现代汽车电子控制技术第12章-电子控制转向系统课件

1、第12章电子控制转向系统第13章电子控制悬架系统第14章巡航控制系统第12章电子控制转向系统12.1概述12.2液压式电控动力转向系统12.3电动式电控动力转向系统12.4四轮转向控制系统1.4WS汽车低速时的转向特性2.4WS汽车中高速时的转向特性12.5主动转向系统12.1概述12.1.1对转向系统的要求12.1.2动力转向系统种类12.1.1对转向系统的要求(1)优越的操纵性当汽车行驶在狭窄弯曲的道路上要转弯时，转向系统必须保证灵活、平顺。(2)合适的转向力如没有其他的障碍物，转向力在汽车停止时应较大，随汽车行驶速度的增加而减少。(3)平顺的回转性能要求在转向结束时，转向盘能自动回正即使

2、车轮回到直线行驶的位置上，当驾驶人放松转向盘之后，这个回位动作必须平顺地进行。(4)要有随动作用转向车轮的偏转角和驾驶人转动转向盘的转角要保持一定的关系，并能使转向车轮保持在任一偏转角位置上。12.1.1对转向系统的要求(5)减小从道路表面传来的冲击要求转向装置决不可以因道路表面不平坦而使转向盘失去控制或造成反转的情况。(6)工作可靠当动力转向系统发生故障或失效时，应能保证通过人力进行转向操纵。(1)优越的操纵性当汽车行驶在狭窄弯曲的道路上要转弯时，转向系统必须保证灵活、平顺。(2)合适的转向力如没有其他的障碍物，转向力在汽车停止时应较大，随汽车行驶速度的增加而减少。(3)平顺的回转性能要求在

3、转向结束时，转向盘能自动回正即使车轮回到直线行驶的位置上，当驾驶人放松转向盘之后，这个回位动作必须平顺地进行。(4)要有随动作用转向车轮的偏转角和驾驶人转动转向盘的转角要保持一定的关系，并能使转向车轮保持在任一偏转角位置上。(5)减小从道路表面传来的冲击要求转向装置决不可以因道路表面不平坦而使转向盘失去控制或造成反转的情况。(6)工作可靠当动力转向系统发生故障或失效时，应能保证通过人力进行转向操纵。12.1.2动力转向系统种类1)低速转向轻便，高速转向稳定。2)转向系统响应快。3)在危险工况下实现车辆稳定性的控制。1)低速转向轻便，高速转向稳定。2)转向系统响应快。3)在危险工况下实现车辆稳定

4、性的控制。12.2液压式电控动力转向系统12.2.1流量控制式EPS12.2.2反力控制式EPS12.2.3阀灵敏度控制式EPS12.2.1流量控制式EPS图12-1雷克萨斯轿车的流量控制式动力转向系统1动力转向液压泵2电磁阀3动力转向控制阀4ECU5车速传感器12.2.2反力控制式EPS图12-2反力控制式动力转向系统的工作原理1转向盘2扭杆3储油箱4接口5销钉6控制阀轴7回转阀8小齿轮轴9左室10右室11动力缸12活塞13齿条14小齿轮15转向齿轮箱16柱塞17油压反力室18电磁阀19液压泵20分流阀21小节流孔12.2.3阀灵敏度控制式EPS1.转子阀2.电磁阀3.电子控制单元12.2.

5、3阀灵敏度控制式EPS图12-3阀灵敏度可变控制动力转向装置a)系统示意图b)转子阀1.转子阀图12-4转子阀及电磁阀剖视图1动力缸2电磁阀3储油箱4泵1.转子阀图12-5阀部的等效液压回路图a)静止b)转向c)高速2.电磁阀3.电子控制单元图12-6控制系统电路图12.3电动式电控动力转向系统1)EPS能够在不同车速下给车辆提供最佳的转向助力，其助力特性的设计依据车速高低而不同，可以兼顾车辆低速行驶时的转向轻便性及车辆高速行驶时的转向稳定性，从而改善车辆的操纵稳定性。2)EPS具有较好的燃油经济性。3)EPS助力与发动机的工作状况无关，因为其助力电动机由蓄电池供电，即使在发动机熄火或出现故障

6、时EPS也能提供转向助力。4)EPS取消了液压泵、传动带、传动带轮、液压软管、液压油及密封件等零件，零件数比HPS大大减少，易于模块化设计与安装。12.3电动式电控动力转向系统5)EPS没有液压装置，因此不存在渗油问题，可大大降低保修成本并减小对环境的污染。6)EPS更易调整和检测，可以通过设置不同的程序快速与不同车型匹配，因而能缩短开发和生产周期。12.3.1电动式电控动力转向系统的结构与工作原理12.3.2电动式电控动力转向系统的控制1)EPS能够在不同车速下给车辆提供最佳的转向助力，其助力特性的设计依据车速高低而不同，可以兼顾车辆低速行驶时的转向轻便性及车辆高速行驶时的转向稳定性，从而改

7、善车辆的操纵稳定性。2)EPS具有较好的燃油经济性。3)EPS助力与发动机的工作状况无关，因为其助力电动机由蓄电池供电，即使在发动机熄火或出现故障时EPS也能提供转向助力。4)EPS取消了液压泵、传动带、传动带轮、液压软管、液压油及密封件等零件，零件数比HPS大大减少，易于模块化设计与安装。5)EPS没有液压装置，因此不存在渗油问题，可大大降低保修成本并减小对环境的污染。6)EPS更易调整和检测，可以通过设置不同的程序快速与不同车型匹配，因而能缩短开发和生产周期。12.3.1电动式电控动力转向系统的结构与工作原理1.转矩传感器2.电动机、离合器、减速机12.3.1电动式电控动力转向系统的结构与

