汽车安全与舒适系统检修PPT第七章.ppt

汽车安全与舒适系统检修汽车安全与舒适系统检修IndustryIndustry项目七汽车电动助力转向系统的检修Industry项目导入项目导入一台2011年制造的丰田花冠汽车转向时转向盘沉重，仪表盘上电动助力转向故障灯点亮Industry知识准备知识准备一、液压助力转向系统一、液压助力转向系统 液压助力转向系统（Hydraulic Power Steering，HPS），一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成无论车是否转向，这套系统都要工作，而且在大角度转向、车速较低时，需要液压泵输出更大的功率以获得比较大的助力所以，也在一定程度上浪费了资源装备液压助力转向系统的车辆，在低速转弯的时候，转向盘比较沉，发动机动力损失也比较大由于液压泵的压力很大，也比较容易损害助力系统还有，液压助力转向系统由液压泵及管路和油缸组成，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态，所以能耗较高Industry二、电控液压助力转向系统二、电控液压助力转向系统电控液压助力（Electro Hydraulic Power Steering，EHPS），其助力原理与机械式液压助力完全相同，而与机械式液压助力最大的区别就是不再使用由发动机通过皮带驱动的液压泵，而是换成了电力驱动的电子泵。

电控液压助力转向系统克服了传统的液压助力转向系统的缺点它所有的工作的状态都是由电子控制单元根据车辆的行驶速度、转向角度等信号计算出的最理想状态其主要构件包括储油罐、助力转向控制单元、电动泵、转向机、助力转向传感器等，其中助力转向控制单元和电动泵是一个整体结构电控液压助力转向系统结构如图7-1所示 图7-1电控液压助力转向系统结构示意图Industry汽车在低速大角度转向时，电子控制单元驱动电子液压泵以高速运转输出较大功率，使驾驶员转动转向盘时比较省力；汽车在高速行驶时，液压控制单元驱动电子液压泵以较低的速度运转，在不影响高速转动转向盘需要的同时，节省一部分发动机功率电控液压助力转向系统的优势首先体现在能耗上，由电能驱动的电子泵，使用发电机和蓄电池输出的电能，不再消耗发动机本身的动力，电子泵的起动和关闭全部由电子系统控制，在不做转向动作的时候，电子泵关闭，不像机械液压助力泵那样，始终与发动机联动，进一步减小能耗其次，电控液压助力转向系统的电子控制单元，能够通过对车速传感器、横向加速度传感器、转向角度传感器等传感器的信息处理，通过实时改变电子泵的流量来改变转向助力的力度大小，也就是随速可变助力功能。

当然，并不是只有电控液压助力转向系统能够实现助力随速可变Industry无论是从技术、功能，还是从经济性方面来看，电控液压助力转向系统都较机械式液压助力更具优势，但是，目前电控液压助力转向系统并不能完全取代机械式液压助力，主要原因有以下几方面1）电控液压助力转向系统成本更高2）可靠性不及机械液压助力转向系统3）助力力度有限4）机械液压助力转向系统不断改进Industry三、电动助力转向系统三、电动助力转向系统电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS）利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向1电动助力转向系统的优点电动助力转向系统的优点相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点1）只在转向时电动机才提供助力，可以显著降低燃油消耗传统的液压助力转向系统有发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力而电动助力转向系统只是在转向时才由电动机提供助力，不转向时不消耗能量因此，电动助力转向系统可以降低车辆的燃油消耗与液压助力转向系统对比试验表明：在不转向时，电动助力转向可以降低燃油消耗2.5%；在转向时，可以降低5.5%Industry（2）转向助力大小可以通过ECU中的软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好。

传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感电动助力转向系统提供的助力大小可以通过ECU中的软件调整在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性；随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时转向盘能够精确地回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能Industry（3）结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而且电动机及减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养4）通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。

由于电动助力转向系统具有上述多项优点，因此近年来获得了越来越广泛的应用电动助力转向系统是在机械式转向系统的基础上，加装了电动机及减速机构、转矩转角传感器、车速传感器和ECU电控单元Industry2电动助力转向系统的种类电动助力转向系统的种类（1）根据动力源不同分类电动助力转向系统根据动力源不同又可分为液压式电动助力转向系统（液压式EPS）和电动式电动助力转向系统（电动式EPS） 液压式EPS是在传统的液压助力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元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，从而满足高、低速时的转向助力要求根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式3种形式 电动式EPS是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，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Industry（2）根据辅助电动机的布置方式不同分类EPS按照辅助电动机的布置方式，可分为转向轴助力式（Column-assist type EPS）、齿轮助力式（Pinion-assist type EPS）和齿条助力式（Rack-assist type EPS）。

