汽车电器与电控技术 课件 13 汽车动力转向技术（4讲）

主讲：舒华教授汽车电控技术

AutomobileElectronicControlTechnology中国人民解放军军事交通学院第8讲汽车动力转向系统概述主讲：舒华教授

第2章汽车电控动力转向技术

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教学内容（1）电控动力转向系统功用与类型（2）电控动力转向系统的控制原理（3）电液混合式电控动力转向系统的结构原理二、教学要求（1）掌握电控动力转向系统的功用与类型（2）熟悉电液混合式电控动力转向系统的结构原理（3）了解电控动力转向系统的控制原理2.6电控动力转向系统—教学任务2.6.1电控动力转向系统1.基本概念（1）转向系统：

用于改变或保持汽车行驶方向的一套专设机构。（2）转向系统的功用：——使汽车按照驾驶人的操纵意图，适时改变行驶方向和路线，并在受到路面传来的偶然冲击或意外偏离行驶方向时，能与行驶系统配合而保持汽车稳定行驶。（3）转向的控制方式：

动力转向控制：动力转向=助力转向

四轮转向控制：全轮转向定义控制方式2.6.1电控动力转向系统1.基本概念（1）转向系统：（2）转向系统的功用：（3）转向的控制方式：2.转向系统的发展：

机械转向：机械连杆机构

机械液压（气压）助力转向：液压（气压）助力

电子控制助力转向：电力（电动机或电磁力）助力——电控动力转向系统EPS：ElectronicControl

PowerSteering。

三个阶段2.6.1电控动力转向系统的功用3.转向系统的要求：损力

既操纵轻便：以较小的转向盘操纵力获得较大的转向转矩，

又转向灵敏：以较小的转向盘转角获得较大的转向角。4.电控动力转向系统EPS的功用当汽车低速行驶时，减少驾驶人作用于转向盘上的转向力；当汽车高速行驶时，通过转向盘向驾驶人反馈适度的路面作用力（有“路感”）。5.电控动力转向系统必需满足以下要求：（1）提供可变的转向助力（车速快时转向重，即有“路感”，车速慢时转向轻）；（2）在转向结束时，转向盘能平顺地自动回正，使车轮回到直线行驶的位置上；（3）当电控动力转向系统发生故障时，转向系统仍能依靠人力进行转向；（4）在保证转向性能的前提下，尽可能降低转向的动力消耗。转向要求2.6.1电控动力转向系统分类6.电控动力转向系统EPS的类型

液压式电控动力转向系统（液压式EPS）

电液混合式电控动力转向系统

电动式电控动力转向系统（电动式EPS）（1）液压式电控动力转向系统（液压式EPS）结构特点：发动机驱动转向油泵组成

液压转向系统＋电控系统（车速传感器＋电控单元ECU＋流量电磁阀）控制原理：电磁阀控制转向油液流量的大小原理：电控单元ECU根据车速信号，通过控制电磁阀使转向动力放大倍数连续可调，从而满足汽车高速和低速行驶时的转向助力要求。

类型组成控制过程2.6.1电控动力转向系统（2）电液混合式电控动力转向系统结构特点：电动机驱动转向油泵液压转向系统＋车速和转向角传感器、电控单元ECU和电动机（驱动液压泵）ECU根据车速和转向角信号，利用电动机取代发动机驱动液压泵。——在需要助力（转向）时，才使液压泵工作，发动机功率消耗减少。

（3）电动式电控动力转向系统（电动式EPS）结构特点：电动机的电磁转矩作为动力源，电磁离合器+传动机构减速增扭。转向系统＋车速、转向角和转矩传感器、ECU和电动机驱动转向轴或齿轮齿条控制

ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机电磁转矩的大小和方向，从而满足汽车低速和高速行驶时的转向助力要求——纯电动控制。控制原理控制原理2.6.2电液混合式动力转向系统1.结构组成：车速传感器1：转向传感器2：EPSECU4：动力转向继电器5：动力转向执行机构（液压阀）6：储液罐7：转向齿轮齿条机构8：电动转向油泵总成9：2.控制策略：传感器

