 转角传感器 、 线束及接插件 、 通讯 网
关 等组成 。
丁
籁 鎏
．一 ． 行 驶速 度
图 ３ 体积流量的通用特性场
ＥＰ Ｈ Ｓ系统 有 如下 特 点 ： １ 可 以充 分 利 用 传 （） 统液 压 动力转 向 系 统 技 术 ， 心 部 件 电动 泵 集 成 核
流量 通用特性 场 中读 取 ， 图 ３所 示 ） 如 。压 力 油 经
转 向阀进入齿条上 的动力缸 ， 推动 活塞 以产 生适 当
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仍然 可 以依 靠 机 械 转 向系 统 进 行 转 向操 纵 ， 时 同 显示并 存储 其故 障代码 。
电动泵 主要 由齿轮 泵 （ 叶 片泵 ） Ｅ Ｕ， 或 ， Ｃ 低惯
电动泵 、转 向操纵 和传 动机 构选 型及开 发
Ｅ Ｐ 系统布置设计 ｌ ＨＳ
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