汽车电控转向系统课件

汽车电控转向系统教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统极大地提高了汽车的操纵性能。教学要求：本章主要介绍汽车电控转向系统。要求学生了解电控转向系统在汽车上的应用概况，熟悉电控转向系统的基本组成。汽车电控转向系统教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统极16.1汽车转向系统概述6.1.1转向系统的作用与相关要求用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统（AutomobileSteeringSystem，图6-1）。6.1汽车转向系统概述6.1.1转向系统的作用与相关要求2为确保行车安全，对转向系统有如下要求：①转向系统应工作可靠，操纵轻便。②对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。③转向机构应能减小地面传到方向盘上的冲击，并保持适当的“路感”。④当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。6.1.2转向系统的分类汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统（Mechanicalsteeringsystem）和动力转向系统（Powersteeringsystem）两类。电控动力转向系统可以在低速时减轻转向操作力，以提高转向系统的操纵轻便性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。为确保行车安全，对转向系统有如下要求：①转向系统应工作可靠，3四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性的同时，能显著缩短转弯半径，提高车辆的弯道通过性能。6.2汽车电控动力转向系统6.2.1动力转向系统1.动力转向系统的组成为使汽车操纵轻便及行驶安全，目前轿车、载重汽车、客车大多采用液压转向助力器，构成液压式动力转向系统（Hydraulicpowersteeringsystem，略作HPS）。