EPSECU执行机构：电动机+油泵+液压阀

2.6.2电液混合式动力转向系统3.控制原理：响应方式不同：行驶模式响应型：转向盘速度响应型：（1）行驶模式响应型的控制：根据车速区间和转向盘角速度区间→判定汽车行驶模式，如图2-29a所示。EPSECU根据判定的行驶模式→控制电动机转速→使转向油泵的输出流量与汽车的行驶模式相适应。

行驶模式与转向油泵输出流量的关系，如图2-29b所示。

低速时流量大（助力大），高速时流量小（助力小）。

行驶模式

控制特性控制原理2.6.2电液混合式动力转向系统3.控制原理：（1）行驶模式响应型的控制：（2）转向盘速度响应型的控制：

根据转向盘转动方向与转角传感器信号和车速传感器信号→控制电动机转速→使转向油泵的输出流量改变。——随着转向盘角速度的增加，EPSECU使电动机转速升高，以增大转向油泵的输出流量，满足快速转向的要求；——随着汽车转向时车速升高（即转向过程即将结束），EPSECU降低电动机转速，减小转向油泵输出流量，降低车轮的偏转速度——防止出现过度转向。控制原理课程小结（8）这次课主要介绍了：（1）电控动力转向系统功用与类型（2）电控动力转向系统的控制原理（3）电液混合式电控动力转向系统的结构原理这一讲是电控助力转向的基础知识。希望同学们认真复习，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第9讲电动式动力转向系统主讲：舒华教授

第2章汽车电控动力转向技术

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教学内容（1）电动式电控动力转向系统的组成（2）电动式电控动力转向系统的结构原理（3）电动式电控动力转向系统的控制原理二、教学要求（1）了解电动式电控动力转向系统的控制原理（2）熟悉电动式电控动力转向系统的组成（3）掌握电动式电控动力转向系统的结构原理2.6.4电控动力转向系统—教学任务2.6.4电动式电控动力转向系统组成电控动力转向系统EPS：ElectronicPowerSteering——纯电控制系统。特点：用电动机代替转向动力缸，蓄电池供电。1.系统组成：

车速传感器：

转向传感器：

转矩传感器：电控单元（EPSECU）：

电动机助力总成（括电磁离合器和减速机构）

转向器总成

传感器

执行器2.6.4电动式电控动力转向系统组成2.优点：纯电控制（1）控制方便。

EPSECU控制电动机产生电磁转矩带动转向轮做适当的偏转。（2）功能完备。在停车时，可获得最大的转向动力；在行驶过程中，EPSECU可调节电动机的助力大小来提高驾驶人的路感。（3）体积小、质量轻。零部件少、结构紧凑、安装方便，比液压式电控动力转向系统约轻25％；（4）易于实现四轮转向和无人驾驶。可与汽车上的其他电器设备连接成一体，有助于实现四轮转向和无人驾驶控制，应用前景广阔。2.6.4电控动力转向系统结构原理1.控制系统组成与部件安装位置

传感器

EPSECU

执行器图2-31电控动力转向系统控制部件的布置1—点火开关；2—转矩传感器；3—转向角传感器；4—电磁离合器；5—电动机；6—继电器；7—蓄电池；8—发电机；9-发动机；10—车速传感器；11-EPS

ECU；12—电动机继电器；13—转向器；l4—功率控制装置（输出回路）

组成2.6.4电控动力转向系统结构原理1.控制部件安装位置2.电控助力转向的基本原理动力源：电动机，经电磁离合器与转向小齿轮连接转矩传感器：检测转向盘与转向器之间的转矩大小车速传感器转向传感器

