汽车电子控制技术课件：汽车电控转向系统-

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车电子控制技术,汽车电控转向系统,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。四轮转向系统在提高车辆的弯道通过性能方面优势明显，应用日益广泛。,本章主要介绍汽车电控转向系统和四轮转向系统。要求学生了解电控转向系统在汽车上的应用概况，熟悉电控转向系统和四轮转向系统的基本组成。,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,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（,Automobile Steering System,，图,6-1,）。,为确保行车安全，对转向系统有如下要求：,转向系统应工作可靠，操纵轻便。,对轻微的路面冲击，转向系统应有自动回正能力。,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”。,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（,Mechanical steering system,）和动力转向系统（,Power steeri

2、ng system,）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。,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（,Hydraulic power steering system,，略作,HPS,）。,液压式动力转向系统结构示意图,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,（,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,2.,动力转向系统的不足,6.2.2,电控动力转向系统,1.,电

3、控动力转向系统的组成,电子控制动力转向（,Electronic Control Power Steering,，,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.,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。,3.,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

4、特点。,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。,有高度的转向灵敏度：即转向轮对方向盘具有灵敏的响应。,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。,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。,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,6.3.2,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,6.3.3,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

5、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,6.4,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,2.,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,6.4.2,三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

6、电控动力转向系统的组成,1.,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。,2,）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

7、定子；,5-,定子,4,）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,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,6.5,电控四轮转向系统,6.5.1,电控四轮转向系统概述,目前，绝大多数汽车都是以两个前轮作为转向车轮，这样的转向系统称为两轮转向系统（,Two-wheel steering,，略作,2WS,）。,为了使汽车具有更好的弯道通过性和操纵稳定性，一些汽车在后桥上也安装了转向系统，前后左右四个车轮均为转向车轮，这样的转向系统称为四轮转向系统（,Four-wheel steering,或,all-wheel steering,，略作,4WS,）。,汽车采用四轮转向（

8、,4WS,）系统的目的是：在汽车低速行驶时，依靠逆向转向（前、后车轮的转角方向相反）获得较小的转向半径，改善汽车的操纵性；在汽车以中、高速行驶时，依靠同向转向（前、后车轮的转角方向相同）减小汽车的横摆运动，使汽车可以高速变换行进路线，提高转向时的操纵稳定性。,4WS,转向系统的一般布置形式,1-,车速传感器；,2-,方向盘转角传感器；,3-,车轮转速传感器；,4-,后轮转向执行机构；,5-,后轮转角传感器,（,a,）,2WS,车,（,b,）,4WS,车,低速转向时的行驶轨迹,（,a,）,2WS,车,（,b,）,4WS,车,中、高速转向时的操纵性比较,4WS,系统在不同车速下的前后轮转向比率及车轮偏转状态,6.5.2,转向角比例控制式,4WS,系统,所谓转向角比例控制，是指使后轮的偏转方向在低速区与前轮的偏转方向相反，在高速区与前轮的偏转方向相同，并同时根据方向盘转向角度和车速情况控制后轮与前轮偏转角度比例。,转向角比例控制式四轮转向系统的构成,1.,系统组成部件,1,）转向枢轴,偏置轴与转向枢轴的构造,偏置轴与转向枢轴的工作原理,2,）,4WS,转换器,4WS,转换器的作用是驱动从动杆

9、转动，实现,2WS,向,4WS,方式的转换和后轮转向方向与转向角比例控制。,4WS,转换器与后轮转向传感器的工作原理及电压特性如图,6-23,所示。,（,a,）后轮执行结构（,4WS,转换器）（,b,）后轮转向传感器的工作原理与电压特性,图,6-23 4WS,转换器与后轮转向传感器的工作原理及电压特性,3,）转向角比例控制系统,转向角比例控制系统主要由转向,ECU,、车速传感器、,4WS,转换开关、转向角比例传感器和,4WS,转换器等组成，转向,ECU,是控制中心。,转向角比例控制式四轮转向系统的工作原理,2.,系统的主要控制功能,1,）转向控制方式的选择,当通过,2WS,选择开关选择,2WS,方式时，,ECU,控制,4WS,转换器使后轮在任何车速下的转向角为零，这是为习惯于前轮转向的驾驶人设置的；在,4WS,方式下，驾驶员还可根据驾驶习惯和行驶情况通过,4WS,转换开关进行,NORM,工况与,SPORT,工况的变换，对后轮转向角比例控制特性进行选择。,2,）转向角比例控制,当选定,4WS,方式时，,ECU,根据车速信号和转向角比例传感器信号，计算车速与转向角的实际数值，控制,4WS,

10、转换器电动机调节后轮转向角控制比例。,3,）安全保障功能,当转向控制系统发生故障时，,4WS,故障警告灯将点亮，并在,ECU,中记忆故障部位，同时，后备系统实施以下控制。,当,4WS,转换器主电动机发生故障时，,ECU,驱动辅助电动机工作，使后轮以,NORM,模式与前轮作同向转向运动，并根据车速进行转向角比例控制。,当车速传感器发生故障时，,ECU,取,SP1,和,SP2,两个车速传感器中输出车速信号高的为依据，控制,4WS,转换器主电动机仅进行同向转向的转向角比例控制。,当转向角比例传感器发生故障时，,ECU,驱动,4WS,转换器辅助电动机使后轮处于与前轮同向转向最大值，并终止转向角比例控制。如果辅助电动机发生故障，则通过驱动主电动机完成这一控制。,当,ECU,出现异常时，,4WS,辅助电动机驱动后轮至与前轮同向转向最大值位置，以避免后轮处于反向运动状态，并终止转向角比例控制。当后轮处于与前轮同向转向状态时，后轮的最大转向角很小，且有利于确保高速转向时的方向稳定性。,6.5.3,横摆角速度比例控制式,4WS,系统,横摆角速度比例控制是一种能根据检测出的车身横摆角速度来控制后轮转向量的

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