汽車電動助力轉向系統(tǒng).ppt

臺山市敬修職業(yè)技術學校,汽車電動助力轉向系統(tǒng),講授：蘇新蕾,新課引入,在汽車行駛中，轉向運動是最基本的運動。我們通過方向盤來操縱和控制汽車的行駛方向，從而實現(xiàn)自己的行駛意圖。在現(xiàn)代汽車上，轉向系統(tǒng)是必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關鍵總成。如何設計汽車的轉向特性，使汽車具有良好的操縱性能，始終是各汽車廠家和科研機構的重要課題。特別是在車輛高速化、駕駛人員非職業(yè)化、車流密集化的今天，針對更多不同的駕駛人群，汽車的操縱性設計顯得尤為重要。,傳統(tǒng)轉向系統(tǒng),傳統(tǒng)的汽車轉向系統(tǒng)是機械系統(tǒng)，汽車的轉向運動是由駕駛員操縱方向盤，通過轉向器和一系列的桿件傳遞到轉向車輪而實現(xiàn)的。普通的轉向系統(tǒng)建立在機械轉向的基礎上。常用的有兩種是齒輪齒條式和循環(huán)球式(用于需要較大的轉向力時)。這種轉向系統(tǒng)是我們最常見的，目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機械轉向系統(tǒng)。,傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的缺點,雖然傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)工作最可靠，但是也存在很多固有的缺點，傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)由于方向盤和轉向車輪之間的機械連接而產生一些自身無法避免的缺陷：汽車的轉向特性受駕駛員駕駛技術的影響嚴重；轉向傳動比固定,提供不了合適的轉向力;液壓助力轉向系統(tǒng)經(jīng)濟性差，一般轎車每行駛一百公里要多消耗0.30.4升的燃料；另外，存在液壓油泄漏問題，對環(huán)境造成污染，在環(huán)保性能被日益強調的今天，無疑是一個明顯的劣勢。,新課講授：助力轉向系統(tǒng),助力轉向系統(tǒng)使轉向操作靈活、輕便，在設計汽車時對轉向器結構形式的選擇靈活性增大，能吸收路面對前輪產生的沖擊等優(yōu)點，現(xiàn)代汽車上普遍采用助力轉向系統(tǒng)助力轉向系統(tǒng)于1955年在Buick上首次采用，解決了轉向輕便性問題，,助力轉向系統(tǒng)是指在駕駛員的控制下，借助于汽車發(fā)動機通過液壓泵產生的液體壓力或電動機驅動力來實現(xiàn)車輪轉向。助力轉向是一種以駕駛員操縱轉向盤（轉矩和轉角）為輸入信號，以轉向車輪的角位移為輸出信號的伺服機構。,助力轉向系統(tǒng)的要求,對轉向系統(tǒng)的要求，主要概括為轉向的靈敏度和操縱的輕便性。高的轉向靈敏度，要求轉向器具有小的傳動比，以小的轉向盤轉角迅速轉向，好的操縱輕便性，則要求轉向器具有大的傳動比，這樣才能以較小的轉向盤操縱力獲得大的轉向力矩。實際應用中，一般要求：當轉向輪達到最大設計轉角時，轉向盤總轉數(shù)不宜超過5圈，而轉向盤操縱力最大不超過250N,助力轉向系統(tǒng)的具體要求,良好的操縱性合適的轉向力與位置感具有回正功能適當?shù)穆访娣答伭抗ぷ骺煽抗?jié)省能源安靜、噪聲小,轉向必須靈活、平順，具有很好的隨動性，能夠安全行駛在狹窄、連續(xù)拐彎的彎道上。