转向轴助力式（C-EPS）转向轴助力式转向系统其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体，安装在转向柱上其特点是结构紧凑，电动机助力的响应性较好但由于助力电机安装在驾驶舱内，受到空间布置和噪声的限制，电动机的体积较小，输出扭矩不大，一般只用在小型及紧凑型车辆上，如图7-2所示Industry图7-2 转向轴助力式Industry 齿轮助力式（P-EPS）齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只是整体安装在转向齿轮处，直接给齿轮助力，能够获得较大的转向力它可用于中型车辆，提供较大的助力值该形式可使各部件布置更方便，但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上，助力控制特性难以保证准确，如图7-3所示 齿条助力式（R-EPS）齿条助力式转向系统的转矩传感器单独地安装在转向齿轮处，电动机与转向助力机构一起安装在转向齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力，如图7-4所示Industry图7-3 齿轮助力式 图7-4 齿条助力式Industry3电动助力转向系统的组成电动助力转向系统的组成EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成，如图7-5所示。

4电动助力转向系统的工作原理电动助力转向系统的工作原理电动助力式转向系统在不同车上的结构部件有所不同，但是基本原理是一致的其基本工作原理：当转向轴转动时，扭矩传感器将检测到的转矩信号转化为电信号送至电子控制单元ECU，ECU再根据扭矩信号、车速信号、轴重信号等进行计算，得出助力电动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制当汽车点火开关闭合时，ECU开始对EPS系统进行自检，自检通过后，闭合继电器和离合器，EPS系统便开始工作当转向盘转动时，位于转向轴上的转角传感器和扭矩传感器把测得转向盘上的角位移和作用于其上的力矩传递给ECU，ECU根据这两个信号并结合车速等信息，控制电动机产生相应的助力，实现在全速范围内的最佳控制：在低速行驶时，减轻转向力，保证汽车转向灵活、轻便；在高速行驶时，适当增加阻尼控制，保证转向盘操作稳重、可靠Industry图7-5电动助力转向系统的工作原理图Industry（1）电动助力转向ECUECU系统的控制核心为PIC16F877单片机，控制单元结构如图7-6所示PIC16F877单片机是美国Microchip公司生产的8位RISC结构的单片机，具有高速数据处理的特性（执行速度可达120ns）。

PIC16F877内部自带看门狗定时器，具有256byte的EEPROM、8KB空间的FLASH存储器、8路10位AD转换功能、2个脉宽调制CCP模块、烧录调试（ISP）功能其特点是宽电压工作，可靠性高PIC16F877有8级深度的硬件堆栈，RAM区的每个byte位都可以寻址，有4条专用的位操作指令和2条移位指令Industry整个系统由车载12V蓄电池供电，ECU工作时，扭矩、转角、车速、温度等传感器把采集到的信号经过输入接口电路处理后送至单片机的相应端口，单片机根据系统助力特性和相应算法对这些数据进行分析处理，以确定助力电流的大小和方向，并通过单片机的PWM口发出脉冲指令和相应的换向控制端口发出换向指令，通过驱动电路和H桥电路控制直流电动机工作在电动机的驱动电路上设有电流传感器，该传感器把检测到的电机实际工作电流通过电流探测电路反馈到单片机，单片机再根据相应的控制算法对电机实现闭环控制如EPS系统工作出现异常，单片机将驱动EPS灯亮进行报警提示，同时断开继电器、离合器，退出电动助力工作模式，转为人工手动助力模式Industry图7-6 ECU系统结构原理图Industry（2）扭矩传感器扭矩传感器用来检测转向盘转矩的大小和方向，以及转向盘转角的大小和方向，它是EPS的控制信号之一。

扭矩传感器主要有接触式和非接触式两种常用的接触式（主要是电位计式）传感器有摆臂式、双排行星齿轮式和扭杆式3种类型，而非接触式转矩传感器主要有光电式和磁电式两种接触式传感器的成本低，但受温度与磨损影响易发生漂移、使用寿命较低，需要对制造精度和扭杆刚度进行折中，难以实现绝对转角和角速度的测量非接触式传感器的体积小、精度高、抗干扰能力强、刚度相对较高，易实现绝对转角和角速度的测量，但是成本较高 光电式扭矩传感器 光电式扭矩传感器，它由两个带孔的遮光盘和一个弹性扭力杆组成，如图7-7所示 Industry图7-7 光电式扭矩传感器Industry 磁电式扭矩传感器磁电式扭矩传感器中，有两对磁性齿环相对安装，连接输入和输出轴，以磁性连接替代了弹性连接的扭力杆，如图7-8所示它为非接触式扭矩传感器，体积小、输出的信号值精度高当输入轴与输出轴之间产生扭转角度差值时，磁性齿环之间的空气间隙发生变化，从而引起电磁感应线圈中磁感应量发生变化，它就是转向助力的度量值，此信号输出给EPS/ECU，作为转向助力的依据图7-8 磁电式扭矩传感器Industry（3）电动机电动机根据ECU的指令输出适宜的转矩，一般采用无刷永磁电动机，无刷永磁电动机具有无激磁损耗、效率较高、体积较小等特点。

电动机是EPS的关键部件之一，对EPS的性能有很大的影响由于控制系统需要根据不同的工况产生不同的助力转矩，具有良好的动态特性并。