EPS

ECU转矩传感器→EPSECU计算确定助力转矩的大小和方向（电动机电流的大小和方向）。

EPSECU：电动机

电磁离合器

减速机构减速增扭

转向器的齿条（或小齿轮）

提供助力转矩转向。信号2.6.4电控动力转向系统结构原理1.控制部件安装位置2.电控助力转向的基本原理3.电控助力转向系统EPS类型根据助力机构的作用位置不同，EPS可分为:转向轴助力式EPS：助力机构安装在转向轴上。EPSECU：电动机输出轴齿轮→转向轴齿轮→万向节→中间轴→转向器。转向器小齿轮助力式EPS：助力机构安装在转向器小齿轮处。EPSECU：电动机输出轴齿轮→转向器小齿轮。力矩大，中型车用。齿条助力式EPS：助力机构安装在转向齿条处——直接驱动。EPSECU：电动机→减速机构减速增扭→转向齿条。助力转矩更大，重型车辆用。2.6.4电控动力转向系统结构原理1.控制部件安装位置2.电控助力转向的基本原理3.电控助力转向系统EPS类型4.转矩传感器（1）转矩传感器功用：检测作用于转向盘与转向器之间的转向转矩，并转变为电信号输入EPSECU，以便判定施加于转向盘上的作用力（转矩）大小来调节助力的大小。（2）电感式转矩传感器结构组成扭力杆2：连接在输入轴3与输出轴1之间电感式电桥：由输出轴的4个极靴上绕制的4个相同的线圈连接而成。2.6.4电控动力转向系统结构原理

2.6.4电控动力转向系统结构原理4.转矩传感器（1）转矩传感功用：（2）电感式转矩传感器结构组成（3）电感式转矩传感器工作原理（4）电位计式转矩传感器

1—转向轴；2—扭力杆；3—输出电极；4—壳体；5—电位计；6—转向器齿轮；7—滑环

当转向时，扭力杆的扭转变形使电位计的滑动触片与固定电阻之间产生相对转动，电位计输出端电阻值发生变化，通过滑环便可输出相应的信号电压。检测原理课程小结（9）这次课主要介绍了：（1）电动式电控动力转向系统组成与分类（2）电动式电控动力转向系统的基本控制原理（3）电动式电控动力转向系统（转矩传感器）结构原理这一讲是电动式电控助力转向的基础知识。希望同学们认真复习，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第10讲电动式动力转向系统控制原理主讲：舒华教授

第2章汽车电控动力转向技术

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教学内容（1）电动式电控动力转向系统执行器的结构原理（2）电动式电控动力转向系统的控制过程二、教学要求（1）掌握电动式电控动力转向系统执行器的结构原理；（2）熟悉电动式电控动力转向系统的控制过程。2.6.4电控动力转向系统—教学任务2.6.4电控动力转向系统结构原理1.控制系统组成与部件安装位置

传感器

EPSECU

执行器图2-31电控动力转向系统控制部件的布置1—点火开关；2—转矩传感器；3—转向角传感器；4—电磁离合器；5—电动机；6—继电器；7—蓄电池；8—发电机；9-发动机；10—车速传感器；11-EPS

ECU；12—电动机继电器；13—转向器；l4—功率控制装置（输出回路）

组成2.6.4电控动力转向系统结构原理

2.6.4电控动力转向系统结构原理5.助力电动机驱动电路6.电磁离合器与减速机构1—滑环；2—电磁线圈；3—压板；4—花键；

5—从动轴；6—主动轮；7—滚珠轴承；8—电动机

主动轮6：随电动机轴一起转动。（1）助力时，EPSECU接通电磁离合器线圈电流，吸引带花键的压板与主动轮压紧，动力传递给减速机构。动力路径：电动机轴→­主动轮→压板→花键→从动轴→减速机构。减速机构：减速增扭。——蜗轮蜗杆与转向轴驱动组合式；——行星齿轮与传动齿轮组合式。（2）不需助力时，电磁线圈断电，压板分离，电动机停止转动。2.6.5电控动力转向系统控制原理1.助力转矩控制∵电动机产生的电磁转矩与其流过的电流成正比。∴控制电动机电流大小，可控制助力转矩的大小。助力电动机的控制电流与转向盘转矩的关系：助力电动机控制电流数据图谱（数据MAP）。转向传感器信号→EPSECU→判定行驶方向

当点火开关接通时，EPSECU首先根据车速和转向盘转矩传感器信号与ROM中的数据进行比较和判断，然后向助力电动机的驱动电路发出占空比控制指令，将电动机电流控制在数据MAP中的相应数值。