,低速或停車時，轉動轉向盤不能太費力，高速行駛時，又不能感覺到轉向盤上的力太小而有發(fā)“飄“的感覺，因此要求轉向盤上的力最好能隨車速變化，同時要求駕駛員能清楚地感覺到轉向盤的位置，感覺到操縱轉向盤的角度與汽車行駛軌跡的對應關系，具有很好的直線行駛穩(wěn)定性和高速行駛的路感。,在轉向后，轉向盤應當能自動回到直線行駛的位置，回轉的速度要平穩(wěn)、適當。使殘留的角速度盡可能小。,從道路表面?zhèn)鱽淼臎_擊應能傳達到轉向盤上，增加駕駛員的路感，但不能太大，要使駕駛員的感覺是舒適的。,轉向系統(tǒng)是安全件，如果不能轉向或失去控制就會發(fā)生車毀人亡的事故。因此轉向系統(tǒng)應具有故障預警功能，當計算機控制系統(tǒng)或助力系統(tǒng)發(fā)生故障時，轉向系統(tǒng)仍然應保留人力轉向功能。,在保證轉向性能的前提下，盡可能降低轉向系統(tǒng)的動力消耗。,轉向系統(tǒng)的分類,傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)電子控制式液壓助力轉向系統(tǒng)電動助力轉向系統(tǒng),傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng),機械式的液壓助力轉向系統(tǒng)一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、V型傳動皮帶、儲油罐等部件構成。無論車是否轉向，這套系統(tǒng)都要工作，而且在大轉向車速較低時，需要液壓泵輸出更大的功率以獲得比較大的助力。所以，也在一定程度上浪費了資源。還有，機械式液壓助力轉向系統(tǒng)由液壓泵及管路和油缸組成，為保持壓力，不論是否需要轉向助力，系統(tǒng)總要處于工作狀態(tài)，能耗較高，這也是耗資源的一個原因所在。,傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng),傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)（HPS）一般按液流的形式可分為常流式和常壓式兩種類型。常流式是指汽車在行駛中，不轉動轉向盤時，流量控制閥在中間位置，油路保持暢通。常壓式是指汽車在行駛中，無論轉向盤是否轉動，整個液壓系統(tǒng)總是一直保持高壓。,傳統(tǒng)液壓式助力轉向系統(tǒng)缺點,提供不了合適的轉向力，即若要保證汽車在停車或低速調頭時轉向輕便，那么汽車高速行駛時就會感到有”發(fā)飄“的感覺；若要保證汽車在高速行駛時操縱有適度手感，那么當其要停車或低速調頭時就會感到轉向太重，兩者不能兼顧。,電子控制式液壓助力轉向系統(tǒng),轉向控制閥,油泵：由發(fā)動機驅動，用于提供助力轉向所需的液壓油。,扭力桿的上端與轉閥閥桿用銷子剛性地連接在一起，下端與控制閥閥體用銷子相連，小齒輪軸的上端通過銷子與控制閥閥體相連，轉向時，轉向盤上的轉向力通過扭力桿傳遞給小齒輪軸。,分流閥：根據(jù)有關傳感器的信號作出最佳助力轉向力判斷，并將來自轉向油泵的油液向控制閥一側和電磁閥一側分流，按照車速和轉向要求，改變控制閥一側和電磁閥一側的油壓，確保電磁閥一側具有穩(wěn)定的油液流量。,固定小孔：把供給轉向控制閥的一部份液壓油分配到油壓反力室一側。在汽車高速行駛時，由于通過小孔又加了一部份燃油給反力室，進一步加強了柱塞的夾緊力，使得此時的轉向力相對于轉向角呈線性增加，從而獲得高速行駛時的穩(wěn)定轉向操縱感。