现代汽车电子控制技术教学作者曹红兵第12章节电子控制转向系统课件

1、12CC5,主编,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

2、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性的控制。,12.2 液压式电控动力转向系统,12.2.1

3、流量控制式EPS 12.2.2 反力控制式EPS 12.2.3 阀灵敏度控制式EPS,12.2.1 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 4ECU 5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EPS,1.转子阀 2.电磁阀 3.电子控制单元,12.2.3 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

4、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

5、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1

6、2-11 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 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,12.4.1 4WS汽车的转向特性,12.4.1 4WS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12-16 2WS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

7、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12-20 4WS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

8、,(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。,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

9、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

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