电动机→减速机构减速增扭→转向齿条→转向拉杆→转向轮偏转。控制过程动力路径2.6.5电控动力转向系统控制原理

2.6.5电控动力转向系统控制原理1.助力转矩控制2.回正与阻尼控制在汽车转向或转向盘转动后的回位过程中，EPSECU根据车速传感器、转向角传感器和转矩传感器信号能够检测车速和转向盘位置。（1）转向盘回正控制a）未回正控制；b）回正控制——当汽车低速行驶时，EPSECU将向助力电动机驱动电路发出占空比减小指令，使电动机电流迅速减小，转向车轮迅速回正，汽车具有良好的回正特性。——当汽车高速行驶时，EPSECU将发出占空比逐渐减小指令，使电动机电流逐渐减小，对转向车轮产生回正阻尼，使汽车具有稳定的转向特性。进行回正控制后，转向系统的回正滞后较大，控制效果如图2-37所示。2.6.5电控动力转向系统控制原理1.助力转矩控制2.回正与阻尼控制（1）转向盘回正控制（2）回正阻尼控制控制原理：EPSECU向助力电动机驱动电路发出占空比为0指令，电动机电流迅速切断，但在电枢转动的惯性力作用下，电动机不能立即停转，而是以发电机形式运行而发电，电枢绕组产生的电动势（或电流i）方向与外加电源电压的方向相反，因此，电枢产生反向转矩，对转向盘产生回正阻尼，使驾驶人获得适度的路感。作用：实施阻尼控制时，转向盘抖动频率明显降低，如图2-38b）所示，使抖动现象得以明显减轻。课程小结（10）这次课主要介绍了：（1）电动式电控动力转向系统执行器的结构原理（2）电动式电控动力转向系统的控制过程这一讲是电动式电控动力转向系的核心内容。希望同学们认真复习、融会贯通，为使用维修打好基础。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第11讲电动式电控四轮转向系统主讲：舒华教授

第2章汽车电控动力转向技术

ElectronicControlPowerSteeringTechnology

一、教学内容1.转向轮受力分析2.电控四轮转向系统的功用与类型3.电动式电子控制四轮转向系统的组成与控制原理二、教学要求1.了解转向轮的受力情况2.熟悉四轮转向系统的功用与类型3.掌握电动式电控四轮转向系统的组成与控制原理2.6.6电控四轮转向系统—教学任务2.6.6汽车四轮转向系统

侧偏角2.6.6汽车电控四轮转向系统

功用1功用22.6.6电控四轮转向系统1.转向轮受力分析2.四轮转向系统的功用3.四轮转向系统的类型液压式电子控制四轮转向系统电动式电子控制四轮转向系统4.电动式电子控制四轮转向系统——电控四轮转向系统4WS：ElectronicallyControlled4-WheelSteeringSystem（1）功能：助力转向控制（助力转矩、转向盘回正与阻尼控制）+侧偏角控制（2）组成：助力转向控制部件+侧偏角控制部件

传感器

四轮转向电控单元：4WSECU

执行器

组成2.6.6电动式电控四轮转向系统4.电动式电子控制四轮转向系统电控四轮转向系统4WS：1）助力转向控制部件：传感器：——车速传感器——转矩传感器——转向传感器动力转向电控单元（EPSECU）执行器：电动机助力总成——助力电动机——电磁离合器——驱动齿轮齿条2.6.6电动式电控四轮转向系统2）侧偏角控制部件：传感器：主前轮偏转角传感器（数字信号）副前轮偏转角传感器（模拟信号）主后轮偏转角传感器（数字信号）副后轮偏转角传感器（模拟信号）主前轮和主后轮是指:前轮转向器和后轮偏转机构直接驱动的转向轮。四轮转向电控单元：4WSECU2.6.6电控四轮转向系统侧偏角控制执行器：转向器总成:——步进电动机——电磁离合器——传动齿轮、传动轴、——转向齿轮齿条等。后轮偏转机构：——步进电动机、电磁离合器、相位控制机构。。后轮相位：后轮相对于前轮偏转的位置。相位控制机构：又称相位控制器，由蜗轮、蜗杆、扇形齿轮或行星齿轮、传