液压式动力转向系统结构示意图

四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性4图6-3液压式动力转向系统的油路图1-油箱；2-溢流阀；3-齿轮油泵；4-进油道量孔；5-单向阀；6-安全阀；7-滑阀；8-反作用阀；9-阀体；10-回位弹簧；11-转向螺杆；12-转向螺母；13-纵拉杆；14-转向垂臂；15-动力缸图6-3液压式动力转向系统的油路图5（a）右转弯行驶时（b）左转弯行驶时图6-4转向控制阀在转向时改变油路（a）右转弯行驶时（b）左转弯62.动力转向系统的不足6.2.2电控动力转向系统1.电控动力转向系统的组成电子控制动力转向（ElectronicControlPowerSteering，EPS）系统在低速行驶时可使转向轻便、灵活；当汽车在中高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的操纵稳定性。图6-5电控动力转向系统2.动力转向系统的不足6.2.2电控动力转向系统1.电控动力72.电控动力转向系统的分类根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制动力转向系统（电动式EPS）。液压式EPS在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等，ECU根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增加转矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。2.电控动力转向系统的分类根据动力源的不同，83.电控动力转向系统的特点为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统具有以下特点。①良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确的——对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。②有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。③良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转向自动回正能力。④助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整：低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；中、高速时，要有适当的路感，以避免因转向过轻（方向盘“发飘”）而发生事故。3.电控动力转向系统的特点为满足现代汽车对转向96.3液压式电控动力转向系统6.3.1流量控制式动力转向系统的组成图6-6流量控制式动力转向系统1-动力转向油泵；2-电磁阀；3-动力转向控制阀；4-ECU；5-车速传感器；p-压力油管；T-回油管6.3液压式电控动力转向系统6.3.1流量控制式动力转向106.3.2流量控制式动力转向系统的工作过程电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀接通了一个旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小；相反则助力增大。图6-7电磁阀结构图6-8电磁阀驱动信号6.3.2流量控制式动力转向系统的工作过程电磁阀116.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路动力转向ECU是EPS的核心控制部件。它根据车速传感器提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的方式调节转向力。丰田流量控制式动力转向系统电路图6.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路动力126.4电动式电控动力转向系统6.4.1电动式电控动力转向系统概述1.电动式EPS的组成图6-10电动式EPS的组成1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮6.4电动式电控动力转向系统6.4.1电动式电控动力转向系132.电动式EPS的工作原理图6-10电动式EPS的组成1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮3.电动式EPS的优点2.电动式EPS的工作原理图6-10电动式EPS的组成146.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统三菱米尼卡（Minica）轿车所用电子控制电动式动力转向系统主要由ECU、直流电动机和离合器、车速传感器、转矩传感器和转向机总成等组成。三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成6.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统三菱米151.三菱电动式EPS的组成1）电动机和离合器图6-12电动机的行星齿轮机构1-转矩传感器；2-卷轴；3-转矩杆；4-输入轴；5-直流电动机和离合器；6-行星小齿轮；7-恒星齿轮；8-行星小齿轮；9-齿轮齿条转向机的小齿轮；10-从动齿轮；A-主动齿轮；B-内齿圈系统的ECU根据车速的快慢来控制电动机的电流，车辆在停驶和极低速状态下电动机电流最大，助力作用大。电动机产生的助力经离合器传动齿轮减速后，起到助力作用。1.三菱电动式EPS的组成1）电动机和离合器162）转矩传感器转矩传感器的功能是将转动方向盘时转矩和转角变为转向信号，输送给ECU。一般转矩杆的扭转角度设定为4°左右，这是由于采用行星齿轮机构，使转矩传感器的检测精度提高所致。3）车速传感器车速传感器安装在变速器上，是一种电磁感应式传感器。该传感器的作用是根据车速的变化，把主、副系统的脉冲信号输送给ECU，车速传感器每转动一周产生8个脉冲信号，由于是主、副两个系统，故信号的可靠性更高。车速传感器的结构1-壳体；2-定子线圈；3-磁极；4-下侧定子；5-定子2）转矩传感器转矩传感器的功能是将转动方向盘时174）汽车交流发电机的L端子利用交流发电机的L端子电压，可以判断出发电机是否运转，所以把交流发电机的L端子看成是向ECU输送信号的一个传感器。直流电动机的最大电流约为30A，在发动机不工作时，转向系统的工作由蓄电池供电；发动机工作时，由发电机供电。5）电子控制系统电子控制系统由一个8位单片机MC6805及外围电路组成。电子控制电动式动力转向的工作过程如图6-14所示。电子控制电动式动力转向的工作过程4）汽车交流发电机的L端子利用交流发电机的L182.三菱电动式EPS的工作原理6种车速下电动机的电流状态2.三菱电动式EPS的工作原理6种车速下电动机的电流状态19汽车电控转向系统教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统极大地提高了汽车的操纵性能。教学要求：本章主要介绍汽车电控转向系统。要求学生了解电控转向系统在汽车上的应用概况，熟悉电控转向系统的基本组成。汽车电控转向系统教学提示：操作轻便、路感清晰的电控转向系统极206.1汽车转向系统概述6.1.1转向系统的作用与相关要求用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统（AutomobileSteeringSystem，图6-1）。6.1汽车转向系统概述6.1.1转向系统的作用与相关要求21为确保行车安全，对转向系统有如下要求：①转向系统应工作可靠，操纵轻便。②对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。③转向机构应能减小地面传到方向盘上的冲击，并保持适当的“路感”。④当汽车发生碰撞时，转向装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。6.1.2转向系统的分类汽车转向系统可按转向的能源不同分为机械转向系统（Mechanicalsteeringsystem）和动力转向系统（Powersteeringsystem）两类。电控动力转向系统可以在低速时减轻转向操作力，以提高转向系统的操纵轻便性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。为确保行车安全，对转向系统有如下要求：①转向系统应工作可靠，22四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性的同时，能显著缩短转弯半径，提高车辆的弯道通过性能。6.2汽车电控动力转向系统6.2.1动力转向系统1.动力转向系统的组成为使汽车操纵轻便及行驶安全，目前轿车、载重汽车、客车大多采用液压转向助力器，构成液压式动力转向系统（Hydraulicpowersteeringsystem，略作HPS）。

