汽车整车装配与调试课件：转向管柱的结构和工作原理

汽车整车装配与调试转向管柱的结构和工作原理目录转向管柱的结构和工作原理转向管柱总成的装配

电动助力转向系统的结构和工作原理一、概述电动助力转向系统EPS（ElectronicPowerSteering）是电机控制技术应用于汽车转向系统，其特点是显著改善汽车行驶性能、提高驾驶员的安全性和舒适性，减少油耗，减少对环境的污染，比HPS结构更简单，更节能。EPS的主要优点有：（1）采用电力作为转向动力，省去了油压系统，不需要补充油，也不必担心漏油。（2）没有液压式动力转向系统所必须的常运转转向油泵，电动机只是在需要转向时才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。（3）将各部件装配成一个整体，既无管道也无控制阀，其结构紧凑、质量减轻。一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25%左右。（4）电动机工作可用ECU进行控制，可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性，具有较好的兼容性。电动机提供辅助转矩的电控动力式转向系统二、电动助力转向系统的分类电动助力转向系统EPS（ElectronicPowerSteering）根据电动机对转向系统产生助力的部位不同，电动式电控动力转向系统有三种类型：转向管柱助力式、转向器小齿轮助力式和齿条助力式，如图所示。(a)转向管柱助力式

（b）转向器小齿轮助力式

（c）齿条助力式电动助力转向系统的类型三、转向管柱助力式转向系统的结构和工作原理长安逸动车型的转向系统采用了EPS的转向系统，转向系统由方向盘、转向管柱和转向器组成，如图所示。1-方向盘总成；2-转向管柱总成；3-转向器防尘罩总成；4-机械式转向器总成电动助力转向管柱结构示意图长安逸动车辆的电动助力方式采用了转向管柱助力式电动转向系统（CEPS），由控制器、电机、转向上轴、转向下轴组成，如图所示。其核心部件由扭矩传感器、电机助力系统和控制系统三大部分组成。（1）扭矩传感系统由输入轴、输出轴、扭力杆、滑块、电位器等零部件组成；（2）助力系统由电机、离合器、蜗杆和蜗轮等零部件组成；（3）控制系统由微处理器、扭矩传感器信号处理模块、电源及电源控制模块、电磁离合器驱动模块、发动机转速信号处理模块、扭矩传感器信号处理模块等组成。1-转向管柱总成；2-转向上轴；3-转向下轴；4-控制器；5-电机；6-六角螺母和锥形弹性垫圈组合件；7-六角头螺栓和弹簧垫圈平垫圈组合件；8-转向柱与转向器连接螺栓CEPS的结构示意图CEPS的内部结构如图所示。CEPS的内部结构示意图当转动方向盘，扭矩通过输入轴被传递到扭力杆，由于扭力杆为弹性轴，相对输出轴产生角向位移，输入轴和输出轴之间产生角向位移差，使滑块在输出轴轴向方向移动，而扭矩传感器与滑块相连，扭矩传感器将滑块位移量转换为电压信号。将扭矩大小变化转变为电压大小变化，并传送到ECU控制模块。ECU控制模块根据车速信号和扭矩信号的大小，按照一定的算法，控制电机电流大小,从而控制电机传给输出轴的扭矩大小,实现在不同扭矩和不同车速下的智能助力，获得最佳转向特性，协助驾驶员进行转向操纵，其控制流程图如图所示。其控制单元的功能如下表所示。EPS控制单元的功能控制功能模块功能转向盘扭矩传感器安装在转向轴上，一般安装在减速机构上方。扭矩传感器用来检测转向盘上的转矩大小和方向的频率信号。信号处理及A/D转换模块对信号进行整形与隔离后通过频率一—电压转换模块，对信号进行线性变换后，再进行模拟信号—数字信号的转换ECU控制器是ECU电子控制单元的心脏，根据力矩传感器检测出的扭矩信号和来自总线的车速信号，采用一定的控制策略计算出电动机的目标电流。其输出通过PWM（PluseWidthModulation脉宽调制）得到较高品质的电流；H桥式驱动电路是步进电机的驱动电路，为双极性电源供电，控制电动机转动电流传感器在电动机的驱动电路上，用来检测实际电动机的助力电流，并将其反馈到控制单元，控制器根据此电流完成电流的闭环控制直流电动机输出转矩。输出的转矩通过减速机构施加给转向柱输出轴，并经过转向机构的作用使车轮偏转一定的角度，从而起到对转向系统的助力作用。车速传感器通过采集发动机转速，达