8、工作原理图12-7电动式EPS的组成1转向盘2输入轴3电控单元4电动机5电磁离合器6转向齿条7横拉杆8转向轮9转向齿数10输出轴11扭杆12转矩传感器1.转矩传感器图12-8无触点式转矩传感器a)结构b)工作原理2.电动机、离合器、减速机图12-9滑动可变电阻式转矩传感器1小齿轮2集电环3轴4扭杆5输出端6外壳7电位器2.电动机、离合器、减速机图12-10电动机的特性2.电动机、离合器、减速机图12-11电动机正反转控制电路2.电动机、离合器、减速机图12-12电磁阀离合器工作原理1集电环2线圈3压板4花键5从动轴6主动轮7滚动轴承2.电动机、离合器、减速机图12-13减速机构1电动机传动齿轮

9、2、6传动齿轮3、5太阳轮4齿圈7齿圈8从动齿9齿条12.3.2电动式电控动力转向系统的控制1.控制电路2.故障诊断与安全保护1.控制电路图12-14控制电路的框图2.故障诊断与安全保护12.4四轮转向控制系统12.4.14WS汽车的转向特性12.4.14WS汽车的转向特性1.4WS汽车低速时的转向特性图12-15低速转向时的行驶轨迹a)前轮转向汽车b)四轮转向汽车2.4WS汽车中高速时的转向特性12.4.2转向角比例控制12.4.3横摆角速度比例控制2.4WS汽车中高速时的转向特性图12-162WS汽车高速转向的车辆动态2.4WS汽车中高速时的转向特性图12-17高速转向时的2WS与4WS汽

10、车同相转向操纵的比较a)2WS汽车b)4WS汽车12.4.2转向角比例控制1.系统组成2.控制逻辑1.系统组成(1)转向枢轴如图12-19所示，后转向齿轮箱的转向枢轴是一个大的轴承。(2)4WS转换器图12-20所示为4WS转换器的结构。1.系统组成图12-18转向角比例控制4WS系统图(1)转向枢轴如图12-19所示，后转向齿轮箱的转向枢轴是一个大的轴承。图12-19转向枢轴a)结构b)偏心轴c)枢轴的旋转角与连杆移动量之间的关系(2)4WS转换器图12-20所示为4WS转换器的结构。图12-204WS转换器的结构2.控制逻辑(1)转向角控制按照图12-22所示的转向角比控制图，由主电动机进

11、行控制。(2)2WS选择功能2WS开关为ON且变速器为倒档状态时，因与车速无关，故将后轮的转向操纵量设定为零。(3)安全性控制系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮“4WS警告灯”通知驾驶人，而且ECU记忆异常部位。2.控制逻辑图12-21转向角比例控制4WS控制流程框图(1)转向角控制按照图12-22所示的转向角比控制图，由主电动机进行控制。图12-22转向角比例控制a)转向角控制b)转向角比传感器的特性(2)2WS选择功能2WS开关为ON且变速器为倒档状态时，因与车速无关，故将后轮的转向操纵量设定为零。(3)安全性控制系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮“4WS警告灯”通知驾驶人，而

12、且ECU记忆异常部位。1)主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式(NORMAL)按照车速进行转向角比例控制。2)车速传感器异常时，在SP1和SP2的任何一个输出中，用车速高的值通过主电动机只对同相方向进行转向角比例控制。3)转向角比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时停止控制。4)ECU异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停止控制。1)主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式(NORMAL)按照车速进行转向角比例控制。2)车速传感器异常时，在SP1和SP2的任何一个输出中，用车速高的值通过主电动机只对同相方向进行转向角比例控制。3)转向角

13、比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时停止控制。4)ECU异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停止控制。12.4.3横摆角速度比例控制1.系统组成2.控制状态3.控制逻辑1.系统组成(1)前轮转向操纵机构图12-24所示为前轮转向操纵机构的结构。(2)后轮转向操纵机构图12-25所示为后轮转向操纵机构的结构。1.系统组成图12-23横摆角速度比例控制4WS系统的组成1.系统组成图12-24前轮转向操纵机构(1)前轮转向操纵机构图12-24所示为前轮转向操纵机构的结构。(2)后轮转向操纵机构图12-25所示为后轮转向操纵机构的结构。图12-25后轮转向操纵机构2.控制状

14、态(1)大转向角控制(机械式控制)当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀芯与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。(2)小转向角控制(电子式控制)为了将脉冲电动机的旋转运动变为阀芯的直线运动，采用弧齿齿轮和曲柄组合机构。(1)大转向角控制(机械式控制)当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀芯与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。图12-26大转角控制(逆相位)(2)小转向角控制(电子式控制)为了将脉冲电动机的旋转运动变为阀芯的直线运动，采用弧齿齿轮和曲柄组合机构。图12-27小转角控制(同相位)a)反馈杆的工作原理b)整体工作原理3.控制逻辑(1)车体侧滑

15、角的零控制车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中，4WS以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。(2)受侧向风干扰时的控制由于突然的侧向风力的作用，车辆就要偏向行驶。(3)ABS工作时的控制通常为了提高中低速范围的转向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数Y特性中见到的那样，角速度增益低于高速区域。(1)车体侧滑角的零控制车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中，4WS以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。图12-28前轮转向角与后轮转向角之间的关系(1)车体侧滑角的零控制车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中，4WS以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。图12-29控制比例系数(2)受侧向风干扰时的控制由于突然的侧向风力的作用，车辆就要偏向行驶。(3)ABS工作时的控制通常为了提高中低速范围的转向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数Y特性中见到的那样，角速度增益低于高速区域。12.5主动转向系统1)低速转向轻便，高速转向稳定。2)转向系统响应快。3)在危险工况下实现车辆稳定性的控制。12.5.1主动转向系统分类12.5.