液压式动力转向系统结构示意图

四轮转向系统的应用，在提高汽车转向操纵稳定性23图6-3液压式动力转向系统的油路图1-油箱；2-溢流阀；3-齿轮油泵；4-进油道量孔；5-单向阀；6-安全阀；7-滑阀；8-反作用阀；9-阀体；10-回位弹簧；11-转向螺杆；12-转向螺母；13-纵拉杆；14-转向垂臂；15-动力缸图6-3液压式动力转向系统的油路图24（a）右转弯行驶时（b）左转弯行驶时图6-4转向控制阀在转向时改变油路（a）右转弯行驶时（b）左转弯252.动力转向系统的不足6.2.2电控动力转向系统1.电控动力转向系统的组成电子控制动力转向（ElectronicControlPowerSteering，EPS）系统在低速行驶时可使转向轻便、灵活；当汽车在中高速区域转向时，又能保证提供最优的动力放大倍率和稳定的转向手感，从而提高了高速行驶的操纵稳定性。图6-5电控动力转向系统2.动力转向系统的不足6.2.2电控动力转向系统1.电控动力262.电控动力转向系统的分类根据动力源的不同，电子控制动力转向系统可分为液压式电子控制动力转向系统（液压式EPS）和电动式电子控制动力转向系统（电动式EPS）。液压式EPS在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等，ECU根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足汽车在中、低速时的转向助力要求。电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和方向。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增加转矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。2.电控动力转向系统的分类根据动力源的不同，273.电控动力转向系统的特点为满足现代汽车对转向系统的要求，电控动力转向系统具有以下特点。①良好的随动性：即方向盘与转向轮之间具有准确的——对应关系，同时能保证转向轮可维持在任意转向角位置。②有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。③良好的稳定性：即具有很好的直线行驶稳定性和转向自动回正能力。④助力效果能随车速变化和转向阻力的变化作相应的调整：低速时，有较大的助力效果，以克服路面的转向阻力；中、高速时，要有适当的路感，以避免因转向过轻（方向盘“发飘”）而发生事故。3.电控动力转向系统的特点为满足现代汽车对转向286.3液压式电控动力转向系统6.3.1流量控制式动力转向系统的组成图6-6流量控制式动力转向系统1-动力转向油泵；2-电磁阀；3-动力转向控制阀；4-ECU；5-车速传感器；p-压力油管；T-回油管6.3液压式电控动力转向系统6.3.1流量控制式动力转向296.3.2流量控制式动力转向系统的工作过程电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀接通了一个旁路，使动力缸活塞两侧压力差减小，助力减小；相反则助力增大。图6-7电磁阀结构图6-8电磁阀驱动信号6.3.2流量控制式动力转向系统的工作过程电磁阀306.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路动力转向ECU是EPS的核心控制部件。它根据车速传感器提供的车速信号，通过改变旁通电磁阀驱动信号占空比的方式调节转向力。丰田流量控制式动力转向系统电路图6.3.3流量控制式动力转向系统的工作电路动力316.4电动式电控动力转向系统6.4.1电动式电控动力转向系统概述1.电动式EPS的组成图6-10电动式EPS的组成1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮6.4电动式电控动力转向系统6.4.1电动式电控动力转向系322.电动式EPS的工作原理图6-10电动式EPS的组成1-方向盘；2-输入轴（转向轴）；3-ECU；4-电动机；5-电磁离合器；6-转向齿条；7-横拉杆；8-转向车轮；9-输出轴；10-扭力杆；11-转矩传感器；12-转向齿轮3.电动式EPS的优点2.电动式EPS的工作原理图6-10电动式EPS的组成336.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统三菱米尼卡（Minica）轿车所用电子控制电动式动力转向系统主要由ECU、直流电动机和离合器、车速传感器、转矩传感器和转向机总成等组成。三菱米尼卡轿车电动式电控动力转向系统的组成6.4.2三菱轿车电动式电控动力转向系统三菱米341.三菱电动式EPS的组成1）电动机和离合器图6-12电动机的行星齿轮机构1-转矩传感器；2-卷轴；3-转矩杆；4-输入轴；5-直流电动机和离合器；6-行