,助力轉向ECU：ECU根據(jù)車速傳感器傳來的信號，判斷汽車是處于停止狀態(tài)還是處于低速行駛或高速行駛工況，在根據(jù)判別出的汽車狀態(tài)，對電磁線圈的電流進行線性控制，使電磁閥有適當?shù)拈_度，以控制轉向助力的大小。,電磁閥：根據(jù)需要開啟適當?shù)拈_度，使油壓反力室一側的油液流回儲油箱。電磁閥開度增大時，使作用在柱塞的背壓（油壓反力室壓力）降低，柱塞推動控制閥轉閥閥桿的力（反力）較小，因此只需要較小的轉向力就可使扭力桿扭轉變形，使閥體與閥桿相對轉動而實現(xiàn)轉向助力作用，電磁閥開啟較小時則相反。,反力控制式助力轉向系統(tǒng)的工作過程,當轉向力增大，扭力桿發(fā)生扭轉變形時，控制閥閥體與轉閥閥桿之間將發(fā)生相對轉動，使兩閥的通道口相互連通，扭力桿的變形角度就越大，轉閥中工作油液通道的截口面積就越大，助力就越大。,汽車低速行駛或者大轉彎時。流經(jīng)電磁線圈的電流較大，電磁閥的開啟角度較大，經(jīng)分流閥分流后的油液通過電磁閥返回油箱的油液就較多，因此作用在反力室的油壓就較小，柱塞上的油壓較小，這時作用在控制閥軸上的反力也較小，因此反力油壓形成的阻力矩較小。由于阻力矩較小，轉向盤只需要用較小的力就可以使扭力桿發(fā)生較大的變形，轉向助力較大。,流經(jīng)電磁線圈的電流較小，電磁閥的開啟角度較小，經(jīng)分流閥分流后的油液通過電磁閥返回油箱的油液就較少，因此作用在反力室的油壓就較大，柱塞上的油壓較大，這時作用在控制閥軸上的反力也較大，因此反力油壓形成的阻力矩較大。由于阻力矩較大，輸入同樣的力，使扭力桿發(fā)生變形較小，轉向助力較小。旋轉閥與控制閥相互連通的通道口開度也減小，助力較小。,液壓式助力轉向系統(tǒng)的缺點,結構復雜，功率消耗大，容易產生泄漏，轉向力不易有效控制。,電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）,電動助力轉向系統(tǒng)利用電動機作為動力源，根據(jù)車速和轉向參數(shù)等，由電子控制單元完成助力控制。根據(jù)電動機布置位置不同，可分為轉向柱助力式、齒輪助力式和齒條助力式三種類型。,轉向柱助力式EPS的電動機固定在轉向柱的一側，通過減速機構與轉向軸相連，直接驅動轉向軸助力轉向。,齒輪助力式EPS的電動機和減速機構和小齒輪相連，直接驅動轉向齒輪，實現(xiàn)助力轉向。,齒條助力式EPS的電動機和減速機構直接驅動齒條提供助力。,電動助力轉向系統(tǒng)的最大特點就是能實現(xiàn)“精確轉向”，它能夠在汽車轉向過程中根據(jù)不同車速和轉向盤轉動的快慢，精確提供各種行駛路況下的最佳轉向助力，減小由路面不平引起的對轉向系統(tǒng)的擾動。不但可以減輕低速行駛時的轉向操縱力，而且可大大提高高速行駛時的操縱穩(wěn)定性，并能精確實現(xiàn)人們預先設置的在不同車速、不同轉彎角度所需要的轉向助力。通過控制助力電機，可降低高速行駛時的轉向助力，增大轉向手力，解決高速發(fā)飄問題，成本相對較低。,電動助力轉向系統(tǒng)結構,轉矩傳感器,轉向離合器,不轉向時，助力電動機不工作，當轉向盤轉動時，與轉向軸相連的轉矩傳感器不斷地測出作用于轉向軸上的力矩，并將力矩轉換為電信號，車速傳感器產生車速信號，ECU根據(jù)這兩個信號，經(jīng)過運算處理后，向離合器和電動機發(fā)車發(fā)出控制指令，即輸出一個適合的電流，在離合器結合的同時，是電動機產生一個轉矩，轉矩經(jīng)過減速機構減速增距后，施加在輸出軸上，輸出軸的下端與齒輪齒條轉向器總成中的小齒輪相連，于是由電動機發(fā)出的轉矩最后通過齒輪齒條轉向器施加到汽車的轉向機構上，使之得到一個與工況相適應的轉向助力。,轉矩傳感器,轉矩傳感器用于檢測作用于轉向盤上轉矩信號的大小，目前采用較多的是扭桿式電位計傳感器，它是在轉向軸位置加一根扭桿，通過扭桿檢測輸入軸與輸出軸的相對扭轉位移得到扭矩。,用磁性材料構成的定子和轉子可以形成閉合的回來，線圈A、B、C、D分別繞在極靴上，構成一個橋式回路。轉向軸扭轉變形的扭轉角和轉矩成正比，所以只要測定轉向軸的扭轉角，就可間接知道轉向力的大小。,在線圈U、T的兩端施加連續(xù)的脈沖信號Ui,當轉向軸上的轉矩為零時，定子和轉子的相對轉角也為零，電橋平橫，在V和W兩端的電位差Uo為零，如果轉向軸上存在轉矩，定子和轉子的相對轉角不為零，此時定子和轉子間產生角位移，電橋失去平衡在V和W兩端出現(xiàn)電位差Uo。,車速傳感器,安裝在自動變速器的輸出軸上，用于檢測自動變速器輸出軸的轉速，根據(jù)輸出軸轉速計算得到汽車的行駛速度。常用電磁感應式車速傳感器，主要由永久磁鐵和電磁感應線圈兩個部分組成。,當輸出軸轉動時，感應轉子的齒不斷的靠近和離開車速傳感器，使感應線圈內的磁通發(fā)生變化，從而產生交流感應電壓，車速越高，輸出軸轉速越高，感應電壓脈沖頻率就越高。ECU根據(jù)脈沖信號的頻率，計算出輸出軸的轉速，再進一步轉換成車速。,電機,EPS的動力源是電動機，功能是根據(jù)ECU的指令產生相應的輸出轉矩，電動機時影響EPS性能的主要因素之一。通常采用無刷永磁式直流電動機。要求低速轉矩大、波動小、慣量小、尺寸小、質量輕，可靠性高、控制性能好。需要正反轉控制。,EPS電機正反轉控制電路,當a2端得到輸入信號時，晶體管VT4導通，VT1得到基極電流而導通。電動機有反向電流流過反轉?？刂朴|發(fā)信號端電流的大小，就可以控制電動機通過電流的大小。,a1和a2端為觸發(fā)信號端，從微機系統(tǒng)的D/A轉換器得到的直流信號輸入到a1和a2端，用以觸發(fā)電動機產生正反轉。當a1端得到輸入信號時，晶體管VT3導通，VT2得到基極電流而導通。電動機有電流流過正轉。,離合器,采用干式電磁離合器,保證EPS在預先設定的車速范圍內閉合，當車速超過設定車速范圍時，離合器斷開，電動機不在提供助力，轉入手動轉向狀態(tài)，另外當電動機發(fā)生故障時，離合器將自動斷開。車速超過30KM/h時，EPS不工作。,轉矩傳感器：檢測轉向軸轉矩的大小和轉動的方向，轉矩傳感器信號和車速信號同時輸入到ECU,ECU根據(jù)這些信號確定助力轉矩的大小和方向。,發(fā)動機轉速傳感器：確定發(fā)動機的工況，當處于怠速工況時，電動助力轉向系統(tǒng)不工作。,微機根據(jù)車速、轉向力及轉向角等參數(shù)，計算得到最佳的轉向助力轉矩，并向轉向電動機輸出電流控制信號，使轉向機構得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力。從而實現(xiàn)最佳的轉向助力控制。,電動助力轉向的精確轉向的實現(xiàn)過程,工作時，微機控制指令經(jīng)D/A轉換接口送入電動機和離合器的驅動放大電路，以控制電動機電流的大小和方向，以及離合器的離合。電動機的電流經(jīng)放大電路、電流表及a/d轉換接口反饋給微機，微機將此與按微機指令應給的電流相比較，若有差值，則予以調整，使兩者趨于一致。,電動助力轉向系統(tǒng)的控制流程,1、電動助力轉向系統(tǒng)結構2、電動助力轉向系統(tǒng)工作原理,課堂小結,謝謝大家！,